düğümün çalışma oranını (duty cycle) da dahil etmelidir. Düğümlerin periyodik olarak veri gönderdiği uygulamalarda küme başı olmayan düğümlerin küme başları ile haberleşmediklerinde uyumalarına izin verilebilir. Düğümlerin beklenmeyen olaylar için sahayı sürekli izlemesini gerektiren uygulamalarda küme başı, çalışmasının gereksiz olduğunu belirlediği düğümlerin uyumasını sağlayarak az sayıda aktif düğüm grubu oluşturabilir (Younis ve diğerleri, 2006).
3.2.2. Gecikme
Gecikme süresi (latency), bir göndericinin göndereceği bir pakete sahip olmasından paketin alıcı tarafından başarılı olarak alınana kadar geçen süre olarak bilinmektedir. Gecikmenin önemi uygulamaya bağlıdır (Ye ve Heidemann, 2003). Bir orman yangını KAA uygulaması örnek olarak ele alınabilir. Bir ormana yerleştirilen algılayıcı düğümler tarafından yangın göstergesi sayılabilecek anormal derecede yüksek sıcaklık algılandığında, bu tür veriler mümkün olduğunca kısa sürede toplayıcı düğüme veya küme başına bildirilmelidir. Algılayıcı düğümler, kontrol edilemiyor hale gelmeden önce yangının kaynağını veya yayılma yönünü belirlemelidir (Akyildiz ve diğerleri, 2002). Bu paha biçilemeyen bilgi sayesinde en yakın acil durum personeli ve teçhizatı o bölgeye yönlendirilebilir ve güvenli tahliye yolları belirlenebilir (Estrin ve diğerleri, 1999).
3.3. Temel TDMA protokolü
KAA’lar için kullanılan çizelge tabanlı protokollerin çoğu kanalın zaman dilimlerine bölündüğü zaman bölmeli çoklu erişimin (TDMA) değişik bir biçimini kullanmaktadır (Sohraby ve diğerleri, 2007). Şekil 3.1’ de görüldüğü gibi her çerçeve N dilimden oluşmaktadır. Geleneksel TDMA’da düğümlerin iletecek verisi olsun ya da olmasın her düğüme dilim tahsis edilmektedir. Sorun, her düğümün iletecek verisi yoksa bile kendisine ayrılan zaman diliminde radyosunu açması ve boşta beklemek zorunda olmasıdır. Çizelge; ya sabit ya da trafik örüntüsünün ve algılayıcı düğümlerin o anki gereksinimlerine göre baz istasyonu tarafından talebe dayalı olarak oluşturulan veya farklı zaman ölçeklerine ve algılayıcı davranışına göre değişen karma (hibrit) bir yapıda olabilmektedir. Temel TDMA protokolünde her
devir bir kurulum ve bir sürekli hal aşamasını içermektedir. Küme oluşumundan sonra her düğüm küme başı tarafından tahsis edilen dilimde alıcı-vericisini açmakta ve verisi varsa iletmekte; yoksa boş durumda beklemektedir. Düğümler kendilerine atanan dilimler dışında ise uyku durumundadırlar.
Şekil 3.1. Temel TDMA için bir devir gösterimi (Shafiullah ve diğerleri, 2008)
TDMA’nın avantajı, düğümlerde düşük çalışma oranını desteklediği için enerji verimli olmasıdır (Ye ve Heidemann, 2003). TDMA’da düğümler sadece kendilerine bildirilen dilimlerde iletim yaptıkları için çarpışmasızdır. Kendi dilimleri haricinde radyolarını kapalı tuttukları için kulak misafiri olmaktan sakınılabilirler (Shwe ve diğerleri, 2009). Komşu düğümler farklı zaman dilimlerinde gönderim yaptıklarından dolayı fazladan mesaj yükü olmaksızın gizli terminal sorunu çözülebilmektedir (Liu ve Ni, 2007). Ayrıca TDMA protokolleri iletim gecikmesini etkin olarak azaltabilmektedir (Li ve Tan, 2009). TDMA’nın bu olumlu özellikleri KAA’lar için cazip hale gelmesini sağlamaktadır.
TDMA tabanlı protokollerde çarpışmayı engelleyecek şekilde komşular arasındaki bağlantılara kanalları atama görevi (TDMA dilimleri, frekans bandları veya yayılı spektrum kodları) oldukça karmaşıktır. Atamayı kolaylaştırmak için genelde ağda düğüm gruplarının yerini belirlemek ve kanal atama görevini daha yönetilebilir yapmak üzere hiyerarşik bir yapı oluşturulmaktadır. (Ilyas ve Mahgoub, 2005).
TDMA tabanlı protokoller, küme tabanlı ve dağıtılmış olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir. Temel TDMA’nın zayıf ölçeklenebilirliğine karşın küme tabanlı TDMA
Çerçeve 1 Çekişme Periyodu Çerçeve k Kurulum Aşaması
32
daha fazla ölçeklenebilirdir. Küme tabanlı TDMA’da düğümler kümeler şeklinde organize olmakta ve küme başları üye düğümlere zaman dilimi tahsis etmektedir. Küme tabanlı TDMA çizelgesi ağın ölçeklenebilirliğini iyileştirmektedir ve büyük ölçekli KAA’lar için uygundur (Gong ve diğerleri, 2009). BMA (Li ve Lazarou, 2004), literatürdeki küme tabanlı bir TDMA protokolüne örnektir.
Dağıtılmış TDMA’da ağın çakışmayan kısımlarında yer alan birden fazla düğüm aynı zaman dilimini kullanabileceği için daha karmaşıktır (Gong ve diğerleri, 2010). LMAC (Van Hoesel ve Havinga, 2004), TRAMA (Rajendran ve diğerleri, 2003) dağıtılmış TDMA protokollerindendir.
Geleneksel TDMA tabanlı OEK protokolleri olay güdümlü KAA uygulamaları için çok uygun değildir. Hem geleneksel TDMA hem de küme tabanlı TDMA sürekli gözlem uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu tür KAA uygulamalarında düğümler her zaman gönderecek veriye sahip olduğu için yüksek kanal kullanımı elde edilebilir. Düğümlerin her zaman iletecek verisinin olmadığı olay güdümlü uygulamalarda kanal kullanımı düşük ve enerji harcaması daha yüksek olacaktır (Gong ve diğerleri, 2009).
3.3.1. Temel TDMA protokolünde enerji tüketimi
Enerji ve gecikme denklemlerinde kullanılan notasyonların ayrıntıları Tablo 3.1’de sunulmaktadır.
(Shafiullah ve diğerleri, 2008)’da tanımlandığı gibi temel bir TDMA-tabanlı OEK çerçevesinde bir kaynak düğümün veri iletmek için harcadığı enerji Denklem (3.1)’de görülmektedir.
T P
Tablo 3.1. Analitik ifadelerde yer alan değişkenler Pt İletim durumu güç tüketimi
Pr Alım durumu güç tüketimi Pi Boşta bir düğümün güç tüketimi
Td Bir veri paketi iletmek/almak için gereken süre Tc Bir kontrol paketi iletmek/almak için gereken süre
Tch BMA için küme başının bir kontrol paketi iletmesi için gereken süre Edn Bir kaynak düğümün veri iletimindeki enerji tüketimi
Edn-c Kaynak düğümün çekişme periyodunda harcadığı enerji Ein Kaynak olmayan bir düğümün enerji tüketimi
Ein-c Kaynak olmayan düğümün çekişme periyodunda harcadığı enerji Ech Küme başının bir kontrol paketi göndermedeki enerji tüketimi Ech-c Küme başının çekişme periyodunda harcadığı enerji
Ech-f Küme başının çerçevede harcadığı enerji
En Bir üye düğümün kontrol paketi almadaki enerji tüketimi N Düğüm sayısı
n Kaynak düğüm sayısı
p Kaynak düğüm olma olasılığı/ kaynak düğüm oranı l Çerçeve sayısı
Çerçevede kaynak olmayan bir düğümün tükettiği enerji (Shafiullah ve diğerleri, 2008)’da tanımlandığı gibi
T P
Ein i d (3.2)
şeklindedir. (Shafiullah ve diğerleri, 2008)’da tanımlandığı gibi çerçevede küme başı tarafından harcanan enerji
d i d r f ch nPT (N n)PT E (3.3)
ile gösterilir. Kurulum aşamasında küme başı ve tüm düğümler radyolarını açar. Küme başı, düğümler için zaman dilimlerini belirler ve onlara yayınlar.
Çekişme periyodunda bir kontrol paketi iletmek için küme başı tarafından tüketilen enerji Denklem (3.4) ile verilmektedir (Shafiullah ve diğerleri, 2008).
c t c ch PT
34
Bir kontrol paketi almak için her bir üye düğüm tarafından tüketilen enerji Denklem (3.5)’ deki gibi bulunur (Shafiullah ve diğerleri, 2008).
T P
En r c (3.5)
Çekişme periyodunda harcanan toplam enerji Denklem (3.6)’daki gibi hesaplanır (Shafiullah ve diğerleri, 2008). T NP T P EC t c r c (3.6)
Temel bir TDMA protokolünde bir devir boyunca tüketilen enerji Denklem (3.7)’ deki gibi ifade edilebilir (Shafiullah ve diğerleri, 2008).
] T nP T n)P -2(N T l[nP T NP T P ETDMA t c r c t d i d r d (3.7)
3.3.2. Temel TDMA protokolünde gecikme
Tablo 3.1’de gösterildiği gibi bir veri paketini göndermek veya almak için gereken süre Td ve bir kontrol paketini göndermek veya almak için gereken süre Tc ile temsil edilmektedir. İletişim kanallarının hatasız olduğu varsayılmakta ve küme başının bir kontrol paketi iletmesi için gereken süre Tch ile tanımlanmaktadır. Devir başına oturum veya çerçeve sayısı k parametresi ile gösterilmektedir. α, ısrarcı-olmayan CSMA’nın (non-persistent CSMA) iş çıkarma oranı için kullanılmaktadır. N, küme başı olmayan düğüm sayısı ve p, bir düğümün kaynak düğüm olma olasılığını göstermek üzere kaynak düğüm sayısı (n) n=Np ifadesi ile verilmektedir. ni, i. oturum veya çerçevedeki kaynak düğümlerin sayısıdır. Bir düğümün veriye sahip
olup olmaması bir Bernoulli denemesi olarak düşünüldüğünde E[ni]=Np=n,
i=1,2,…..,k olmak üzere bir devirdeki kaynak düğümlerin toplam sayısının beklenen değeri (Lazarou ve diğerleri, 2007)’da verildiği gibi
kn ] E[n n E k 1 i i k 1 i i
(3.8)olarak ifade edildiğinde TDMA gecikmesi Denklem (3.9) ile gösterilmektedir. kn kNT T ) 1 N ( LTDMA c d (3.9)