هاو بو، وسونغ بينغ

(معهد بكين للمعهد الميكانيكية والكهربائية للتكنولوجيا، بكين 100081)

لالمتعدد الروبوت الموزعة في الوقت اليراعات طريقة المزامنة عند مزامنة عن كثب الشبكة، مما أدى إلى صراع الرسائل التزامن، مما أدى إلى تفاقم قناة مما يؤدي إلى الازدحام وغيرها من المشاكل، والازدحام نوع واحد من خوارزمية مزامنة الوقت يتجنب آلية يراعة، وهذا نموذج مبسط لتزامن مرحلة، و اقتران المرحلة إشارة موزعة بشكل عشوائي في جميع مراحل عملية النمو، وإيجاد حل فعال لمشكلة رسالة الاتصال الصراع. وأخيرا، تظهر نتائج المحاكاة أثبتت استراتيجية تزامن فعالية كثافة العقدة العالية يمكن تسارع في بيئة شبكة اتصال عملية المزامنة، تخفف كثيرا من الرسائل الصراع، وحققت نتائج جيدة التزامن.

شبكة لاسلكية وأجهزة الاستشعار، مزامنة الوقت، خوارزمية بيوميمتيك، خوارزمية يراعة

CLC: TP393.0

كود الوثيقة: A

DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.05.001

شكل الاقتباس الصيني: هاو بو، وسونغ بينغ اليراع الوقت خوارزمية تزامن لدراسة آلية تجنب الازدحام التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (5): 7-10.

الإنجليزية شكل الاقتباس: هاو Chuangbo، سونغ بينغ، وآلية تجنب الازدحام خوارزمية التزامن يراعة مستوحاة .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (5): 7-10.

0 مقدمة

كما تواصل الشبكة لتوسيع نطاق عملية متعددة الروبوت التعاونية متعددة الروبوت يتكون من هيكل الشبكة أكثر تعقيدا، وتستخدم عادة في مجال التكنولوجيا تزامن شبكة لاسلكية مركزية التقليدية وفقدان الأرض تدريجيا، والناس تحتاج إلى وقت وضعت خوارزمية تزامن توزيع < 1>. ونظرا لطبيعة الناس إلهام تتطور خوارزمية توزيع تزامن ، وهو مثال نموذجي من اليراعات متزامن وميض في جنوب شرق آسيا. وكانت دراسات سابقة الإنسان MIROLLO RE وSTROGATZ SH استنادا ، التي أنشئت تزامن يراعة ديناميكية نموذج M & S PCO (M & S نبض زوجين المذبذب، M & S PCO) نموذج أثبت شبكة متعدد الهزاز في الارتباط كله دون اقتران تأخير التقارب قد يكون . يراعة خوارزمية تزامن باستخدام عملية المزامنة قد تكون منفصلة عن هيكل الشبكة إلى التكيف مع طوبولوجيا شبكة واسعة النطاق معقدة، تعزيز وتزامن قوي . وقد تم الحصول على هذه الخوارزميات التزامن والمستخدمة في هيكل السبات superframe شبكة .

ومع ذلك، على الرغم من أن الخوارزمية تزامن وقت بناء يراعة إلى حد ما، في حل مشكلة تزامن وقت الشبكة واسعة النطاق، ولكن هناك نوعان من المشاكل التي يتعين حلها : أولا، عندما الحالية والبقول الأكثر اللاحقة قرب آلية اقتران متزامن المستخدمة في الشبكة بأكملها، والتزامن الصراعات رسالة التزامن بحيث وصلت CSMA / CA أسوأ أداء، من المحتمل أن ازدحام الشبكة السبب والتأخير غير متوقعة، وأثر على استقرار الخوارزمية، والثاني هو الأجهزة WSN لا يمكن أن تلبي عددا كبيرا من عمليات الفاصلة العائمة يراعة خوارزمية التزامن. لذلك، للتعويض عن المشاكل حاليا يراعة متزامن ازدحام الشبكة وإزعاج للتحقيق، وبعض العلماء بذلوا جهودا في هذا المجال . ومع ذلك، فإن هذه الدراسات الحد منه فقط إلى حد ما، في شبكة عالية الكثافة، ومركزية الحزم تزامن الإرسال تسبب الصراع قناة خطيرة.

لتحقيق أقصى قدر من حل مجموعة كثيفة من العقد الإرسال تزامن الازدحام حزمة، واحتقان تجنب آلية هنا استكشاف يراعة الوقت خوارزمية تزامن لشبكات الاستشعار اللاسلكية القائمة على النبضات العشوائية آلية اقتران توزيع طريقة مزامنة الوقت التعاوني الذي اقترحه اقتران نبض عشوائي قدر الإمكان لتجنب ازدحام الشبكة، والاستفادة الكاملة من الموارد النطاق الترددي للشبكة، وزيادة الجانب العملي من خوارزمية تزامن يراعة.

1 النمذجة الرياضية

نموذج 1.1 M & S PCO

نظام المزامنة الأولية، تشارلز كل عقدة كشبكة مذبذب RC، يتم تأسيس نموذج رياضي اثنين مذبذب واحد الأساسي : واحد هو نموذج تشغيل الخطوط، والآخر يقترن إلى عقدة أخرى نموذج. الدولة التي تعمل بدون عقدة، ونموذج مذبذب:

حيث، يمثل x وتم تطبيع الجهد مذبذب واحد، ممثل S0 من سرعة تهمة، ط المقاومة في عامل الحالي هجرة. عندما يصل الجهد مكثف قيمة الحد الأقصى، أي س = 1، ومذبذب خرج بسرعة إلى الصفر العابرين الجهد. في هذه الحالة، يقترن هزاز للالبقول مذبذب أخرى، فإن الفولتية من مذبذب الأخرى لتدعيم معامل اقتران [إبسيلون]، أي النموذج الرياضي الثاني:

وقدم MIROLLO R E وSTROGATZ S H على أساس نموذج تشارلز نموذج ديناميكية العقدة، لتأسيس نموذج مذبذب M & S PCO :

1.2 نموذج مبسط للمرحلة

قدم فوق تزامن يراعة M & S PCO يوفر الأساس للتحليل النظري. ومع ذلك، في شبكة استشعار لاسلكية الليمفاوية عمليات MCU النواة، والأجهزة المحدود الموارد الحاسوبية، عندما جعل المرحلة تم تعيينها إلى قيمة الدولة، وضرورة وجود عدد كبير من عملية نقطة عائمة سوف تحتل موارد الأجهزة، تؤثر على الوظيفة الطبيعية للشبكة، وبالتالي هنا بالرجوع M & S PCO خريطة نموذج مرحلة الدولة حيث، M & S PCO لتبسيط نموذج، وإلى تجنب تعقيد النقطة العائمة حسابي.

حيث هو مقدار الرفع المرحلة، لj (ر) على سبيل المثال، والتي تمثل قيمة المرحلة الأولى من عقدة ط في الوقت t. وهذا هو، عندما يتلقى العقدة إشارة الزناد صالحة، المرحلة دفعة c1j (ر) + C2 وبالمقارنة مع عتبة مرحلة، إذا بلغت عتبة الزناد. وهكذا، يمكن للعقدة معالجة تنص القيم، بدلا من استخدام عملية بسيطة من قبل دولة المرحلة خريطة معقدة بدلا من مرحلة التجهيز، والغرض من حساب مبسطة.

2 آلية تجنب الازدحام

في نموذج M & S PCO التقليدية، تقترن العقد لمزامنة لحظة اثار. في شبكات الاستشعار اللاسلكية، وقضايا يتم التوصل إلى نبض اقتران المزامنة عقدة حزم، الأمر الذي سيؤدي في مجموعة العقدة دولة تزامن قريب، العقدة علبة تبديل تزامن تتركز أيضا. لهذا الغرض، ويصف هذا القسم آلية واحدة لتجنب الازدحام، من خلال نبض اقتران العشوائي (الاستوكاستك نبض زوجين المذبذب، SPCO) المرحلة تزامن حزمة المنتشرة في جميع أنحاء عملية النمو من أجل التخفيف من حدة الصراع قناة علبة تبديل جلب تتركز أيضا.

2.1 اقتران نبض عشوائي

في SPCO، العقد في تزامن الشبكة والفرق الرئيسي M & S PCO هي أن: الحزمة الزناد والقضايا فاصل نبض تزامن جانب لعملية على محور الزمن. اثار ورسائل تزامن اقتران مهمتين المستقلة للطرفين. العقدة هي أكبر من وقت عشوائي يتم إرسال رسالة تزامن دورة الفاصلة بها مع المعلومات مرحلتها خلال العملية. تحيل رسالة التزامن هو عشوائي وليس في الوقت الذي تصل العقدة عتبة مرحلة، ولمعلومات لحظية المرحلة تضم البقول نقل بدلا من مجرد على العقدة المحلية في رسالة التزامن.

في نموذج SPCO، عندما العقدة تلقي الحزمة التزامن، استخراج المعلومات المرحلة، يتم تصفية المعلومات المرحلة بشكل فعال من خلال المقارنة مع مرحلة حكمها الخاص، ويتم احتساب الزيادة المرحلة وفقا لكمية من طراز مبسطة. وأضيف المرحلة مما أدى إلى زيادة كمية المرحلة، لإنتاج اقتران المرحلة.

للراحة من تفسير، فمن المفترض A، B جانب إلى عقدتين نبضات عشوائية، العقدة B يرسل رسالة تزامن في المرحلة عشوائي، لا سيما معالجة خوارزمية عقدة العملية على النحو التالي:

(1) عندما يتلقى العقدة A العقدة B حزمة التزامن، ديباجة تلقى مذكرة المحلي لحظية مرحلة وتأخير مرحلة من بروتوكول د الواردة، بيانات تحليل في الحزمة التزامن، بإرسال الحزم إلى العقدة B إلى العطاء عندما يكون النص مرحلة .

(2) تصفية الحزمة تزامن وسيادة مرشح: إذا وفقط إذا د + ص وعندما 1 + -الدكتور، أي أخطاء المرحلة من العقد A و B خارج نطاق ص، و عقدة عقدة B قبل على الزناد في دورة واحدة، ثم تلقى حمولة حزم البيانات. حيث r غير مماثل لدور M & S فترة الحرارية (صهر الفترة) نموذج PCO، وبالتالي دعا الحرارية طول الفترة.

(3) معالجة الرسالة فعالة. الفكرة الأساسية هي محاكاة المعالجة في الحزم تزامن عقدة B ينقل اثار الدوري، نبض جانب إلى A للمضي قدما في العقدة المرحلة تتلقى رسالة مزامنة الوقت. مع مرور الوقت، ويرجع ذلك- د + ص، والمرحلة المقبلة من العقدة B إلى العقدة A، فإن العقدة B يكون أول من يتلقى قيمة العتبة وعقدة A. عندما يصل العقدة B عتبة المرحلة، مرحلة العقدة A هو:

حيث هو حجم الخطوة، r غير الحرارية طول الفترة؛ d هو تأخير مرحلة من الديباجة، ، الخطوة (1) قيمة المرحلة سجلت، C1، C2 هو ثابت اقتران. تم تحسين النتيجة النهائية لهذه الحزمة تزامن مرحلة [مو] العقدة A، بشكل عام، وذلك لتزامن تجنب مجموعة العقدة بالقرب من مرحلة غضب التقارب، ويجب تلبية [مو] < < ص، والثوابت اقتران C1، C2 يجب أن يكون ثابت صغير.

وخلاصة القول، فإن النموذج ديناميكية الثاني من العملية مما أثار تلخيصها على النحو التالي:

حيث هو حجم الخطوة، r غير الحرارية طول الفترة؛ d هو تأخير مرحلة من الديباجة، ، الخطوة (1) قيمة المرحلة تسجيلها، لA (ر) على سبيل المثال، يمثل العقدة A قيمة المرحلة في الوقت t.

فاصل 2.2 الهروب من توازن غير مستقر

علما بأن الحاجة إلى إضافي، لأنه عندما يكون فرق الطور عقدة من نصف قيمة العتبة، تتبادل عقدتين لا يؤثر على تعديل حجم الخطوة مرحلة التكيف، مما يؤدي إلى أي عقدة من نمو الشعر حزمة تزامن المرحلة إلى عقدة أخرى الآثار نفسها تقريبا، العقدتين لا تزال فرق الطور ثابتة نسبيا. لتجنب هذه الظاهرة من توازن غير مستقر، ونحن في حاجة الى فترة الهروب في نصف مرحلة تحديد العتبة، عندما ينخفض فرق الطور ضمن هذا النطاق يتم زيادة العقدة وخطوة تعديل للهروب بسرعة سرعة U، و U > [دلتا]، وذلك للهروب من منطقة توازن غير مستقر، والغرض من تسريع التزامن.

3 محاكاة وتحليل النتائج

في هذا القسم، وهو محاكاة للآليات تزامن SPCO المقترحة في القسم 2. وعلى سبيل المقارنة، قسمت إلى مجموعتين المحاكاة، على التوالي، وذلك باستخدام آليات تقليدية SPCO M & S PCO الآلية والتجربة الموضحة في هذه المقالة. من خلال تسجيل مرحلة التوافق والتزامن حزمة، وتزامن الدقة التقارب، والوقت اللازم لإجراء التزامن، وعلبة تزامن آلية التوافق تأثير SPCO ثلاثة عملية المزامنة.

3.1 المعلمات المحاكاة

لتعزيز النقيض من ذلك، هناك بعض المعلمات المشتركة محاكاة التجربة مجموعتين من المحاكاة. في تجربة المحاكاة، ويتم ترتيب 20 عقدة في شبكة كاملة مرتبطة، محاكاة الوقت هو 400 ق. كل عقدة في الشبكة مع وصلات إلى 19 العقد الأخرى. يتم توزيع المرحلة الأولى من عقدة بشكل عشوائي بين 0 و 1. عقدة 1 هي عتبة مرحلة وفترة المرحلة من 1 ثانية. ويعرف فترة الحرارية وطول عقدة 0.1، العقدة مرحلة حجم الإطار التزامن هو 0.001 (أي سيتم النظر في الخطأ مرحلة في تزامن عقدة 0.001). لتلبية < < ص، اقتران مجموعة ثابتة C1 = 0.005 و c2 = 0.005، SPCO غير مستقرة منطقة التوازن إلى سرعة الهروب من 0.3.

من أجل ضمان صحة نموذج المحاكاة، فإن كل عقدة زيادة سرعة الضرب الكريستال 50PPM، وتعيين تأخير عشوائي 10 ~ 100 ميكرو ثانية في عملية تبادل الرسائل. من أجل مقارنة تأثير SPCO والوقت دقة التزامن، لا تنظر في تأثير نقل رسالة متزامن الصراع القناة.

3.2 محاكاة وتحليل النتائج

هاتين المجموعتين من محاكاة قبل وبعد مرحلة الاختبار من عقدة الشبكة هو مبين في الشكل 1 التغيرات. وكما يتبين من الشكل، المرحلة الأولى هي مجموعة عقدة تشتتا، وبعد عملية المزامنة SPCO M & S PCO، بعد مرحلة محاكاة العقد الحالية متقاربة. من وجهة تزامن مشاركة نظر، استنادا إلى آلية تجنب الصراع SPCO أنها لم تؤثر على الاستقرار ودقة خوارزمية التزامن.

إحصاءات عن تزامن حزم الشبكة المتزامنة إلى 0.0005 ثوان لكل وحدة زمنية والإحصاءات المختلفة لكل وحدة زمنية في وقت المركز، وعدد الحزم تزامن المتزامنة، للكشف عن احتقان الاتصالات، وفي هذا الوقت إحصاءات خطأ مرحلة لتبسيط العثور على القانون.

الرقم 2 يشير الخطأ المرحلة وعدد من الحزم في وقت واحد M & S PCO عملية المزامنة مع مرور الوقت. وكما يتبين من الشكل عملية المزامنة، وعدد من الحزم في وقت واحد مع الحد من الخطأ مرحلة زيادة كبيرة. بعد 350 ثانية، ومجموعة من العقد لمزامنة، في فترة الوحدة الوقت، وعدد من المتزامنة حتى 20 عقدة. وهناك عدد كبير من القنوات الإذاعية المتزامنة يمكن أن يسبب انسداد شديد، لا يفضي إلى الاستقرار في الوقت الحقيقي ونقل البيانات في ذلك الوقت.

3 يظهر الاختلاف من الخطأ المرحلة وعدد من الحزم في وقت واحد M & S PCO عملية المزامنة مع مرور الوقت. وكما يتبين من الشكل، فإن الشبكة تصل إلى مرحلة التقارب في 30 ثانية، وليس بالتزامن مع الحزم والحد من الزيادات الخطأ المرحلة. إرسال حزم تزامن موزعة بالتساوي عبر مجموعة كاملة من العقد في محور الزمن، لا يتأثر بها الخطأ المرحلة.

قارن التين 2 و 3 أنه في آلية تفادي الاصطدام SPCO دون التأثير على دقة التزامن، وليس فقط وقت تزامن يمكن اختصارها، وعلى محور الزمن تخفف كثيرا من تعقيد تزامن الازدحام قناة حزمة الذي تسببت فيه.

4 خاتمة

تقدم هذه الورقة نبضات عشوائية على أساس اقتران تزامن يراعة قناة تزامن آلية تجنب الازدحام، موزعة متعددة الروبوت تحقيق التزامن الوقت. مبسطة أولا نموذج رياضي لتزامن يراعة التقليدية، وتعطى قناة آلية تجنب الازدحام، ثم نتائج المحاكاة، مقارنة التحقق منها. تجارب تثبت جدوى بالنسبة للالتقليدية M & S PCO، SPCO آلية التزامن يمكن مزامنة دون التأثير على دقة، وتسريع عملية التقارب، والزناد تخفيف الازدحام قناة اقتران إلى حد كبير تتركز التحقق من آلية تجنب الازدحام.

اقتران عشوائية آلية تزامن المرحلة نبض باستخدام نموذج مبسط، وتسهيل متحكم. إطلاق المعلومات الزناد لها يمكنك الاستفادة بشكل كامل من عرض النطاق الترددي، وحتى التقليدية التكامل عقدة الحزمة. الخوارزمية نفسها ليست حساسة لفقدان البيانات، يمكن أن تتكيف مع بيئة لاسلكية ظروف أكثر شدة.

مراجع

شو Chaonong، يونغ جون شو، شياو وى شبكة لاسلكية وأجهزة الاستشعار التكنولوجيا مزامنة الوقت بحوث الحاسب والتنمية، 2008،45 (1): 138-145.

ALLARD H A.Synchronous امض من اليراعات .Science (نيويورك، NY)، 1935،82 (2120): 151-152.

BUSCH N E، K VINNICHE N، WATERMAN A T، al.Waves آخرون والاضطراب .Radio العلوم، 1969،4 (12): 1377-1379.

GLASS L، والساعات ماكي M C.From إلى الفوضى إيقاعات الحياة .Nature، 1988،336 (6195): 119.

بسكين C S.Mathematical جوانب فسيولوجيا القلب . جديد نيويورك: معهد كورانت للعلوم الرياضية، جامعة نيويورك، 1975.

MIROLLO R E، S STROGATZ H.Synchronization من المؤشرات البيولوجية إلى جانب نبض .SIAM J Appl.Math، 1990،50 (6) :. 1645-1662.

BOJIC I، PODOBNIK V، LJUBI I، وآخرون al.A شبكة للهاتف المحمول-تحسين الذات: السيارات وضبط الشبكة مع وكلاء متزامنة يراعة، العلوم .Inform، 2012،182 (1): 77-92.

TYRRELL A، G AUER، BETTSTETTER C.Emergent تزامن فتحة في الشبكات اللاسلكية .IEEE T.Mobile Comput، 2010،9 (5) :. 719-932.

LEIDENFROST R، ELMENREICH W.Firefly تزامن ساعة في شبكة لاسلكية 802.15.4 .EURASIP جورنال يوم الأنظمة المدمجة، 2009 (1): 1-17.

هونج Y W، بروتوكول تزامن قابلة SCAGLIONE A.A لشبكات الاستشعار على نطاق واسع وتطبيقاتها .IEEE J.Sel.Area.Comm، 2005،23 (5) :. 1085-1099.