3 глава (1219041)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

3 Алгоритм оценки параметров качества обслуживания и его реализация

3.1 Анализ и оценка эффективности предлагаемой методики для вычисления пороговых значений

Данный раздел посвящен теоретическому анализу предлагаемых методов оценки параметров качества обслуживания. Экспериментальные оценки выполнены в симуляторе для WSN Castalia [32, 33], который был выбран вследствие реалистичности модели радиоканала и аддитивной модели помех. Это сделало возможным моделировать аномальное поведение устройств на физическом уровне – уровне радиопередачи (глушение сигнала, коллизии), и его обнаружение.

Настройки моделирования были выбраны в соответствии со следующими целями:

• имитация жёстких условий окружающей среды, когда устройства могут служить источниками помех друг для друга, и с более регулярными радиопередачами практически без потерь вследствие работы устройств по расписанию;

• имитация небольшой сети и сети со сложной топологией;

• влияние аномального поведения узла на качество принимаемых данных в узлах, которые расположены:

• на границе региона аномального поведения;

• вне региона аномального поведения;

• рядом с базовой станцией, которая контролирует трафик из всех (нормально работающих) устройств.

Все устройства в БСС генерируют радиосигнал 0 дБм, и радиус действия антенны у каждого в диапазоне 35-40 м. Тем не менее, вероятность успешной передачи зависит также от шума (смоделирован белый гауссовский шум: показатель потерь равен 2,4, а дисперсия 4) и соединения с соседними устройствами.

Были использованы доступные в симуляторе базовый протокол маршрутизации, который позволяет построить сеть с древовидной топологией и протокол MAC уровня. Вопросы их эффективной работы не рассматривались в ходе моделирования.

3.2 Анализ процедуры локализации узла с аномальным поведением

Во время избирательной передачи или других типов аномального поведения может упасть количество получаемых пакетов от дочерних узлов в дополнение к обычным потерям пакетов данных. Рассматривается несколько сценариев поведения аномального устройства.

Сценарий 1: Устройство с аномальным поведением постоянно передает сигнал в используемом радиоканале

Первый сценарий моделирования заключается в том, что один из узлов сенсорной сети начинает передавать постоянный поток сообщений различного объема в используемом другими узлами радиоканале. Таким образом, помехи, которые он генерирует, препятствуют нормальным радиопередачам в зоне покрытия его антенны. Для того, чтобы обеспечить требования качества обслуживания, легальные узлы должны определить, что находятся в зоне помех и изменить радиоканал передачи.

Сценарий 2: Устройство с аномальным поведением передает сигнал импульсами в случайные моменты времени в используемом радиоканале

Второй сценарий поведения аномального поведения устройства заключается в том, что один из узлов сенсорной сети начинает передавать короткие сообщения в случайные моменты времени в радиоканале, используемом другими устройствами. Таким образом, помехи, которые он генерирует, также препятствуют нормальным радиопередачам в зоне покрытия его антенны, однако определение аномального поведения затруднено, поскольку увеличивается лишь некоторая доля потерянных пакетов (в зависимости от частоты и длины импульса). Для того, чтобы обеспечить требования качества обслуживания, легальные узлы должны определить, что находятся в зоне помех и изменить радиоканал передачи.

Сценарий 3: Устройство с аномальным поведением перестает ретранслировать некоторую долю передаваемых ему пакетов

Третий сценарий аномального поведения основан на том, что узлы служат ретрансляторами сообщений друг друга. В этом случае один из узлов может перестать ретранслировать определенную долю пакетов, полученных от дочерних устройств. Если он перестает передавать 100% пакетов, то аномальное поведение носит название «черной дыры». Для того, чтобы обеспечить требования качества обслуживания, легальные узлы должны определить, что необоснованно уменьшается количество передаваемых пакетов и необходимо изменить маршрут радиопередачи.

Сценарий 4: Устройство с аномальным поведением начинает передавать больше пакетов, чем это предусмотрено работой приложения

Данный сценарий аномального поведения основан на том, что один из узлов может увеличить число передаваемых пакетов, не глуша канал радиопередачи, но увеличивая поток передаваемых данных, что, безусловно, повлияет на пропускную способность сети в зоне его действия. Для того, чтобы обеспечить требования качества обслуживания, легальные узлы должны определить, что необоснованно увеличено количество передаваемых пакетов и необходимо изменить маршрут радиопередачи или изменить радиоканал.

3.3 Анализ и оценка эффективности предлагаемой методики для вычисления пороговых значений параметров трафика

Моделирование для оценки эффективности предлагаемых методов пороговой оценки были сосредоточены, главным образом, на анализе PRR (packet reception rate, количестве принятых пакетов в течение фиксированного интервала времени), времени между поступлениями пакетов от заданного источника (IAT) и времени передачи пакетов в различных условиях сети, чтобы оправдать выбор биномиального распределения для числа полученных пакетов, либо нормального или экспоненциального распределения для IAT. Для моделирования были выбраны следующие параметры симуляции.

• Площадь территории БСС: 50x50 м², 100x100м², 150x150 м².

• Одна базовая станция (рисунок 4.5).

• Количество узлов: 100.

• Равномерное размещение сети узлов.

• Иерархическая (древовидная) топология.

• Аддитивная модель шума.

• Интенсивность отправки пакетов: 1 пакет в 1,5 с (в плотной сети) или 15 с (в разреженной сети).

• Пакеты передаются в соответствии с графиком без повторений.

• Размер пакета: 10В-100В.

• Скорость передачи данных: 100 кбит/с, 250 кбит/с (используется для построения графиков результатов моделирования).

• Существует одно аномальное устройство среди всех узлов, работающих нормально.

• Аномальный узел меняет свое поведение в соответствии со сценариями 1-4, представленными выше. В соответствии со сценариями 3-4 доля передаваемых пакетов меняется на 30%, 50%, 80%, или 100% от обычного поведения.

• Размер выборки для расчета пороговых значений: от 1до 35 значений (15 значений используется для построения графиков результатов моделирования).

• Уровень значимости доверительных интервалов: 90%.

• Настройки моделирования шума и затухания сигнала: коэффициент затухания сигнала: 1,5-3, стандартное отклонение гауссова шума: 2,5-7 (все результаты моделирования, отображенные на рисунках ниже, были получены в условиях, когда коэффициент затухания был равен 2,4, а стандартное отклонение шума было 4).

3.3.1 Оценка пороговых значений для PRR и IAT

В этом разделе пороговая методика для значений PRR и IAT будет оцениваться в соответствии с аномальным поведением узла. Алгоритм обнаружения был использован только в узлах (Cluster Headas, CH), имеющих подключенные к ним дочерние устройства в соответствии с древовидной топологией сети. Во время фазы инициализации значений параметров для обнаружения аномального узла были собраны CH.

Сенсорный узел

Узел с аномальным поведением

Базовый узел

Рисунок 3.1 - Схема развертывания WSN и размещения аномального узла

Пороговые значения для параметров движения были вычислены согласно выражениям (1.9, 1.10-1.12), а также, как метод EWMA для IAT, и минимальные и максимальные значения для критерия. Как правило, точность оценки возрастает с увеличением продолжительности фазы инициализации: чем больше объем выборки, тем более точны оценки параметров распределения. Тем не менее, в плотных сетях наблюдается больше промахов, когда узлы оказывают влияние друг на друга. Эти крайние значения сдвигают соответствующие оценки, что приводит к потере точности. В этом случае оценки должны быть рассчитаны по предварительно обработанным образцам (т.е. усеченные выборки, когда сильно выделяющиеся наблюдения отбрасываются до оценки параметров).

Ложные положительные определения аномального поведения (ложные тревоги) для каждого критерия оцениваются в двух типах сред. В плотной сети, где 100 узлов были развернуты на площади 50x50 м², и передаётся 1 пакет за 1,5 секунды (рис. 3.2 а). В разреженной сети - 100 узлов в области 150x150 м², и передаётся 1 пакет за 15 секунд (рис 3.2 б). Как правило, число ложных тревог увеличивается с ростом плотности сети, с увеличением размера пакета и с увеличением шума.

Рисунок 3.2. - Доля ложных тревог IAT-критериев (3.14-18) и критерия для PRR (3.10) в зависимости от размера пакета в (а) плотной сети с интенсивными радиопередачами и (б) разреженной сети с регулярным трафиком; 100 узлов

Увеличение доли ложных тревог может быть вызвано более частыми коллизиями, подача пакетов снижается вследствие перегруженности узлов, или невозможности получения пакета, когда фоновый шум достаточно высок. Учёт времени между прибытиями пакетов, сравнение с минимальным и максимальным значениями IAT, зарегистрированными в течение периода инициализации является менее надежным и имеет самое высокое значение ложных срабатываний. Правило, на основе EWMA [13], показало плохую гибкость в большой сети; так как значения коэффициентов и его порога были зафиксированы по всей сети, процент ложных срабатываний достаточно высок. Интервалы (1.13-14) производят большее количество ложных срабатываний, чем интервал (1.14), особенно в разреженной сети, как показано на рис 3.2. Критерий (1.10) для PRR показывает низкий уровень ложных срабатываний и в разреженных и в плотных сетях.

Непрерывное глушение разрушает связь с соседними устройствами, которое обнаруживается по какому-либо критерию, который анализирует RSSI или количество принятых пакетов. Критерии, основанные на времени между поступлениями, обнаруживают изменение параметра только после окончания аномального действия узла: пакеты не приходят, новые данные IAT не фиксируются. Только узлы на границе области аномального действия могут обнаружить некорректно работающее устройство во время активности глушения, так как они зависят от его вмешательства. В сценарии 2 устройство передает короткие пакеты (5 Б) в случайные моменты времени. Максимальный интервал между импульсами был смоделирован в 5, 10, 20, 30, 40, 50, и 60 мс. Средняя PDR получена в ближайших к помехам точкам кластера как показано на рисунке 3.3 (размер пакета – 100 Б), здесь и далее расположено устройство с аномальным поведением а, b, c, соответствует схемам, представленным на рисунке 3.3, a, b, c соответственно. Даже тогда, когда максимальный интервал между импульсами глушения 5 мс, только около 20% пакетов потеряны. С уменьшением размера пакета, импульсные помехи становятся менее эффективной причиной потерь пакетов. Очевидно, что если глушение происходит на периферии области WSN, то влияние оказывается на меньшее количество узлов и аномально работающее устройство трудно обнаружить.

Максимальный интервал между импульсами

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР