Efisiensi energy pada jaringan nirkabel
I Gede Juliana Eka PutraMahasiswa Program Magister Teknik Elektro Program Studi Manajemen Bisnis Telekomunikasi Universitas Udayana
Email: jepgede@hotmail.com Abstrak - Kemajuan teknologi terbaru dalam
komunikasi dan komputasi telah memungkinkan pengembangan murah , daya rendah , dalam ukuran kecil , dan multifungsi node sensor dalam jaringan nirkabel. dalam literatur review ini di paparkan beberapa contoh penelitian tentang efisiensi energi pada jaringan nirkabel. Banyak penelitian telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir , menyelidiki berbagai aspek seperti , protokol daya rendah , perusahaan jaringan , routing protocol , dan masalah cakupan jaringan sensor nirkabel. Dalam paper ini, fokus utama terletak pada efisinsi energi yang tersedia untuk jaringan nirkabel. Kata Kunci: komunikasi hijau, nirkabel, energi efisiensi
I. Perkenalan
Kemajuan terbaru dalam teknologi nirkabel telah memungkinkan pengembangan biaya dan daya yang rendah serta multifungsi sensor cerdas dalam jaringan sensor yang secara luas telah dianggap sebagai salah satu teknologi yang paling penting untuk abad kedua puluh satu [1]. Pengembangan jaringan nirkabel awalnya dimotivasi oleh aplikasi militer seperti pengawasan medan perang. Namun, jaringan nirkabel yang sekarang lebih banyak digunakan pada aplikasi kehidupan sehari-hari, termasuk lingkungan dan pengamatan habitat, aplikasi kesehatan, otomatisasi rumah, dan kontrol lalu lintas.
Pengoperasian infrastruktur jaringan seluler menimbulkan konsumsi energi listrik yang signifikan. Dari perspektif operator jaringan selular, mengurangi konsumsi ini tidak hanya suatu hal untuk menunjukkan tanggung jawab lingkungan, tetapi juga secara substansial mengurangi pengeluaran operasional mereka. Dengan meningkatnya kesadaran akan potensi berbahaya terhadap efek lingkungan yang disebabkan oleh emisi CO2 dan menipisnya sumber energi non-terbarukan, ada perkembangan kebutuhan untuk mengembangkan energi yang lebih efisien dalam sistem telekomunikasi. Telah diperkirakan bahwa 3 persen dari konsumsi energi listrik tahunan dunia dan 2 persen dari emisi CO2 disebabkan oleh infrastruktur
informasi dan komunikasi teknologi (ICT). Selain itu, diperkirakan bahwa konsumsi energi ICT meningkat pada 15-20 persen per tahun, dua kali lipat setiap lima tahun. Menurut salah satu perkiraan, sekitar sepersepuluh dari ini dapat dihubungkan untuk sistem komunikasi selular [2].
Kendala dalam jaringan nirkabel terutama pada daya dukung baterai, yang penggantian atau pengisian sangat sulit. Sehingga energinya hanya dapat mendukung transmisi informasi dalam jumlah terbatas [3]. Oleh karena itu,meminimalkan konsumsi energi untuk transmisi informasi menjadi salah satu pertimbangan yang paling penting untuk desain jaringan nirkabel.
Dalam paper ini, ada beberapa contoh efisien energi yang dapat diterapkan untuk jaringan telekomunikasi nirkabel. Pertama, karya difokuskan terutama pada hemat energi berbasis protokol routing untuk wireless sensor network [1]. Kedua, Mekanisme pengelolaan stasiun jaringan seluler untuk memahami secara kuantitatif potensi penghematan energi, dan juga teknis tantangan yang muncul dalam pelaksanaan mekanisme ini, terutama untuk memastikan bahwa efisiensi energi tidak datang dengan mengorbankan mengurangi kualitas layanan bagi pelanggan mobile [2]. Ketiga, berkumpulnya jaringan sensor nirkabel dalam setiap kluster data paket relay untuk cluster terdekat menggunakan transmisi berdasarkan space-time blok coding (STBC)[3]. Keempat, sebuah protokol MAC dirancang untuk jaringan sensor nirkabel. Sementara mengurangi konsumsi energi adalah tujuan utama dalam desain ini, protokol yang digunakan juga memiliki skalabilitas yang baik dan memiliki kemampuan menghindari tabrakan. Skalabilitas yang baik dan menghindari tabrakan dengan memanfaatkan penjadwalan gabungan dan skema pertengkaran [4]. Kelima, penambahan tingkat formalisasi untuk Komunikasi Hijau dan alamat rintangan mendasar untuk mewujudkan perbaikan secara keseluruhan. Secara
khusus,survei dan definisi kontras yang ada dan metrik dalam efisiensi energi dan aplikasinya terhadap komunikasi. Dalam penelitian ini diperkenalkan solusi yang menggabungkan interaksi di beberapa lapisan jaringan stack dan aspek yang berbeda dari siklus komunikasi [5].
II. Survey Efisien energy hirarkis Routing Cluster Berbasis Cluster di Sensor
jaringan wireless [1]
Kemajuan teknologi terbaru dalam mikro elektronik sistem mekanis (MEMS) dan komunikasi nirkabel teknologi telah memungkinkan pengembangan kecil, biaya rendah, daya rendah, dan multifungsi node sensor cerdas dalam jaringan sensor nirkabel (WSN). Jaringan sensor nirkabel (WSNs) telah secara luas dianggap sebagai salah satu teknologi yang paling penting untuk abad kedua puluh satu. Node sensor pintar ini dikerahkan dalam wilayah fisik dan jaringan melalui internet dan link nirkabel. Node sensor ini dalam ukuran kecil, tapi dilengkapi dengan mikroprosesor, penerima radio, dan komponen untuk mengaktifkan penginderaan, komputasi, komunikasi, dan aktuasi. Komponen ini terintegrasi pada satu atau papan ganda, dan dikemas dalam beberapa inci kubik. Dengan sirkuit daya rendah dan teknologi jaringan, node sensor biasanya didukung oleh 2 baterai AA yang mampu bertahan hingga tiga tahun.
Gambar 1. Skema arsitektur jaringan sensor nirkabel
Gambar 1 menunjukkan skema khas jaringan sensor nirkabel (WSN). Node sensor node bertanggung jawab untuk mengorganisir diri pada infrastruktur jaringan yang sesuai, biasanya dengan koneksi multi-hop antara node sensor. Dimulai dengan Sensor onboard,
kemudian mulai mengumpulkan akustik, seismik, inframerah atau magnet informasi tentang lingkungan, baik menggunakan kontinyu atau mede kerja event driven. Lokasi dan positioning Informasi juga dapat diperoleh melalui global positioning system (GPS) atau algoritma posisi lokal. Informasi ini dapat dikumpulkan dari seluruh jaringan dan tepat diproses untuk membangun pandangan global fenomena pemantauan atau benda. Tujuan dasar WSN adalah untuk menghasilkan informasi dari data lokal yang diperoleh oleh modus sensor individu dengan memperpanjang waktu hidup WSN sebanyak mungkin . Sumber daya dibatasi sifat node sensor yang menimbulkan tantangan unik dengan desain WSNs untuk aplikasi.
Routing pada jaringan sensor memiliki karakteristik yang berbeda dari komunikasi kontemporer dan jaringan nirkabel ad –hoc, energinya, kapasitas pengolahan dan penyimpanan sehingga membutuhkan pengembangan. Dalam penelitian ini telah menemukan banyak protokol untuk komunikasi dan keamanan dalam kehidupan jaringan nirkabel jaringan berbasis infrastruktur , jaringan ad-hoc, jaringan bergerak ,dll. Namun masing-masing protokol memiliki kelemahan dan tidak cocok untuk daerah aplikasi monitoring . Beberapa Protokol tersebut tidak dapat digunakan langsung karena keterbatasan sumber daya node sensor untuk sumber daya energy seperti daya baterai terbatas, komunikasi kemampuan, dan kecepatan komputasi . Beberapa protokol utama dapat dikategorikan menjadi empat kategori seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
a. Struktur cluster efisiensi energy pada WSN
Clustering adalah contoh protokol berlapis di mana jaringan terdiri dari beberapa rumpun ( atau kelompok ) sensor . Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 , masing-masing rumpun atau cluster dikelola oleh node khusus atau pemimpin , disebut cluster head ( CH ) ,
yang bertanggung jawab untuk
mengkoordinasikan kegiatan transmisi data dari semua sensor di rumpun nya . Semua sensor dalam sebuah cluster berkomunikasi dengan cluster head yang bertindak sebagai koordinator lokal atau wastafel untuk melakukan pengaturan intra - transmisi dan data agregasi . Kepala Cluster di tiga barang mentransmisikan data merasakan ke wastafel global. Jarak transmisi yang lebih dari sensor mengirim data mereka ke kepala klaster mereka lebih kecil dibandingkan dengan jarak masing-masing ke wastafel global. Karena jaringan ini ditandai dengan nirkabel terbatas bandwidth saluran , akan bermanfaat jika jumlah data yang dikirimkan ke wastafel dapat dikurangi . Untuk mencapai hal ini Tujuannya , sebuah kolaborasi lokal antara sensor dalam cluster adalah diperlukan untuk mengurangi kebutuhan bandwidth .
Gambar 2. Klaster nodes sensor
Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2, clustering biasanya melokalisasi routing yang setup dalam cluster dan karena itu mengurangi routing yang overhead dengan setiap node dan topologi biaya overhead pemeliharaan. Menggunakan clustering, jaringan menjadi lebih stabil. Informasi yang dihasilkan dari node sensor tetangga sering berlebihan dan sangat berkorelasi, sehingga agregasi data dengan setiap kepala klaster menghemat bandwith komunikasi juga. Selain itu,
kemampuan untuk menggunakan tingkat daya yang berbeda di antar klaster dan komunikasi intra klaster mengurangi interferensi dan tabrakan dalam jaringan menghasilkan throughput yang lebih baik.
Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3, Node dikelompokkan menjadi cluster dengan cluster head yang memiliki tanggung jawab rute dari cluster untuk kepala kelompok lain atau dasar stasiun. Data perjalanan dari lapisan berkerumun lebih rendah ke yang lebih tinggi. Meskipun, melompat dari satu node ke yang lain, tapi karena ini hop dari satu lapisan yang lain itu mencakup jarak yang lebih besar. Memindahkan data ini lebih cepat ke base station. Secara teoritis, latency dalam model seperti itu jauh lebih sedikit daripada di multihop yang Model. Clustering memberikan kemampuan optimasi pada kepala klaster. Dalam model hirarki berbasis kluster, data pertama dikumpulkan dalam cluster kemudian dikirim ke tingkat cluster kepala yang lebih tinggi. Ketika bergerak dari tingkat yang lebih rendah ke yang lebih tinggi, perjalanan menjadi lebih besar, sehingga mengurangi waktu perjalanan dan latency. Model ini lebih baik dari yang hop atau model multi-hop.
Gambar 3. Model kluster berbasis hirarkis b. Routing protokol berbasis cluster pada
WSN
Algoritma Clustering untuk nirkabel tradisional ad hoc jaringan tidak cocok untuk fitur unik dan persyaratan aplikasi WSNs [29]. Beberapa khusus WSNs adalah sebagai berikut:
• Jumlah sensor node dalam WSN adalah ratusan ribu dan terbatas dalam kekuasaan, komputasi kapasitas, dan memori penyimpanan.
• Sensor node yang padat dikerahkan. • Sensor node rentan terhadap kegagalan. • The topologi WSN dapat berubah agak
sering karena node sensor dapat bergantian antara aktif dan tidur negara.
• Sensor node mungkin tidak memiliki identifikasi global yang (ID) karena sejumlah besar overhead dan besar jumlah sensor.
Dibandingkan dengan tradisional ad hoc jaringan , tingkat daya transmisi rendah dapat dijaga, dan komunikasi mengkonsumsi lebih sedikit daya di WSNs . node sensor dalam cluster yang sama dapat berkomunikasi langsung dengan mereka CH tanpa sensor node menengah. CH dapat mengirimkan mengumpulkan informasi kembali ke base station melalui multihop komunikasi antar CH. Sebagaimana dibahas dalam bagian sebelumnya , pengelompokan sensor node tidak hanya memungkinkan informasi merasakan agregasi, tetapi juga meminimalkan energi yang dikonsumsi dalam diri individu cluster dan mengurangi lalu lintas dan perselisihan saluran clustering. Dengan demikian , memanfaatkan trade-off antara energi, akurasi , dan latensi , dan menggunakan hirarkis arsitektur teknik penting untuk memperpanjang seumur hidup jaringan.
c. Algoritma hirarkis kluster routing beberapa penelitian tentang kluster hirarkis dalam beberapa tahun terakhir telah dieksplorasi dari perspektif yang berbeda. Berbagai protokol telah diusulkan untuk memperpanjang kehidupan WSN dan untuk routing data yang benar ke basis stasiun. Setiap protokol memiliki kelebihan dan kekurangan. Daya tahan baterai node sensor individu adalah sumber daya yang berharga dalam WSN ini. Beberapa hirarkis protokol yaitu LEACH, PEGASIS, TEEN, dan APTEEN.
• Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH)
LEACH adalah algoritma efisiensi energi kluster hirarkis yang pertama dan populer untuk WSNs yang diusulkan untuk mengurangi konsumsi daya . Pada LEACH, tugas pengelompokan diputar antara node , berdasarkan durasi . Komunikasi langsung digunakan oleh setiap CH untuk maju data ke base station ( BS ) . Ini adalah aplikasi-spesifik protokol penyebaran data yang menggunakan cluster untuk memperpanjang umur jaringan sensor nirkabel . LEACH didasarkan pada teknik agregasi yang
menggabungkan atau agregat data asli menjadi ukuran data yang lebih kecil membawa informasi yang bermakna bagi semua sensor individu . LEACH membagi jaringan menjadi beberapa cluster sensor , yang dibangun dengan menggunakan koordinasi lokal dan kontrol tidak hanya untuk mengurangi jumlah data yang ditransmisikan ke wastafel , tetapi juga untuk membuat routing dan data yang lebih terukur dan diseminasi kuat. Mengingat bahwa disipasi energi dari sensor tergantung pada jarak dan ukuran data yang akan dikirimkan , LEACH mengirimkan data jarak pendek dan mengurangi jumlah transmisi dan operasi penerimaan. Kuncinya fitur LEACH adalah: ( i ) rotasi acak dari CH dan cluster yang sesuai , ( ii ) kompresi lokal untuk mengurangi komunikasi global, ( iii ) dan koordinasi lokal dan kontrol untuk cluster set-up dan operasi .
• Power-Efficient Gathering in Sensor
Information Systems (PEGASIS)
Pegasis adalah protokol berbasis rantai optimal terdekat. Itu Ide dasar dari protokol adalah bahwa dalam rangka untuk memperluas jaringan seumur hidup, node hanya perlu berkomunikasi dengan tetangga mereka yang terdekat dan mereka bergiliran dalam berkomunikasi dengan BS. Untuk menemukan node tetangga terdekat dalam Pegasis, masing-masing node tetangga menyesuaikan kekuatan sinyal sehingga hanya satu node dapat didengar. Ketika semua node berkomunikasi dengan ujung BS, node terdekat akan memulai dan seterusnya. Hal ini mengurangi daya yang diperlukan untuk mengirimkan Data daya dapat tersebar merata pada semua node. Tujuan Pegasis routing protokol adalah (i) meningkatkan masa hidup setiap node dengan menggunakan kolaboratif teknik, dan (ii) mengizinkan hanya koordinasi lokal antara node yang berdekatan sehingga konsumsi bandwidth dalam komunikasi berkurang.
• Threshold Sensitive Energy Efficient
Sensor Network Protocol (TEEN)
Teen adalah kelompok sensor ke cluster dengan masing-masing dipimpin oleh seorang CH. Sensor dalam cluster melaporkan mereka merasakan data ke CH mereka. CH mengirimkan data agregat untuk tingkat CH data lebih tinggi hingga mencapai wastafel. Dengan demikian, arsitektur jaringan sensor Teen ini didasarkan pada pengelompokan hirarkis di mana node lebih dekat membentuk kelompok untuk sampai BS. Model ini mirip dengan arsitektur seperti yang digambarkan pada Gambar 3. Teen berguna untuk aplikasi di mana pengguna dapat mengontrol trade-off antara efisiensi energi, akurasi data, dan waktu respon dinamis. TEEN menggunakanMetode data-sentris dengan pendekatan hirarkis.
• Adaptive Threshold Sensitive Energy
Efficient Sensor Network Protocol (APTEEN)
Apteen adalah perbaikan untuk mengatasi kekurangan TEEN dan bertujuan baik menangkap koleksi data berkala ( LEACH ) dan bereaksi terhadap peristiwa waktu-kritis ( TEEN ) . Dengan demikian , APTEEN adalah pengelompokan protokol berbasis routing hibrida yang memungkinkan sensor untuk mengirim data berkala dan bereaksi terhadap setiap perubahan mendadak dalam nilai atribut yang sesuai dengan CHs mereka. Arsitektur APTEEN ini sama seperti di TEEN , yang menggunakan konsep hirarki pengelompokan untuk hemat energi komunikasi antara sensor sumber dan wastafel . ketika base station membentuk cluster, CH menyiarkan atribut , nilai ambang batas keras dan lunak , dan TDMA jadwal transmisi ke semua node , dan waktu maksimum interval antara dua laporan berturut-turut dikirim ke sensor , disebut waktu count ( TC ) . CH juga melakukan agregasi data yang dalam rangka untuk menghemat energi . APTEEN mendukung tiga jenis permintaan yang
berbeda yaitu (i ) permintaan sejarah , untuk menganalisa data masa lalu nilai-nilai , ( ii ) permintaan satu kali , untuk mengambil snapshot pemandangan jaringan , dan (iii ) persistent query, untuk memantau periode waktu.
III. Efisiensi energi untuk infrastruktur jaringan seluler [2]
Pada penelitian ini , eksplorasi dasar dinamis seperti Mekanisme pengelolaan stasiun untuk jaringan seluler untuk memahami secara kuantitatif lingkup untuk potensi penghematan energi , dan juga teknis tantangan yang muncul dalam pelaksanaan mekanisme ini , terutama untuk memastikan bahwa efisiensi energi tidak datang dengan mengorbankan mengurangi kualitas layanan bagi pelanggan mobile. Ide dasar dibalik operasi seluler hijau untuk mengurangi inefisiensi yang dihasilkan dari Fakta bahwa BTS saat ini biasanya digunakan dan dioperasikan secara terus menerus berdasarkan puncak lalu lintas memperkirakan. Secara intuitif, menghemat energi hati-hati mematikan yang tidak digunakan dan kurang dimanfaatkan BTS pada saat off-peak, sambil mempertahankan cakupan. Selanjutnya, penggunaan jaringan selular untuk memperkirakan tingkat tabungan tabungandi daerah perkotaanseperti dinamis basis operasional stasiun.
Kendala utama dari operasi seluler hijau adalah untuk melestarikan cakupan dan kualitas layanan ketika BTS seluler tertentu dimatikan dalam kasus beban rendah. Teknik untuk melestarikan cakupan dan mempertahankan kualitas layanan memiliki banyak kesamaan.
Power control akan memainkan peran penting dalam menyeimbangkan cakupan dan interferensi. Power control telah banyak digunakan di manajemen jaringan selular dan kualitas layanan penyediaan. Dalam kasus beban lalu lintas yang rendah, tantangan utama adalah untuk meningkatkan cakupan, sedangkan gangguan manajemen kurang kritis. Oleh karena itu, seseorang dapat berpotensi meningkatkan daya transmisi ketika beberapa BTS dimatikan untuk meningkatkan cakupan area BTS yang tersisa. Meskipun ide ini sederhana, untuk kedua uplink dan downlink transmisi perlu dievaluasi lagi secara lebih detail.
IV. Komunikasi Koperasi Efisien energi dalam sebuah Clustered Wireless
Sensor Network [3]
Dalam penelitian ini,
mempertimbangkan jaringan sensor nirkabel berkerumun di mana sensor dalam setiap kluster data paket relay untuk cluster terdekat menggunakan transmisi koperasi berdasarkan space-time block coding (STBC). Secara khusus, dalam setiap area klaster, node secara acak didistribusikan, dan ada satu cluster head (yang kadang-kadang disebut sebagai "gerbang") yang bertanggung jawab untuk data kontrol routing antar kelompok. Setiap data lainnya cluster pertama ditangani oleh kepala kluster dan kemudian disiarkan kepada anggota kelompok lain. Para anggota cluster biasa hanya perlu mendengarkan cluster head mereka dan dapat berpartisipasi dalam estafet koperasi untuk lalu lintas intercluster jika mereka benar decode paket. Jenis arsitektur jaringan berkerumun sangat dapat menyederhanakan manajemen jaringan dan routing, yang sangat penting untuk jaringan sensor dengan sejumlah besar node.
analisis dalam penelitian ini menggunakan 2 cara yakni:
1) Jumlah node dalam bekerja sama setiap cluster random dan tergantung pada kedua saluran dan noise realisasi . Secara khusus , hanya sensor decode paket data yang benar yang diterima dari cluster kepala ( menggunakan modulasi praktis dan coding skema ) berpartisipasi dalam transmisi kooperatif . kebanyakan yang ada bekerja baik mengasumsikan jumlah tetap bekerja sama node Mengasumsikan bahwa jumlah node bekerja sama tergantung pada probabilitas outage yang diterima SNR yang berada di bawah ambang batas tertentu , yang secara implisit mengasumsikan paket lama dan ideal kapasitas mencapai coding channel. 2) menggunakan paket -error -rate ( PER
) analisis berbasis daripada simbol -error -rate berbasis analisis. Ini lebih realistis karena deteksi kesalahan pada jaringan data biasanya dilakukan melalui tingkat paket, misalnya , siklus – redundancycheck ( CRC ) kode , daripada di tingkat simbol .
Gambar 4. Tipe kluster jaringan wireless Dalam penelitian ini membandingkan kinerja yang diusulkan Skema kerjasama energi dioptimalkan di bawah kendala PER yang sama dengan mempertimbangkan dua skenario jaringan sensor yang berbeda .
1) Jaringan Skenario 1 : Hal ini terkait dengan jaringan yang tidak memiliki persyaratan keras pada throughput dan delay . Sebagai contoh, dalam sebuah jaringan sensor yang digunakan untuk ekologi pemantauan lingkungan , masa sistem merupakan hal yang sangat penting , dan persyaratan throughput dan penundaan jauh lebih penting . Untuk jaringan tersebut , kita akan membandingkan konsumsi energi koperasi komunikasi dengan komunikasi langsung untuk jumlah data yang sama yang dikirimkan ( tapi dengan berbeda tingkat informasi dan penundaan ) . Dengan demikian , kita menggunakan biner fase - shift keying ( BPSK ) untuk kedua pola .
2) Jaringan Skenario 2 : Hal ini terkait dengan jaringan dengan persyaratan keras pada throughput dan delay , misalnya, jaringan sensor untuk aplikasi militer . Untuk jenis ini jaringan , kita akan membandingkan konsumsi energi komunikasi kooperatif dengan komunikasi langsung bawah throughput sistem yang sama dan keterlambatan persyaratan . Karena ada dua fase transmisi komunikasi kooperatif dan kami akan menggunakan tingkat - ½ orthogonal STBC , terlepas dari jumlah bekerja sama node, kita menyebarkan 16 - ary kuadratur amplitudo modulasi ( 16 - QAM ) untuk komunikasi kooperatif dan BPSK untuk komunikasi langsung untuk melakukan perbandingan yang adil.
Hasil analisis dari penelitian ini adalah kinerja koperasi Skema komunikasi dalam
jaringan sensor nirkabel berkerumun dengan asumsi praktis :
1) Deteksi kesalahan dilakukan di tingkat paket , yang memerlukan analisis berbasis PER
2) Hanya node decode paket yang benar yang diterima dapat bekerja sama , mengarah ke nomor acak kooperator per paket transmisi.
Berdasarkan analisis kinerja, dirumuskan masalah optimasi untuk meminimalkan energi secara keseluruhan konsumsi per subjek paket berbagai kendala sistem . Hasil numerik menunjukkan bahwa total konsumsi energi dapat diminimalkan dengan optimal menyesuaikan tingkat energi pancar untuk intracluster dan intercluster transmissions.selain itu juga ditunjukkan bahwa memiliki node lebih dalam sebuah cluster mungkin tidak lebih banyak energi efisien karena sirkuit energi ekstra yang dikonsumsi oleh calon node koperasi. Berdasarkan ketentuan PER berbeda, optimal jumlah sensor di cluster bervariasi . Akhirnya , signifikan penghematan energi relatif terhadap transmisi langsung dapat dicapai , bahkan dengan persyaratan yang ketat pada throughput dan delay .
V. Efisiensi Energy MAC protokol untuk Jaringan Sensor Network [4] Penelitian ini menyajikan sensor-MAC (S-sensor-MAC), sebuah protokol sensor-MAC baru eksplisit dirancang untuk jaringan sensor nirkabel. sementara mengurangi konsumsi energi adalah tujuan utama dalam desain ini, protokol ini juga memiliki skalabilitas yang baik dan kemampuan menghindari tabrakan. Ini mencapai skalabilitas yang baik dan menghindari tabrakan dengan memanfaatkan penjadwalan gabungan dan skema pertengkaran. Untuk mencapai tujuan utama dari efisiensi energi, kita perlu mengidentifikasi apa adalah sumber utama yang menyebabkan tidak efisiennya penggunaan energi serta apa trade-off bisa kita buat untuk mengurangi konsumsi energi.
Kontribusi dari pekerjaan ini adalah karena:
• Skema Dengar periodik dan tidur mengurangi konsumsi energi dengan
menghindari mendengarkan
menganggur. Penggunaan sinkronisasi untuk membentuk kelompok virtual
node pada jadwal tidur yang sama. Jadwal ini mengkoordinasikan node untuk meminimalkan tambahan latency.
• Penggunaan di-channel signaling untuk menempatkan setiap node untuk tidur ketika tetangganya adalah transmisi ke node lain. metode ini menghindari masalah sengaja mendengar tetapi tidak memerlukan saluran tambahan.
• Menerapkan message passing untuk mengurangi aplikasi dirasakan latency dan mengendalikan overhead.
• Mengevaluasi implementasi MAC sensornet hardware tertentu.
Dalam grafik hasil, yang disederhanakan IEEE 802.11 DCF dilambangkan sebagai 'IEEE 802.11'. Pesan lewat dengan sengaja mendengar penghindaran diidentifikasi sebagai 'Mendengar penghindaran'. Lengkap protokol S-MAC, yang mencakup semua potongan protokol baru, dilambangkan sebagai 'SMAC'. Kita pertama kali melihat hasil eksperimen pada node sumber A dan B. Gambar 5 adalah diukur konsumsi energi rata-rata dari dua node. Berat Lalu lintas berat saat pesan waktu antar-kedatangan kurang dari 4s. Dalam kasus ini, 802.11 MAC menggunakan lebih dari dua kali energi yang digunakan oleh S-MAC. Sejak mendengarkan menganggur jarang terjadi, penghematan energi dari tidur periodik sangat terbatas. S-MAC mencapai penghematan energi terutama dengan menghindari sengaja mendengar dan efisien panjang transmisi pesan.
Gambar 5. Pengukuran Konsumsi Energi di Node Sumber
Gambar 6. Pengukuran persentase waktu yang node sumber dalam modus tidur.
Gambar 7. Pengukuran Konsumsi Energi di Node Tengah
Dibandingkan dengan 802,11 , lewat pesan dengan sengaja mendengar menghindari menghemat hampir jumlah energi yang sama dalam semua kondisi lalu lintas . Hasil ini disebabkan sengaja mendengar penghindaran antara node tetangga A , B dan C. Jumlah paket yang akan dikirim oleh masing-masing dari mereka adalah sama dalam semua kondisi lalu lintas .
Gambar 6 menunjukkan persentase waktu yang node sumber berada dalam modus tidur . Sangat menarik bahwa protokol S – MAC menyesuaikan waktu tidur sesuai dengan pola lalu lintas . ketika ada sedikit lalu lintas , node memiliki waktu tidur lebih ( meskipun ada batas dengan siklus tugas dari node ) . Ketika lalu lintas meningkat , node memiliki kesempatan yang lebih sedikit untuk pergi ke tidur berkala dan dengan demikian menghabiskan lebih banyak waktu di transmisi.
Ini adalah fitur yang berguna untuk aplikasi jaringan sensor , karena beban lalu lintas memang berubah dari waktu ke waktu . Bila ada penginderaan acara, lalu lintas sangat ringan. Ketika beberapa node mendeteksi acara , mungkin memicu sensor besar seperti kamera , yang akan menghasilkan lalu lintas yang padat . Protokol S - MAC mampu beradaptasi dengan perubahan lalu lintas. Sebagai perbandingan, modul message passing dengan sengaja mendengar penghindaran tidak memiliki tidur periodik , dan node menghabiskan lebih banyak waktu dalam mendengarkan siaga ketika lalu lintas beban menurun .
Gambar 7 menunjukkan konsumsi energi terukur di antara simpul C. Kita bisa lihat dalam kasus lampu lalu lintas , masih melebihi 802.11 MAC . Dalam heave kasus
lalu lintas, mengkonsumsi
sedikit lebih banyak energi dari 802,11 . Salah satu alasannya adalah bahwa S – MAC memiliki sinkronisasi overhead mengirim dan menerima SYNC paket . Alasan lain adalah bahwa S - MAC memperkenalkan lebih latency dan benar-benar menggunakan lebih banyak waktu untuk melewati jumlah data yang sama . Bahkan , jika lalu lintas sangat berat dan node tidak memiliki kesempatan untuk mengikuti jadwal tidurnya , skema periodik mendengarkan dan tidur tidak menguntungkan sama sekali. Namun , pesan lewat dan kebetulan mendengar penghindaran
masih cara yang efektif
hemat energi . Ini telah digambarkan dalam hasil Sumber node (Gambar 5). Tapi kita tidak bisa melihat hasil yang sama pada intermediate simpul C, karena semua transmisi paket melibatkan node ini. Dalam hal ini, konsumsi energi adalah sama seperti yang menggunakan 802.11 MAC.
Dengan hasil tersebut sebuah MAC protokol untuk sensor nirkabel jaringan ini memiliki sifat energi yang sangat baik dibandingkan dengan IEEE 802.11. hal lain yang menarik dari protokol ini adalah bahwa ia memiliki kemampuan untuk membuat trade-off antara energi dan latency sesuai dengan kondisi lalu lintas.
VI. Efisiensi Daya Sistem Nirkabel [5] Dalam penelitian ini, penambah tingkat formalisasi untuk Komunikasi Hijau panjang dan alamat rintangan mendasar untuk
mewujudkan perbaikan secara keseluruhan. Secara khusus, survei dan kontras definisi yang ada dan metrik dalam efisiensi energi dan aplikasi mereka terhadap komunikasi. Paper ini menyusun kemajuan dalam efisiensi energi
dari berbagai lapisan dalam
komunikasi siklus untuk memberikan perspektif keadaan saat ini efisiensi energi penelitian dan operasi. Akhirnya, paper ini memperkenalkan solusi yang menggabungkan interaksi di beberapa lapisan jaringan stack dan aspek yang berbeda dari siklus komunikasi. Ini paradigma ikatan bersama strategi yang efisien energi dari lapisan yang berbeda.
menyoroti konsumsi daya relatif berbagai komponen dan aspek operasional base stasiun (BS). Dalam gambar 8, total daya konsumsi pemrosesan sinyal & unit kontrol (30%)dan RF konversi & power amplifier (70%) digunakan sebagai baseline normalisasi. Dari angka ini, tiga mengkonsumsi komponen listrik pada jaringan feeder, RF konversi & amplifikasi, dan kontrol suhu (misalnya, udara conditioning).
Gambar 8. Konsumsi energi pada makro BS Informasi dan penggunaan teknologi komunikasi memiliki tumbuh pada tingkat yang mengejutkan seluruh dunia dengan perkiraan 6 miliar langganan pada tahun 2010. Setiap tahun, 120.000 BS baru dikerahkan melayani 400 juta ponsel baru pelanggan di seluruh dunia. Gambar 9 mengilustrasikan Pola pertumbuhan langganan telepon seluler antara Tahun 2000 dan 2010. Daerah berkembang semakin beralih ke nirkabel sebagai teknologi lompatan katak melewati
infrastruktur tetap dan mobile meningkatkan langganan untuk sepuluh tahun. Dari tahun 2000 sampai 2010, langganan ponsel di daerah dikembangkan meningkat sekitar 200%, sedangkan yang dalam mengembangkan daerah meningkat sekitar 1.300%. Statistik juga menunjukkan bahwa pada tahun 2000 sekitar 40% dari semua langganan ponsel yang dikaitkan dengan negara berkembang dan pada tahun 2009 ini persentase tumbuh sekitar 70%.
Gambar 9. Seluler berlangganan
Sekelompok penyelenggara radio berkolaborasi menawarkan beberapa keuntungan melalui radio tunggal , seperti :
1) memungkinkan daya yang rendah konsumsi per node dan , dalam kondisi tertentu, konsumsi daya yang rendah untuk keseluruhan jaringan ,
2) memungkinkan pencocokan antara permintaan listrik dan pasokan
3) pertemuan komputasi tinggi dan
persyaratan latency dengan
memanfaatkan sumber daya komputasi dalam jaringan , dan
4) menyederhanakan faktor bentuk simpul desain kecil dengan rendah komputasi dan kekuatan sumber daya per node .
Dalam sebuah jaringan WSC subsistem komunikasi menghubungkan perhitungan subsistem pada berbagai node melalui link nirkabel , menyebarkan beban kerja komputasi , lulus interprocess pesan , dan mengumpulkan hasil pengolahan. Misalnya , dalam jaringan siaran , sebuah node master mendistribusikan beban komputasi di antara beberapa budak node . Node slave memproses bagian mereka dari beban kerja dan mengembalikan hasil ke node master . itu node master kemudian memadukan hasil dari partisipasi node slave .
Di WDC , penghematan daya komputasi konsumsi yang sebagian diabaikan
oleh overhead konsumsi daya komunikasi. Selain itu, peningkatan penghematan daya komputasi dengan peningkatan jumlah berkolaborasi node dimentahkan oleh peningkatan overhead kekuasaan Konsumsi untuk komunikasi antara node. Dengan demikian , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 , titik melanggar mungkin ada ,luar yang WDC tidak irit daya dibandingkan pengolahan on-board .
Gambar 10. Jaringan penghematan energi yang dicapai oleh didistribusikan komputasi untuk berbagai ukuran jaringan dan rentang jaringan
Sebuah ide yang sama, yang disebut Coordinated Multipoint Transmisi (Comp), baru-baru ini diusulkan dalam 3GPP LTE-muka proses standarisasi. Teknologi koordinat transmisi ini antara beberapa sel dan mengurangi interferensi dari sel lain sehingga mengurangi daya yang diperlukan untuk menjaga QoS tertentu.
Penelitian ini menyajikan beberapa pendekatan holistik yang menggabungkan beberapa aspek dalam siklus hidup komunikasi. Ini pendekatan meliputi desain cross-layer , radio kognitif pendekatan , dan solusi komputasi terdistribusi nirkabel. Peneliti menciptakan solusi baru untuk masalah energi yang dihadapi oleh industri nirkabel dengan menggunakan dan menggabungkan teknologi yang sudah ada dikembangkan untuk isu-isu terkait domain nirkabel serta di domain lainnya . sebagai kemajuan dalam merancang jaringan listrik yang efisien, kerangka , yang menyadari kemampuan dan karakteristik masing-masing komponen , dapat lebih mengoptimalkan operasi jaringan untuk berbagai tujuan mengingat aplikasi QoS persyaratan dan operasi lingkungan .
Untuk skenario ini kita berpikir radio kognitif kerangka berbasis dapat sangat membantu . Hal ini tercermin dalam pengembangan standar nirkabel. Sebuah solusi berbasis radio kognitif menguntungkan melalui pembelajaran online dan monitoring jaringan operasi , integrasi belajar pengetahuan tentang operasi jaringan dalam optimasi jaringan, dan dinamis rekonfigurasi jaringan untuk meningkatkan jaringan efisiensi. Ketika kita bergerak ke jalan untuk hijau komunikasi , kami akan mengidentifikasi baru yang bermanfaat teknologi yang dikembangkan di bidang terkait . Kemampuan mengintegrasikan teknologi baru ke dalam sistem yang ada
menjadi sangat penting dalam
mengembangkan hijau di masa depan –bukti solusi komunikasi.
Referensi
