Skip to main content
SUPERVISOR
Majid Nabi
مجید نبی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahboobe Fakouri Zidesaraei
محبوبه فکوری زیده سرائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
The 6TiSCH protocol stack is introduced by IETF as a standard for communication of low-power memory constrained wireless devices in the Internet-of-Things (IoT). For its Medium Access Control (MAC) layer, this protocol stack employs the Time Slotted Channel Hopping (TSCH) mechanism, which is as an operational modes of the IEEE 802.15.4 technology standard. This mechanism uses Time Division Multiple Access (TDMA) together with channel hopping, which make the communications collision-free, and alleviate the impact of cross-technology interference and multi-path fading. Thus the mechanism is a suitable option for low-power and reliable networking in IoT. In the TDMA-based protocols (e.g., TSCH), timeslot scheduling is done based on nodes’ neighborhood in such a way so that the nodes in each other’s communication range pick different time slots for their packet transmissions. Node mobility changes the neighborhood of the nodes in the network leading to collisions. The main challenge for node mobility support in TDMA-based MMC layers is adapting the timeslot schedules to avoid collisions. Timeslot scheduling in a TSCH network can either be centralized or distributed. The former scheduling method is not applicable for networks with node mobility due to its high overhead and complexity for adapting the schedules. Thus the distributed scheduling mechanisms, which only use local information, are the main option. However, the scheduler should be fortified with proper adaptive mechanisms to efficiently support node mobility. This thesis proposes solutions for supporting node mobility in networks running the 6TiSCH protocol stack. The applications in which there is a static network as well as some mobile nodes (e.g., health monitoring applications) are considered. The objective is to provide a communication mechanism in the TSCH layer for mobile nodes to reduce collisions due to mobility leading to better Quality-of-Services such as end-to-end latency and data delivery ratio. The main idea is to separate the static and mobile nodes, and dedicate particular timeslots in each time period of TSCH for packet transmissions by the mobile nodes. The proposed solutions are implemented on top of the Contiki operating system and their performance is evaluated by Cooja simulations of several network scenarios. The achieved results shows that the solutions considerably reduces the end-to-end latency and packet drop ratio for the scenarios with node mobility. Key Words : 1-Wireless Sensor Networks, 2-6TiSCH, 3-TSCH Protocol, 4-Channel Hopping, 5-Mobility.
پشته پروتکل 6TiSCH توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) به عنوان استاندارد ارتباطی دستگاه‌های بی‌سیم با توان و حافظه محدود در اینترنت اشیا معرفی و تدوین شده‌است. این پشته پروتکل از مکانیزم TSCH که یکی از گزینه‌های عملیاتی تعریف شده در استاندارد IEEE 802.15.4 است، برای لایه‌ی دسترسی به رسانه استفاده می‌کند. این مکانیزم با شیاربندی کردن زمان و استفاده از مکانیزم پرش کانالی موجب کاهش تصادم بین گره‌های مختلف داخل شبکه شده و اثرات محوشدگی چندمسیره و تداخل بین تکنولوژی‌های مختلف را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. از این رو این مکانیزم گزینه بسیار خوبی برای ارتباطات مطمئن در شبکه گره‌های کم‌توان در اینترنت اشیا می باشد. در پروتکل‌های مبتنی بر شیاربندی کردن زمان، نظیر پروتکلTSCH ، زمانبندی دسترسی به رسانه‌ی مشترک با در نظر گرفتن اطلاعات همسایگی صورت می‌پذیرد، به نحوی که گره‌های موجود در همسایگی یکدیگر از شیارهای زمانی مختلفی برای ارسال بسته‌های خود استفاده کنند. در نتیجه با تحرک گره‌ها، که باعث تغییر همسایگی‌ها می‌شود، زمانبندی انجام شده دیگر عدم تصادم را تضمین نمی کند. مشکل مهم و اساسی شبکه‌های TSCH در پشتیبانی از تحرک گره، تطبیق زمانبندی ارتباطات برای جلوگیری از تصادم میان گره‌ها است. زمانبندی در TSCH به دو روش متمرکز و توزیع‌شده انجام می‌شود. پشتیبانی از تحرک در معماری‌های متمرکز به دلیل سربار بالا، بسیار پیچیده و پرهزینه است. راهکارهای زمانبندی توزیع‌شده بر مبنای اطلاعات محلی انتخاب مناسب‌تری برای شبکه‌ی TSCH متحرک است. در این پژوهش راهکارهایی برای پشتیبانی از تحرک گره در شبکه‌های مبتنی بر پشته پروتکل 6TiSCH که شامل یک شبکه‌ی حسگر ایستا به همراه تعدادی گره‌ی متحرک هستند، ارائه می‌شود. کاربرد نظارت پزشکی را می‌توان به عنوان یک نمونه از این نوع شبکه‌ها در نظر گرفت. هدف، ارائه‌ی مکانیزمی برای ارتباطات گره‌های متحرک در لایه‌ی دسترسی به رسانه TSCH می‌باشد که نرخ تصادم در اثر تحرک را کاهش داده و در نتیجه کیفیت سرویس شبکه از جمله تأخیر انتها به انتهای بسته‌ها و نرخ تحویل داده برای گره‌های متحرک را بهبود ببخشد. ایده‌ی اصلی در راهکارهای ارائه شده متمایز کردن گره‌های متحرک از گره‌های ایستا و ارائه‌ی ساختار ارتباطی جدید برای گره‌های متحرک است. گره‌های متحرک و گره‌های ایستا، هر دو از پروتکل TSCH استفاده می‌کنند، اما دو زمانبندی مجزا برای هر یک از آنها در نظر گرفته می‌شود. برای گره‌های متمرکز بخشی مجزا از شیارهای ارتباطی اختصاص داده می‌شوند که مسئله تداخل به خاطر جابجایی را حل می‌کند. راهکارهای ارائه شده در سیستم‌عامل contiki پیاده‌سازی شدند و به کمک شبیه‌ساز cooja برای دو شبکه‌ی نمونه ارزیابی شده‌اند. نتایج بدست آمده حاکی از این امر است که راهکارهای پیشنهادی، تأخیر انتها به انتها را برای گره‌های متحرک به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش داده‌است. همچنین با اعمال راهکارهای پیشنهادی نرخ تحویل داده‌ برای گره‌های متحرک افزایش داشته‌است. کلمات کلیدی : 1- شبکه‌های حسگر بی‌سیم، 2- 6TiSCH ، 3- پروتکل TSCH ، 4- پرش کانالی، 5- تحرک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی