مقایسه پروتکل های مسیر یابی تک مسیره در مقابل پروتکل های مسیر یابی چندگانه برای انتقال تصویر در شبکه های حسگر بی سیم چند رسانه ای Comparison of QoS-aware single-path vs. multi-path routing protocols for image transmission in wireless multimedia sensor networks

1. مقدمه

شبکه های حسگر بی سیم چند رسانه ای (WMSNها) یک موضوع جدید و مهم در پژوهش های دانشگاهی می باشند و از انتظارات داده های چند رسانه ای حاصل از گره های حسگر بی سیم نظیر تقاضای پهنای باند بالاتر، مصرف انرژی بالاتر و الزامات اکید برای کیفیت خدمات (QoS) بوجود می آیند. در بسیاری از زمینه های مختلف، از جمله نظارت و ردیابی هدف، سیستم های پیشرفته مراقبت های بهداشتی و سیستم های نظارت بر روند صنعتی و کنترل ترافیک هوشمند، از برنامه های WMSNها استفاده می شود [1].

بسیاری از برنامه های کاربردی WMSN به منظور پاسخگویی به کیفیت خدمات مورد نیاز برای ترافیک های چند رسانه ای، به راه حل های سفارشی در شبکه های حسگر بی سیم (WSN) نیاز دارند. بسیاری از تلاش های پژوهشی در WSNها بواسطه نیاز به کاهش مصرف انرژی صورت گرفته اند. با این حال، هم قابلیت اطمینان و هم نیاز به تاخیر ارتباطی در WMSNها موجب ایجاد نگرانی هایی در شبکه حسگر بی سیم شده اند. بنابراین، راه حل های مسیریابی آگاه از کیفیت خدمات برای پاسخگویی به نیازهای برنامه های خاص WMSNها لازم می باشند. تجزیه و تحلیل و طراحی یک راه حل برای انتقال تصویر در WMSNها از جمله مسائل اصلی مطرح شده در این مقاله می باشد. چالش های ارتباطی مهم برای درک مسیریابی آگاه از کیفیت خدمات در WMSNها را می توان به شرح زیر خلاصه نمود:

• مصرف انرژی: از آنجا که برنامه های چند رسانه ای می توانند حجم بالایی از اطلاعات را تولید نمایند، مصرف انرژی آنها در مقایسه با شبکه های حسگر بی سیم سنتی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• محدودیت منابع: WMSNها به دلیل ویژگی های شاخص شان در مصرف انرژی، حافظه و قدرت پردازش دارای محدودیت های هیستند. به طور کلی، منابع گره ای محدود منجر به کاهش آگاهی از کیفیت خدمات در شبکه های حسگر بی سیم و ایجاد مشکلات چالش برانگیز می شود [2،3]. بنابراین، راه حل های مسیریابی WMSNها باید با استفاده از این منابع محدود پاسخگوی نیاز های کیفیت خدمات برنامه های خاص باشد [4].

• ظرفیت ارتباط متغیر و خطاهای بسته: ویژگیهای کیفیت ارتباط بی سیم با گذشت زمان و تغییر فضا دگرگون می شود، از این رو نرخ خطای بیتی بالایی در ارتباطات ظاهر می شود. بنابراین، ظرفیت و تاخیر مکرراً تغییر می یابد و این امر موجب می شود تا کیفت خدمات به یک کار چالش برانگیز تبدیل شود [4].

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

برای پرداختن به چالش های فوق، روش جدیدی ارائه شده است که در آن تصویر به WMSNها انتقال می یابد. اختصاص اولویت های مختلف به قسمت های مختلف یک تصویر موجب می شود تا اولویت و در نتیجه قابلیت اطمینان بالایی به ترافیک داده ارائه شود. برای تحقق این امر، بسته های داده یک فایل تصویری به دو گروه تقسیم شده و برای هر گروه قابلیت های اطمینان متفاوتی در نظر گرفته می شود. رویکرد پبشنهادی با ایجاد تمایز در پروتکل های مسیریابی MMSPEED [5] که بواسطه لایه های مختلف سرعت پاسخگوی مهلت الزامات می باشد، برای ایجاد تمایز در حوزه قابلیت اطمینان از یک لایه سرعت واحد استفاده می کند. می توان با کاهش کیفیت کلیِ تصویر و بدون از دست دادن بخش های مهم آن، مصرف انرژیِ ناشی از مسیر های اضافی را کاهش داد.

برای اثبات کارایی روش پیشنهادی، عملکرد آگاهی از کیفیت خدمات مسیریابی تک مسیره و پروتکل های مسیریابی چندگانه برای انتقال تصویر در WMSNها مورد بررسی قرار گرفته اند. پروتکل های مسیریابی ارزیابی شده، برای مطابقت با قابلیت اطمینان و پاسخگویی به وجود تاخیر در تصویر، سه ویژگی اصلی، یعنی برآورد ارتباطات و کیفیت، انتخاب مسیرچندگانه و اولویت بندی را پیشنهاد می نماید. به منظور اثبات بهره وری پروتکل های مسیریابی ارزیابی شده برای انتقال تصویر بر حسب PSNR، میانگین تاخیر، قابلیت دسترسی و بسته های داده و کنترل سربار به ارزیابی عملکرد انطباقی پرداختیم. اگر چه نتایج ارزیابی عملکرد ثابت می نماید که مسیریابی چندگانه قابل اعتماد تر از مسیریابی تک مسیره می باشد، زمانی که بار ترافیک بالای شبکه بالاست، مسیریابی چندگانه بر حسب میانگین تاخیر، بدتر از مسیریابی تک مسیره عمل می کند. این مطالعه دارای دو سهم علمی می باشد که در زیر به صورت خلاصه شرح داده شده است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• برای پرداختن به الزامات بهره وری انرژی و ارائه قابلیت اطمینان بالا در برنامه های انتقال تصویر مبتنی برWMSN از اولویت بندی تصویر استفاده می شود. به همین دلیل، انتقال تصویر مبتنی بر WMSNهمراه با اولویت بندی قابلیت اطمینان و تاخیر در ارتباطات مورد بحث قرار گرفته اند.

مابقی این به شرح ذیل مرتب شده است. بخش 2 بررسی دقیقی از پروتکل های مسیریابی تک مسیره و پروتکل های مسیریابی چندگانه ارائه می نماید که می توان از آن برای انتقال تصویر مبتنی بر WMSN استفاده نمود. بخش 3 معیارهای عملکرد مورد استفاده در این مطالعه را توضیح می دهد و نتایج شبیه سازی را ارائه می کند. بخش 4 مسائل تحقیقاتی باز را مشخص می نماید. در نهایت، بخش 5 نتیجه مقاله را ارائه می نماید.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در شبکه های چند هاپی، مسیر بین گره های منبع و سینک را می توان با استفاده از شمارش هاپ، که یک معیار سنجش متداول است، تعیین نمود. با این حال، در طول عمر شبکه حسگر بی سیم چند هاپی ممکن است مواردی چون تداخل امواج رادیویی، شکل و جهت آنتن، فاصله و عوامل محیطی تغییر یابد و همه آنها بر کیفیت ارتباط بین جفت گره های حسگر تاثیر می گذارند. اگر چه محل گره ها در شبکه ثابت می باشد و هر گره با قدرت انتقال یکسانی پیکربندی شده است، با اینحال تغییرات زیست محیطی منجر به ارتباطات نامتقارن بین گره ها و اتصال بین گره های تغییریافته می شود [6]. پروتکل های مسیریابی تک مسیره در شبکه های حسگر بی سیم، تلاش می نمایند تا کیفیت ارتباطات را برآورد نمایند و این پروتکل ها از کیفیت ارتباطات برای یافتن مطلوب ترین مسیر استفاده می کنند. به طور کلی، این روش یکی از امیدوارکننده ترین روش های ارائه قابلیت اطمینان در مسیریابی تک مسیره می باشد. از سوی دیگر، مطالعات اخیر نشان می دهد که مسیریابی چندگانه از لحاظ قابلیت اطمینان بهتر از مسیریابی تک مسیره می باشد. به عبارت دیگر، احتمال اینکه مسیریابی چندگانه با استفاده از مسیرهای اضافی در مقصد به قابلیت دسترسی بسته دستیابی یابد، بیشتر می باشد.

اگر چه مسیریابی چندگانه مزایایی نظیر قابلیت اطمینان را ارائه می دهد، اما بهره وری انرژی آن سوال برانگیز است. به طور کلی، مطالعات اخیر در مورد الگوریتم های مسیریابی شبکه حسگر بی سیم، بر روی بهره وری انرژی متمرکز شده اند تا طول عمر شبکه را افزایش دهند. از سوی دیگر، بسیاری از برنامه های کاربردی دارای رسالت های مهمی، از جمله بهره وری انرژی، مسیریابی قابل اطمینان و حساس به تاخیر می باشند[7]. در این بخش، پروتکل های مسیریابی تک مسیره و مسیریابی چندگانه و ویژگی های آنها و مزایا و معایب شان در بخش های فرعی ارائه شده است.

2.1. پروتکل های مسیریابی تک مسیره

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2.1.1. پروتکل های مسیریابی واکنشی در مقابل پروتکل های مسیریابی فعال

پروتکل های مسیریابی تک مسیره را می توان به دو گروه اصلی تقسیم نمود: پروتکل های مسیریابی واکنشی و فعال. SPEED [8] یکی از بهترین نمونه های پروتکل های مسیریابی واکنشی می باشد. SPEED طراحی شده تا بواسطه به حداقل رساندن تاخیر پیوسته(end-to-end delay) از ارتباطات زمان واقعی حمایت نماید. هر گره به جای استفاده از جداول مسیریابی، با استفاده از اطلاعاتی در مورد موقعیت جغرافیایی گره های مجاور، به مسیریابی موضعی می پردازد. هر گره با استفاده از فاصله و تاخیر به اریابی سرعت پیشرفت بسته می پردازد و این بسته به سوی گره ای ارسال می شود که سرعت آن بالاتر از سرعت از پیش تعریف شده است. برای بررسی اینکه هنگامی که الزامات سرعت مطلوب یک بسته فراهم نشود حذف شده یا رله می شود، از نسبت رله(Relay ratio) استفاده می نماییم. اگر ارقام ایجاد شده بالاتر از نسبت رله باشد، آنگاه بسته حذف می شود. اگر گره های انبوهی ایجاد شود یا گره مورد نظر بعدی یافت نشود، به گره های منبع پیام داده می شود تا به مسیریابی جدید بپردازند. SPEED هیچ گونه ضمانتی برای قابلیت اطمینان بسته ارائه نمی دهد[8].

اسپید(SPEED ) را می توان به طور متمایز از جایگزین و انرژی کارآمدش به عنوان یک پروتکل مسیر یابی فعال طبقه بندی نمود. اسپید(SPEED ) مازاد انرژی را از گره های موجود در مسیریابی می گیرد و در طول ارتباطات زمان واقعی اقدام به یافتن مسیرهایی با انرژی کارآمد می نماید. مسیریابی بر اساس سه معیار صورت می گیرد. تاخیر، انرژی و سرعت. این پروتکل انرژی را به عنوان معیار QoS در نظر می گیرد و هدف آن ایجاد ارتباطات قابل اطمینان نمی باشد[9]. (نیاز به دانلود ترجمه)

مسیریابی آگاه از انرژی(energy-aware routing) یکی دیگر از پروتکل های مسیریابی فعال تک مسیره برای ترافیک داده زمان واقعی می باشد و انرژی و تاخیر را بعنوان یک مسیر بهینه در نظر می گیرد [10]. این پروتکل با توجه به هزینه مسیر که توسط هزینه عملکرد محاسبه شده، می تواند بهترین مسیر را انتخاب کند. از تاخیر پیوسته (End-to-end delay) و مصرف انرژی برای محاسبه تابع هزینه(cost function) استفاده می شود. از تاخیر انتقال(Transmission delay) و تاخیر صف(queuing delay) برای محاسبه تاخیر پیوسته استفاده می شود. این پروتکل تلاش می نماید تا با استفاده از الگوریتم کشف همسایه(neighbor discovery algorithm )، تاخیر انتقال را به حداقل برساند.

2.1.2. پروتکل های مسیریابی تک مسیره آگاه ازکیفیت خدمات

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

EARQ [12]، پروتکل مسیریابی آگاه از انرژی می باشد که ارتباطات زمان واقعی و قابل اطمینانی را به شبکه حسگر بی سیم صنعتی ارائه می دهد. هزینه های انرژی، تاخیر و قابلیت اطمینان یک مسیر با تکیه بر اطلاعات دریافت شده از همسایگان برآورد شده است. از مقادیر تخمین زده شده برای محاسبه احتمال استفاده شده و مسیر به طور تصادفی با توجه به احتمال محاسبه شده انتخاب شده است. بنابراین، گاهی اوقات مسیرهای بهینه با توجه به این استراتژی انتخاب نمی شوند. از سوی دیگر، انتخاب تصادفی موجب توزیع مصرف انرژی می شود. تحویل در زمان واقعی با انتخاب مسیرها و با توجه به زمان تحویل بسته قبل از پایان مهلت انجام می شود. همچنین، بسته های تکراری را می توان بواسطه مسیر جایگزین ارسال نمود و قابلیت اطمینان را تامین نمود[12].

2.2. پروتکل های مسیریابی چندگانه

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

EAMMSPEED برای تضمین کیفیت خدمات در شبکه های حسگر بی سیم از یک مکانیسم تحویل آگاه از انرژی استفاده می کند[14]. این مکانیسم سطح انرژی گره بعدی را بررسی نمود و در عین حال مسیر ارسال را انتخاب می کند. با استفاده از پیام های فانوس دریایی است که به اطلاعات مربوط به موقعیت، باقی مانده سطح انرژی از گره به دست آورد. در نتیجه، پروتکل EAMMSPEED موجب می شود تا تضمین کیفیت خدمات MMSPEED با اطلاعات به دست آمده در مورد انرژی گره های حسگر، با هم ترکیب شوند[14].

ReInForM [14] برای حل مشکلات قابلیت اطمینان پیوسته طراحی شده است. نسخه های چندگانه این بسته، همراه با مسیر های چندگانه از سوی منبع به سمت مقصد ارسال شده و موجب می شوند تا داده با قابلیت اطمینان مطلوب تحویل داده شود. تعداد مسیرهای مورد نیاز برای تامین قابلیت اطمینان، بواسطه حالت پویای بسته و با تکیه بر دانش محلی در مورد نرخ خطا و توپولوژی کانال کنترل می شود. ReInForM به انرژی توجهی ندارد [15].

MPDT به منظور گسترش طول عمر WMSNها، حجم کار برابری را میان گره ها توزیع می نماید [16]. این امر در دو مرحله اجرا می شود: مرحله استقرار مسیر و مرحله انتقال داده. مرحله استقرار مسیر به کشف مسیر چندگانه و مرحله انتقال داده به انتخاب داده برای انتقال در مسیرهای چندگانه می پردازد. گره ها بواسطه کنترل انرژی باقیمانده در گره ها انتخاب شده اند[16].

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

REAR یک پروتکل مسیریابی با انرژی کارآمد می باشد که سطوح انرژی در گره های حسگر را قبل از انتخاب مسیرهای مسیریابی در نظر می گیرد. این پروتکل برای انتخاب مسیر مسیریابی از مکانیسمی مبتنی بر روش پیام رسانی، به نام پیام درخواست مسیریابی چندگانه (MREQ) استفاده می نماید. پیامMREQ از گره منبع به سایر گره های شبکه پخش شده و گره ها با بررسی سطوح انرژی باقی مانده خود، پیام MREQ را به گره های بعدی ارسال می نمایند. گره ها، پیام MREQرا سریع به گره ای ارسال می نمایند که دارای سطح انرژی بالاتر می باشد و این معیار موجب انتخاب مسیر آنها از گره منبع به گره مقصد می شود [18].

EQSR [3] یک پروتکل مسیریابی با انرژی کارآمد و آگاه از کیفیت خدمات می باشد که با توجه به سطح انرژی گره های حسگر، اندازه بافر موجود و نسبت سیگنال به نویز (SNR) بهترین هاپ را انتخاب می نماید. هدف از این پروتکل، به حداقل رساندن مصرف انرژی برای افزایش طول عمر شبکه، حفظ تاخیر پیوسته در بسته های اطلاعاتی با ترافیک بالا و رسیدن به خدمات متمایز در حوزه اغتنام زمان و افزایش قابلیت دسترسی بسته با استفاده از داده های تکراری می باشد. همچنین، این پروتکل برای بازیابی خرابی های گره بدون پخش سیل آسا(flooding)، از روش تصحیح خطای ارسالی (FEC) استفاده می نماید [3].

2.2.1. چرا پروتکل مسیر یابی چندگانه ؟

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مزایای مسیریابی چندگانه را می توان شرح زیر فهرست نمود:

• متعادل کننده بار: با تقسیم ترافیک در سراسر مسیرهای چندگانه می توان در بار ترافیک شبکه تعادل ایجاد کرد.

• قابلیت اطمینان و تحمل خطا: قابلیت اطمینان را می توان بعنوان احتمال رسیدن موفق بسته ها از منبع به مقصد تعریف نمود. با ارسال نسخه های چندگانه داده ها به مسیرهای مختلف، می توان از مسیریابی چندگانه برای بهبود قابلیت اطمینان استفاده نمود[19]. در صورتی که یکی از بسته های تکراری با موفقیت دریافت شود، گره گیرنده بسته را دریافت خواهد نمود.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

معایب مسیریابی چندگانه را می توان شرح زیر فهرست نمود:

• ترویج مسیر(Route coupling): شبکه حسگر بی سیم برای برقراری ارتباط از کانال بی سیم مشترک استفاده می نماید. بنابراین، اگر گره انتقال دهنده، کانال بی سیم مشترک را مشغول نگه دارد، گره های همسایه مانع از دریافت داده می شوند. در حالی که این تداخل می تواند منجر به تنزل کیفیت انتقال همسایه شود، چندین معیار برای برآورد خودتداخل(self-interference) بین مسیرهای مختلف پیشنهاد شده است[20]. ترویج مسیر را می توان در مسیریابی چندگانه به این صورت توضیح داد که ممکن است انتقال حتی در صورت وجود مسیرهای مجزای گره (node-disjoint)، به دلیل وجود تعدادی گره در تیررس انتقال سایر گره ها، دچار تداخل شود. ترویج مسیر نشان می دهد که وجود مسیرهای مجزای گره برای بهبود عملکرد کافی نیست [21] .

• افزایش تاخیر پیوسته و بار شبکه: ترافیک در شبکه مسیریابی چندگانه به دلیل وجود بسته داده تکراری و بسته های کنترلی آنها یا ارسال همزمان بسته ها و بسته های کنترلی شان، بصورت غیرعادی بارگذاری می شود. وجود ترافیک بارگذاری بالا، موجب افزایش تاخیر پیوسته در بسته انتقالی می شود.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

پروتکل های مسیریابی چندگانه که در بخش قبلی های قبلی مرور شد را می توان به دو گروه تقسیم نمود. پروتکل های گروه اول، بسته های مختلف را با وجود مسیرهای مختلف به مقصد انتقال می دهند. از سوی دیگر، پروتکل های گروه دوم، نسخه های چندگانه همان بسته را را با وجود مسیرهای مختلف به مقصد انتقال می دهند و موجب افزایش قابلیت اطمینان شبکه می شوند. اگر چه این روش می توان موجب افزایش قابلیت اطمینان شبکه شود و از اولویت بندی بسته پشتیبانی نماید، اما ممکن است منجر به ایجاد افزایش زمان بارگذاری و تراکم در شبکه شود.

پروتکل های مسیریابی چندگانه می توانند از پارامترهای مختلفی نظیر سطوح انرژی مازاد، تاخیر پیوسته، قابلیت اطمینان ارتباطات، نرخ خطای کانال بی سیم، توپولوژی شبکه و پهنای باند موجود، به عنوان معیارهای مسیریابی استفاده کنند (جدول 1).

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

SPEED- انرژی و پروتکل مسیریابی آگاه از QoS

معیار QoS- پیوسته- پیوسته

آگاه از انرژی- خیر- محدود

آگاه از موقعیت- بله- خیر

مقیاس پذیری- خیر- محدود

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

اگر چه تمام مطالعات انجام شده در این بخش، دیدگاه ها و مبناهای ارزشمندی در مورد WMSNها ارائه می نمایند، اما هدف اصل آنها دستیابی به بهره وری انرژی یا قابلیت اطمینان می باشد و به بررسی چالش های انتقال تصویر در شبکه های حسگر بی سیم نمی پردازند. در این مقاله، عملکرد کیفیت خدمات آگاه پروتکل های مسیریابی تک مسیره و مسیریابی چندگانه برای انتقال تصویر در WMSNها مورد بررسی قرار گرفته است.

3. معیارها و نتایج عملکرد

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3.1. مشخصات شبیه سازی

در این مطالعه، برای انجام شبیه سازی باید از شبیه ساز J-SIM استفاده نماییم [22]. J-SIM ، یک کتابخانه شی گرای منبع باز مبتنی بر جاوا می باشد که برای شبیه سازی های فرآیند محور در زمان گسسته و محیط شبیه سازی دو زبانه در جاوا نوشته شده است. J-SIM برای سناریوهای شبیه سازی از رابط های اسکریپتی نظیر TCL، پایتون(Python) و پرل(Perl)پشتیبانی می نماید. سناریوهای شبیه سازی ما از طریق اسکریپت TCL آماده شده اند.

در این مطالعه، از دو پروتکل مسیریابی مختلف، پروتکل مسیریابی چندگانه قابل اطمینان و پروتکل مسیریابی تک مسیره قابل اطمینان استفاده می نماییم. همچنین برای هر بسته یکی از دو گروه، با اولویت کم و با اولویت بالا، را انتخاب می کنیم. از تصویر آزمون «لنا(Lena)» استفاده نموده و همانطور که بواسطه خطوط در شکل 1 نشان داده شده، اولویت ها بالا را به بخش های مهم تصویر اختصاص می دهیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شبیه سازی ها در سه سناریوی مختلف انجام می شوند؛

• در سناریوی اول، همه بسته ها به گروهی با اولویت بالا اختصاص داده می شوند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• در سناریوی سوم، تمام بسته ها به گروه با اولویت پایین اختصاص داده می شوند.

در تمام سناریوها، مقدار اولویت بالا تا 0.7 ، مقدار اولویت پایین تا 0.2 و موعدمقرر تا 2.0 تعیین شده است. تمام سناریو ها چندین بار در منابع مختلف تکرار شده اند: 2، 4، 8، 12 و 16. پارامترهای شبیه سازی در جدول 2 ذکر شده است.

جدول 2. تنظیم محیط شبیه سازی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

زمینه عکس- 200 m _ 200 m

هدایت رادیویی- 40 m

اندازه بسته- 256 Bytes

ترافیک- CBR

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مدل کانال- مدل فضای آزاد

 

3.2. معیارهای عملکرد

در این مطالعه، میانگین تاخیر، قابلیت دستیابی، PSNR و PSNR دارای تاخیر محدود را بعنوان معیارهای عملکرد تمام سناریوی هر پروتکل ارزیابی نمودیم. همچنین، تعداد کل داده ها و بسته های کنترلی را محاسبه کردیم. در ذیل توضیح مختصری در مورد معیارهای عملکرد ارائه شده است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

PSNR (نیاز به دانلود ترجمه) با استفاده از مقدارMSE (خطا جذر میانگین مربعات) دو تصویر با اندازه m × n محاسبه شده است.

MAXI ، حداکثر پیکسل ممکن در این تصویر می باشد. زمانی که پیکسل های تصویر 1 بیت را نشان دهند، مقدار MAXI برابر1 می باشد، اما اگر آنها را با 8 1 بیت را نشان دهند، آنگاه مقدار MAXI برابر 255 می باشد. از این رو، فرمول کلی حداکثر پیکسل ممکن بصورت 2b — 1 می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• میانگین تاخیر: به معنای میانگین زمان انتقالِ تمام داده های انتقالی می باشد.

• نرخ پذیرش بسته: نسبت تعداد بسته هایی که با موفقیت منتقل شده اند به تعداد کل بسته های انتقالی می باشد.

• قابلیت دسترسی به موقع: به معنای نرخ پذیرش بسته ای می باشد که قبل از موعد مقرر با موفقیت به مقصد انتقال یافته است.

• بسته های کنترل: بسته های کنترل شامل بسته های کنترل لایهMAC ، بسته های بروز رسانی موقعیت و بسته های پس فشار(back- pressure packet) می باشند. ACK، RTS، CTS و RTS و انتقال بسته های RTS از جمله بسته های کنترل لایهMAC می باشند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مقادیر PSNR هم برای کل تصویر و هم برای بخش مهم تصویر انتقالی محاسبه می شود. این مقادیر را به ترتیبPSNR کلی وPSNR جزئی می نامند. شکل 2 الف مقادیر PSNR کلی و شکل 2بPSNR جزئی را نشان می دهد. همانطور که در شکل 2 الف مشاهده می شود، دو مورد وجود دارد که در آن مقادیر PSNR قابل قبولی تولید می شود. این موارد مسیریابی چندگانه و مسیریابی تک مسیره نام دارند که در بالا در سناریوی اول توضیح داده شدند. در اینجا باید توجه داشته باشید که محاسبهPSNR کلی با استفاده از کل تصویر صورت می گیرد و سناریوی اول به تمام بسته های تصویر اولویت بالایی اختصاص می دهد. اگرچه مسیریابی چند مسیرگانه به روند خود ادامه می دهد، اما مسیریابی تک مسیره این کار را نمی کند و با افزایش تعداد جریان های منبع بدتر می شود.

از سوی دیگر، شکل 2 ب مقدار PSNR جزئی را نشان می دهد. می توان در شکل 2ب مشاهده نمود که مقدار PSNR جزئی در چهار مورد یعنی مسیریابی چندگانه و مسیریابی تک مسیره با سناریوهای اول و دوم قابل قبول می باشد. توجه داشته باشید که PSNR جزئی بسته های بخش مهم تصویر انتقالی را محاسبه می نماید و ما اولویت بالای سناریوهای اول و دوم را به این بسته ها اختصاص می دهیم. علاوه بر این، مسیریابی چندگانه در PSNR کلی وPSNR جزئی به روند خود ادامه می دهد، در حالیکه روند خوب خود (بین 20 دسی بل و 25 دسی بل)، در حالی که روند مسیریابی تک مسیره با افزایش تعداد جریان های منبع بدتر می شود. در نهایت، در شبکه های دارای ترافیک بارگیری بالا، قابلیت اطمینان مسیریابی چندگانه بالاتر از قابلیت اطمینان مسیریابی تک مسیره می باشد. این امر نشان می دهد که افزایش تعداد مسیر نیز موجب افزایش احتمال قابلیت دسترسی می شود.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 2. (الف) میانگین مقدار PSNR در کل تصویر، (ب) میانگین مقادیر PSNR بخشی از تصویر برای چهار جریان مختلف.

شکل 3. (الف) مقادیر میانگین PSNR دارای تاخیر محدود برای کل تصویر، (ب) مقادیر میانگین PSNR دارای تاخیر محدود برای بخشی از تصویر برای چهار جریان مختلف. موعدمقرر در 2.0 تعیین شده است.

علاوه بر این، مقادیر PSNR کلی دارای تاخیر محدود در سناریوهای اول و دوم مشابه یکدیگر می باشد. این امر را می توان با شانس احتمالی بسته های دارای اولویت بالا در شبکه ترکیبی توضیح داد. اگر اولویت های بالا مانند سناریوی دوم تنها به بسته هی مهم اختصاص داده شود، آنگاه آنها در مقایسه با بسته هایی که دارای اولویت پایین هستند، شانس احتمالی بیشتری برای رسیدن به مقصد دارند. این وضعیت چالش برانگیز در بین بسته هایی که دارای اولویت های مختلف موجب می شود تا آنهایی که اولویت بالایی دارند یک قدم جلوتر باشند. از سوی دیگر، اگر به تمام بسته های حاضر در شبکه اولویت بالایی اختصاص یابد، آنگاه تمایز صریحی بین بسته های موجود در بخش های تصویر ایجاد نمی شود.

ارزیابی تعداد کل بسته های کنترلی و بسته های داده نشان می دهد که تمایز صریحی میان مسیریابی چندگانه وجود دارد، اما تمایزی برای مسیریابی تک مسیره تمایزی وجود ندارد، چرا که مسیریابی چندگانه برای دستیابی به مقادیر احتمالی در انتقال بسته، تمایل زیادی به استفاده از مسیرهای تکراری دارد. بنابراین، مسیریابی چندگانه برای شماری از بسته های کنترل و بسته های داده، تمایز صریحی ارائه می نماید. از این رو، در مسیریابی چندگانه، بسته هایی که دارای برچسب اولویت بالا هستند نسبت به بسته هایی که دارای برچسب اولویت پایین می باشند، از مسیرهای تکراری بیشتری استفاده می نمایند. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده، این امر موجب می شود تا در سناریوی اول از بسته های کنترل و بسته های داده ای بیشتر و در سناریوی دوم از میانگین این تعداد استفاده شود. تجزیه و تحلیل ته های کنترل و بسته های داده ای به ما نشان می دهد که اولویت بندی تصویر در مسیریابی چندگانه موجب کاهش تعداد این بسته ها می شود. همچنین، مشاهده می نماییم که اولویت بندی تصویر موجب ارائه انعطاف پذیری و صرفه جویی بیشتر در انرژی می شود و استفاده از مسیرهای کمتر تکراری چیزی از اهمیت بسته های تصویر کم نمی کند. از سوی دیگر، همانطور که در شکل 4 نشان داده هیچ تمایز صریحی برای مسیریابی تک مسیره وجود دارد .

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.