绩效评估的双保险系统物联网环境

文摘

物联网的双保险系统(物联网)环境介绍。这个系统是用于连接物联网节点不管他们的位置。拟议的系统有三个不同的架构,这是基于卫星和高空平台(也许不久)。的网络覆盖问题,互联网覆盖率将取代卫星/ HAP网络覆盖等特定限制损失和延误。根据物联网的要求,提出了体系结构应该包括多个层次的卫星或也许不久,或两者的结合,覆盖全球互联网的东西。结果表明,卫星/ HAP / HAP /体系结构提供了最大的覆盖范围。NS2网络仿真软件包,用于测试的性能提出了多层次架构。结果表明,HAP / HAP /架构有最好的端到端延迟,丢包,吞吐量,能源消耗和交接。

1。介绍

在过去的三十年中,无线通信领域有显著的发展。新技术在无线通信提供了用户自由连接不同类型的网络。地面和卫星技术提供高数据率和动态网络服务等在移动网络,无线射频识别(RFID)网络和无线传感器网络(网络)。陆地链接提供这些服务,但高复杂的传播限制。卫星链接是用来代替地面为船只提供通信服务的链接,飞机,和电视广播。卫星提供这些服务地球上一个指定的区域。许多参数控制带宽能力的卫星系统,如目标足迹大小、交通控制复杂性和地面站的成本。基于卫星传输的关注目标目标卫星系统提供高效由于干扰最小化和使用有效的光谱(1- - - - - -10]。

高空平台(也许不久)可以使用飞艇构造、飞机、气球海拔17-22公里(或更高版本)。他们还可以提供一系列的服务进行通信和功能比陆地遥感和卫星系统。也许不久与陆地和卫星系统是竞争对手,这使他们好适合下一代通信系统。此外,也许不久可以作为基站,可以很容易地使用非常高的天线与卫星通信系统,可以处理宽带无线接入的需求增加11- - - - - -13]。

物联网(物联网)是一种网络新技术,吸引了很多的关注和沟通研究人员在过去的几年里。物联网有很多应用在军事、医疗、市场营销、和学习(14- - - - - -16]。物联网大致定义为一个计算模型,各种实物相互通信使用互联网和其他提供自身信息和环境被动或主动的事情(17- - - - - -20.]。物联网有许多挑战与多样性相关通信节点(事情),处理大量数据,大量的通信节点(事情),路由、安全、活跃节点的能量消耗,和东西覆盖21]。每个挑战对物联网系统的性能有着重要的影响。这些挑战也会影响覆盖水平,依赖于物联网节点之间的通信技术。众所周知,地面的东西之间的通信覆盖范围还很有限,由于各种各样的障碍。许多现有技术物联网节点的有限覆盖(几米)22- - - - - -24]。物联网节点之间的通信使用卫星或也许不久将提供更大的覆盖范围,尤其是在网络信号,媒介在物联网系统,它代表的是主要的连接。例如,网络覆盖大使用的可能性也许不久证明(25]。这个覆盖范围的半径可以扩展到几十公里。此外,传感器不需要增强的力量来自外部来源。也许不久提供了许多优势卫星等低传输功率和更少的延迟26]。因为卫星也有很多优势,如大型覆盖区域,构建和测试多层卫星有好处/ HAP的架构。使用也许不久除了卫星提供了高效的物联网系统与卫星的架构与也许不久用于高效的电力传输从地面或空间的事情。最大的效率,这些类型的架构可能需要特殊的硬件与抛物面天线(如传感器11,12,27]。使用这些架构,许多应用程序可能是构建管理物联网系统中的节点空间和地球表面。这些应用程序可以合并在一个智能管理应用程序管理,代表了物联网核心理念。不同的卫星/ HAP架构允许应用的多样性,使得物联网系统更加灵活和可伸缩的。因此,拟议的架构/ HAP / HAP /卫星,卫星/ HAP /,和HAP / HAP的东西。

本文组织如下。部分2提出了HAP和卫星工作在物联网使用。节3、研究目标和论文的贡献。双重覆盖系统,提出卫星/ HAP架构介绍部分4。部分5拟议的架构提供了一个比较分析。中提供了一个绩效评估拟议的架构部分6。最后,给出了结论和未来工作的部分7和8,分别。

2。相关工作

相关工作审查包括使用物联网与卫星系统,WSN与卫星系统,和一般互联网卫星系统。很少有研究涉及物联网和卫星系统。德桑蒂斯等人用卫星通信系统支持物联网(28]。这个卫星系统从RFID和传感器系统收集数据并将数据发送给执行机构。这个理论研究没有规模与效率的建议的体系结构。此外,本研究并没有探讨事物之间的通信和卫星也是可以实现的。讨论物联网有限和卫星可以在互联网网站,但这些网站只展示了一般讨论,不解决这个问题深入研究领域(29日]。

许多研究论文定义卫星之间的关系,也许不久,传感器网络。Celandroni等人提出了一个远程灾难管理模型。这个模型包括无人驾驶飞行器(无人机)配备摄像头与无线通信。无人机在灾区,如大规模火灾或巨大的交通事故,并使用录制视频和图像传递信息实时获取使用高科技数据传感器。提取的信息发送给专家在灾害评估和行动的决心。本研究考虑最优传感器分布是一个挑战。这个模型不适合物联网应用程序,因为它只使用了网络。

细胞HAP覆盖区域的分布是一个重要的参数,它影响HAP系统的能力。许多研究者研究了细胞分布和几个提出分裂HAP覆盖区域使用12至19细胞能力增强(30.,31日]。在此基础上研究,杨和穆罕默德提出架构由也许不久和WSN (32]。米切尔等人进一步发展这个想法和建议两个HAP / WSN架构适合许多应用,如监视和安全至关重要33]。首次提出架构允许信息直接传输给HAP和减少能源消耗和复杂性。它是适合低数据传输和应用程序需要大型覆盖区域。第二个建议的体系结构是由组织的集群节点,传感器节点之间没有直接的沟通,也许不久。收集到的数据发送给簇头,它直接传递到偶然。簇头节点选择和能源消耗在此体系结构中两个重要的挑战。此体系结构适用于多媒体应用程序传输大量的字节在小间隔。

丹尼尔等人研究了卫星和网络之间的关系(34]。有许多应用程序使用卫星和网络构建的应急通信系统和远程监测领域。许多研究人员试图解决问题,可能发生在卫星/传感器网络系统。时等人对传感器网络的性能/卫星框架使用网络仿真软件包,NS2。仿真计算等指标的端到端延迟,能源消耗和数据收集效率。此外,本研究研究了传感器网络的安全问题/卫星系统(35]。另一种方法来评估WSN /卫星性能是由Henaut et al。多频带正交频分复用(MB-OFDM)评估作为新的高数据率的无线接口(HDR)。结果证明MB-OFDM和传感器网络应用程序的性能是可以接受的36]。Raveneau等人提出一个架构模型,互连网络和卫星技术。这种架构被称为store-carry-and-forward,基于延迟容忍网络(DTN)技术。此外,对比新提出的调度策略和传统解决方案提出了DTN的37]。李等人提出了一个算法来收集小卫星为一个系统,能源消耗进行了优化。该算法提高了网络的生命周期。这个算法是适应网络规模和所使用的通信机制(38]。Amirijoo等人设计了一个通信服务器架构,作为最终用户和传感器节点之间的层,卫星通信技术被认为是一个主要环节。这个提议服务器设计是用来收集传感器数据。这些研究人员还提出了一个动态机制,适应收集数据质量(39]。Poulakis等人提出了一个监视应用程序在一个协作波束形成(CB)机制在WSN /卫星系统的部署不需要网关。链路预算的分析提出了除了考试的应用程序在不同数量的节点(40]。沙赫扎德介绍了监控系统,由传感器网络连接到一个卫星系统。该系统利用谷歌地图中提取高分辨率的3 d图像。本研究亦利用交互式web应用程序解码和发送消息(数据收集)服务提供者,它存储数据到数据库(41]。Mohapatra等人研究了基于网络的定位跟踪系统。本研究许多场景和方法用来估计到达角(AoA)跟踪位置(42]。Albagory等人提出了很多卫星/ HAP架构和测试他们的覆盖效率,但没有讨论应用这些方法对物联网环境的架构。这些架构的效率也不是根据网络测量指标如端到端延迟和丢包率(43]。

3所示。本文的贡献

物联网是一个新兴技术,通信物理对象(事物)的空间,在海洋,在地球上。这些不同对象的范围被认为是一个挑战。互联网是物联网的主要传输媒介节点可以传输数据。尽管全球互联网的大量传播,许多对象没有互联网连接,然而,这提出了一个物联网可伸缩性的问题。本文解决这个问题通过引入双覆盖系统提供物联网节点完全覆盖不管他们的位置。拟议的系统有三个四个元素组成的多层次架构:卫星,也许不久,互联网,和东西。物联网的对象将通过卫星或也许不久当无法访问互联网信号。提出了多级架构确定卫星之间的关系,也许不久,互联网,和东西。此外,这些体系结构的性能分析已经完成评估覆盖能力和许多网络指标如端到端延迟、丢包率、吞吐量、能源消耗和交接。

4所示。提出了双覆盖系统

提出的双保险系统的目标是保证全面覆盖每一个物联网对象不管它的位置。该系统由卫星,也许不久,互联网,和事情安排在三种类型的多层次架构。这些体系结构是卫星/ HAP / HAP /东西,卫星/ HAP /东西,HAP / HAP /事。这些架构可能还包括网络信号。每个提出了物联网体系结构有两个场景对象的位置。

4.1。卫星/ HAP / HAP /架构

第一个建议的体系结构是由四层组成。这些层卫星,偶然,偶然的事情。这个架构是用来覆盖孤立无法覆盖的地区也许不久。第一颗人造卫星层可以使用卫星通信失败的孤立的事物和事物之间被第三HAP层覆盖。沟通成本将减少限制卫星使用。这种结构类似于第二个建议的体系结构,这是描述的部分4所示。2,但它有一个额外的HAP层,可用于特殊的情况。使用卫星可以密切沟通的差距,可能会导致使用也许不久。第一颗人造卫星的位置层大约数千公里,这层可以用作备用通信工具如果失败发生在HAP第二或第三层。第二个HAP层的位置大约是50公里附近。第三HAP层的位置大约是20公里附近。物联网的对象可能被附加到HAP组件或发现在地上(取决于需求的物联网应用程序)。参考数据1和2。

4.2。卫星/ HAP /架构

卫星/ HAP /架构由卫星骨干,偶然事情,互联网连接。物联网的对象(被动或主动)应该直接连接到偶然。数据发送或被动收集的事情应该发出HAP(即。,运气是一个水槽节点区域节点)。因此,每个也许不久应该将其收集的数据发送到卫星骨干。卫星可以将这些数据重定向到目的地(预定的物联网系统中的对象)。这种架构假设有两个物联网节点的位置,放在地上,也许不久,如图3和4。在这种假设下,只有一个机会网络传输数据,收集的其他也许不久,卫星骨干。这种策略减少了通信开销和系统成本。偶然的选择使用与卫星通信是一个重要的问题,技术已经提出了这个44,45]。传感器之间的通信、射频识别网络和移动ad hoc网络可能使用互联网或卫星/ HAP网络作为传输媒介。长HAP和卫星之间的距离代表一个挑战在此体系结构中,因为HAP覆盖半径有限的权力,传输频带和比特率。因此,卫星/ HAP /事情架构被认为是一个备份覆盖机制以防失败的网络覆盖。使用这种体系结构作为备份覆盖系统提高了整个系统的成本。因此,应该使用这种体系结构作为基本传感器等许多活跃的一件事。在这种情况下,传动功率将下降,物联网的应用将变得更加普遍。

4.3。HAP / HAP /架构

第一个建议的体系结构使用卫星层似乎是昂贵的。作为替代,卫星骨干层可以被替换为一个或多个HAP层。因此,第三个建议的体系结构是由三层组成。第一和第二层次是也许不久,第三层是物联网节点组成的(东西)。众所周知,也许不久是廉价、灵活、稳定比得上卫星(11,12]。也许不久可以重新配置、重新安置和修复的失败。HAP通信系统有更少的传输延迟和有可接受的与地面联系的事情。此外,对于移动用户和最终用户访问供应商,也许不久比卫星更有效的沟通。这些偶然特性适应各种物联网应用需求。然而,也许不久的覆盖范围是相对于小卫星,代表我们的建议的体系结构的一个问题。对于这个问题,一个解决方案是使用更多的也许不久最大化覆盖区域。另外也许不久增加成本,但是这些成本仍不到卫星层。在这种情况下,inter-HAP链接是用于允许也许不久相互通信。

第一HAP层第二个架构应该位于约50公里。第二个HAP层也应该位于约20公里。第三层是事情,这可能是直接连接到也许不久或在地上。参考数据5和6。的位置的敏感性可能代表在该建议的体系结构的一个挑战。这是由于物联网的定义,即位置是一个动态的参数和要求事情应该覆盖的任何地方。第二层收集数据从第三层组成的物联网节点。例如,假设第三层的WSN, RFID网络和移动ad hoc网络。这些网络节点之间的通信可以使用第二层来完成。在这个场景中,物联网之间发送和接收数据对象将通过使用智能应用,如卫生保健系统(46- - - - - -48]。第一层是用来与第二层也许不久。之间的沟通也许不久在第二层和第三层与第二层之间简单的由于卫星更换(11]。

5。覆盖率比较研究提出的架构

全球覆盖所有事情是本文的核心目标和贡献。拟议的架构应该相比相对于这个客观的指标。全球地球的比较研究为拟议的架构做了报道。所需的细胞覆盖范围确定卫星的数量,也许不久,应该使用在目标物联网应用程序。假设一个偶然或卫星位于海拔公里,占地的最低仰角。因此,使用和变量,目标占用面积可以计算使用(1)和(2下面)。卫星/ HAP几何图所示7, 的变量大约是地球的半径,可以评为6378公里。

在这个物联网覆盖分析,应该决定细胞的形状。它应该是一个六角形状圆的区域,在那里是半径如图8。实际的细胞分布应该被视为一个六角形状(不是一个圆形)由于圆形的脚印,是完全嵌合与重叠区域。细胞在六角视图有一个半径并给出它的面积 因此,细胞半径,计算(1),有关系(3)。因此,由此产生的细胞 覆盖整个地球的卫星/ HAP,卫星和也许不久必须确定的数量。这个数字可以确定使用两个关系中定义的(5)和(6), 上面的分析更通用,满足物联网应用需求。然而,物联网将需要很长时间才能覆盖整个地球,成为世界上占主导地位。因此,我们需要澄清如何恢复地球的一部分。例如,如果我们需要盖一个土地作为整个地球空间的一部分,(6)应该下降了29%。这个百分比代表土地比例相对于整个地球。因此,代表土地覆盖比率,可以使用计算 为全球覆盖目标,许多卫星和也许不久需要由(6)和(7)(假设覆盖面积等于单元格区域)。因此,每一个架构应该检查显示其覆盖范围的可行性。在我们的分析中,地球静止轨道(GEO)位于海拔36000公里,和低地球轨道(LEO)位于海拔800公里。这两个卫星的轨道是最常见的轨道。也许不久,有两种常见的高度。第一个是在20公里,代表下层也许不久,第二个是50公里,代表上层也许不久。结果证明所需的也许不久的数量远远大于狮子或GEO卫星的数量。这是因为卫星提供大范围的高海拔地区。整个地球的覆盖范围可能需要大约一百万也许不久的仰角55°。最小化所需的数量也许不久,我们必须增加覆盖区域或减少仰角。 Optimization of the required architecture is a target but this will be addressed in the simulation section. In order to determine the orbit that fits the required coverage, it is mandatory to use satellites in communication between IoT nodes. For LEO satellites, the orbit is not fixed relative to the earth things. In addition, the power required for data transmission is low. Accordingly, when using LEO satellites in the proposed architectures, the HAPs in the lower layer should communicate with LEO satellites at the visible times. The LEO satellites should have the ability for switching and tracking. However, GEO satellites require much more power for data transmissions. They are also fixed with respect to earth objects. The number of required satellites or HAPs at different elevation angles is displayed in Figure9。

6。仿真和评估

6.1。仿真设置

仿真环境建立了使用网络仿真方案,NS2。这个环境是由五种网络:卫星,运气,,系统RDIF和移动ad hoc网络。有六个卫星相互通信来创建一个网络。从一个卫星数据可以被重定向到另一个,直到达到目标卫星。表1显示了卫星网络的配置参数。此外,还有60也许不久在一个网络中配置。也许不久可以通过使用inter-HAPs之间的通信技术或使用一个选择卫星(11]。表2显示了机会网络的配置参数。节点在其他三个网络、传感器网络射频识别,和移动ad hoc,分布随机也许不久和卫星网络的覆盖区域。东西被网络覆盖的百分比是75%,剩下的25%都是由也许不久和卫星网络。东西在地上的百分比是80%,15%的空间,和5%的事情在海里或地下。物联网环境的仿真是灵活的,因为这些百分比可以动态改变来获得准确的性能结果提出物联网覆盖系统。表3,4,5包含配置参数的基础、RDIF分别和移动ad hoc网络。

有四种可能的模拟场景:完整的地面网络覆盖率,完整的卫星/ HAP网络覆盖,网络通过卫星/ HAP网络覆盖,卫星/ HAP网络与地面网络覆盖率。第一个场景假设节点在物联网环境下被地面覆盖网络。因此,没有必要卫星和HAP网络如图10。在这种情况下,每个节点应该有网络连接功能。因此,物联网的对象应该是活跃的。这个场景不是在仿真中考虑。这是因为使用地面互联网使物联网节点(事情)缺乏完全覆盖,没有达到我们的目标。第二个场景假设,物联网对象将使用卫星/ HAP网络如图11。这个场景不满足物联网的定义,因为它不使用互联网作为沟通工具之间的事情。因此,第二个场景也不是在仿真中考虑。第三场景设物联网节点的一部分被地面覆盖互联网和其他东西都由卫星或HAP如图12。在这个场景中,物联网之间的通信对象不统一;有两种不同的通信环境,互联网卫星/也许不久和地面。因此,这些数据可以传输到偶然;它将被引导到最近的运气或上卫星层。网关应该出现在这个场景从卫星或HAP网络传输数据到互联网,然后最终用户或中央管理系统。第三个场景被认为是在我们的模拟,因为它包含两个覆盖系统、卫星/也许不久和地面网络,达到我们的目标。第四场景假设,物联网节点是由互联网卫星或HAP如图13。因此,每个节点应该有一个互联网连接使用地面网络和卫星网络。

在我们的模拟中,60路由器在五个国家分布在不同的位置。每个路由器连接的节点数量是随机决定的,从50到100节点(东西)。物联网节点直接连接到路由器或通过一个水槽节点,用于收集信息从它的东西。路由器和也许不久的关系取决于应用场景。此外,有五个服务器来管理互联网路由器和其他网络如卫星和运气。使用这些服务器构建互动的物联网应用程序的最终用户。此外,有六个LEO-Iridium卫星,与60也许不久。每颗卫星与10也许不久。重定向数据从一个位置也许不久也许不久使用卫星在不同的位置。也许不久的关系、卫星和路由器还依赖于执行体系结构。 The link bandwidth between satellites is 10 Mb/s. The link bandwidth between HAPs and satellites is 10 Mb/s. The link bandwidth between HAPs and routers is 1.5 Mb/s. The bandwidth between routers and sinks or things randomly varies between 1 and 2 Mb/s. The propagation delay of links varies according to the distance between network components, satellites, HAPs, and routers. In our simulation, the propagation delay ranged from 25 to 30 ms. However, the edge propagation delay was 5 ms. The routing paths for transmitting packet streams are determined using optimized link state routing protocols [49)除了蚁群优化(50]。路由精灵是用来适应LEO卫星网络的路由进程(51,52]。此外,在我们的模拟,分为两个类的东西,被动和主动。被动的东西使用射频识别技术与卫星通信,也许不久,或者互联网。积极的事情可以发送或接收数据使用覆盖方法与其他的事情。有四种类型的交通负荷:视频、音频、图像和文本。mpeg - 2作为压缩编码视频流。PCM音频流的压缩编码。图像的编码是JPG。建立交通是一个随机过程。树拓扑用于拟议的架构。 In addition, the ground, space, and underground nodes are distributed randomly to reflect the real meaning of IoT environment. Moreover, the traffic generation model, used in this simulation, is governed by Poisson distribution. Each network component has a buffer to store data packets and redirect them to a predetermined destination. The buffer size of satellites and HAPs is determined using proposed techniques [53,54]。网络组件的缓冲区大小,如路由器或服务器,是一个随机值从100年到1000 kb。互联网连接的TCP和UDP作为传输层协议。传输层协议是实现动态的选择取决于数据包流的流量大小和类型。网络饥饿(即。,the number of lost packets and delay ratio are notably increased), UDP will be used. On the contrary, in the normal case of the IoT system (i.e., the IoT metrics have normal values), TCP will be used. The performance metrics in this simulation are end-to-end delay, packet loss ratio, throughput, energy consumption, and handover. The proposed simulation environment measures these performance metrics for the third and fourth scenarios. The simulation was executed for 1,000 minutes. For best results, five simulation iterations were executed and results averages were determined.

6.2。结果与讨论

在本节中,性能指标,端到端延迟、丢包、吞吐量、能耗、交接评估和结果进行了讨论。三提出的性能指标测量体系结构相对于第三和第四只模拟场景。第一模拟场景假设互联网是物联网的唯一覆盖工具对象和忽略卫星和HAP的工具。这个场景被认为是一个传统的物联网概念不符合目标的目的。第二个仿真场景还未能满足目标目标因为它使用卫星和也许不久只是没有互联网和不符合典型的物联网的定义。

6.2.1。端到端延迟

端到端延迟是一个重要的性能指标,由于大量的数据包,通过物联网系统。端到端延迟指标是测量从一个数据包生成的时间到达目的地。端到端延迟包括缓冲延迟所导致的队列的数据包在来源和目的地。端到端延迟的结果分析数据所示14和15。的设在端到端图代表了仿真时间的分钟。如上所述,仿真时间是1000分钟。端到端延迟计算平均10延迟值(一个延迟值提取每一分钟)。的设在代表平均端到端延迟值以毫秒为单位。图14显示了第三个场景中,端到端延迟的结果和图15显示了端到端延迟的结果第四场景。仿真结果图显示,第三个场景已经端到端延迟值低于第四场景。这可以解释为物联网节点在第三场景被地面覆盖互联网除了卫星/ HAP网络。然而,第四场景节点被网络覆盖的卫星/ HAP网络,长途重大延误造成的。结果如图14和15表明,最好的平均端到端延迟是HAP / HAP /架构。这是由于偶然的高度(或高度)低于卫星高度,这意味着可以用更少的延迟(传送物联网数据引用部分4)。此外,在模拟时间8点,延迟突然下降,平稳增加在未来仿真时间点。这是由于物联网仿真模型包括被动的东西是随机分布的,这意味着物联网数据的大小可能突然增加或减少。犹豫的情节也由于带宽的多样性,这被认为是一个物联网环境的主要特征。

6.2.2。包丢失

丢包率是另一个重要的指标来评估交付通过一个物联网环境的性能数据。丢包率的比例是丢失的数据包总发送数据包在一个时间间隔下特定的缓冲区大小(或窗口大小)。数据包序列号也分析了包,获得成功。丢失的数据包的平均总数量在仿真时间内测量第三和第四仿真场景。这个指标是衡量环境与不同的电源设置,编码类型和带宽通道。图16显示了第三的丢包率模拟场景和人物17显示了第四的丢包率模拟的场景。的设在代表了丢包率和设在代表仿真时间。如上所述的端到端延迟讨论,包的值比计算10时间点。第三和第四个模拟场景,HAP / HAP /架构丢包率最低和卫星/ HAP / HAP /架构的丢包率最高的事情。这是由于长距离组件之间的卫星/ HAP / HAP /架构,进而反映出数据交付性能。卫星/ HAP /事情架构的丢包率小于卫星/ HAP / HAP /体系结构和较大的比HAP / HAP /架构。一般来说,第三个仿真场景具有较低的丢包率比第四模拟场景。这是解释为卫星和HAP的高误比特率与地面网络的比特误码率。此外,第三模拟场景中,发送的数据包数量小于通过卫星或HAP渠道发送的数据包数量通过互联网。此外,许多事情所覆盖的卫星或偶然的数量小于由地面网络,这意味着第四模拟场景的丢包率增加连续性由于其使用卫星和HAP的数据传输过程。这与第三模拟场景,大部分的物联网数据通过互联网。 At most simulation time points, the packet loss ratio is stable to some extent. However, the packet loss ratio at little points of simulation time is extremely high (such as 26, 39, 76, and 80). This is due to the large amount of data that can be sent at these simulation times from the IoT nodes (large transmitted data means large packet loss). A sudden increase in transmitted data amounts is due to a sudden increase in the number of nodes that transmit data, which is also an important feature of IoT environments. As stated above, the number of nodes that can transmit data within interval times is determined randomly.

6.2.3。吞吐量

物联网系统的吞吐量可以被定义为成功交付的位数从来源到目的地。确定物联网系统的效率,应该分析吞吐量指标。数据18和19显示吞吐量比较三提出的体系结构相对于第三和第四模拟场景。结果表明,HAP / HAP /事情架构具有较高的吞吐量比其他两个架构,特别是当误比特率增加。在卫星系统中,利用链接超过指定阈值时,丢包率急剧增加。这就解释了吞吐量HAP / HAP /事情架构的优势在第三和第四仿真场景。架构组件之间的距离也在吞吐量测量中起着重要的作用。众所周知,最低数量的路由路径中的节点是一个有针对性的效率目标。然而,有时一个小的节点数(与固定源和目的地之间的距离)的意思是长距离之间的中间道路节点(路由器),这反过来又意味着高误比特率,这样的卫星/ HAP / HAP /事情和卫星/ HAP /架构。突然增加的吞吐量值在前五个模拟点来自数据源的突然增加较低的误比特率和延迟。之后,故事情节成为稳定的三个提出架构由于定期发送和接收数据的连续性和高/从物联网节点。提出了仿真环境中发送和接收数据随机确定较低的上限,主要提供传播率的稳定。 The passive things throughput value is calculated by the average number of bits sent from their attached RFID tags and received at a specific server (target destination). In Figure18,细微的差别所示的吞吐量值三个提议覆盖架构。在图19所示,显著差异的吞吐量值覆盖架构,提出反映高分组延迟的影响和损失在卫星/ HAP网络使用互联网。吞吐量值在第三第四仿真模拟场景是高于场景。这是解释为高误比特率,可能是由于网络信号传输卫星或偶然发生负面影响丢包和延迟指标。相比之下,地面网络提供了一个可靠的数据为物联网数据传输媒介。高吞吐量,发现在第三和第四仿真场景图,是由大量的解释节点模拟物联网环境中提供大量和快速的数据传输(相比之下,缓慢通过消耗大量的媒介传播减少吞吐量时间)。

6.2.4。能源消耗

物联网系统是由能源节点。能源消费因此代表提出的覆盖系统的一个重要因素。节约能源为每个节点增加寿命的物联网系统。如上所述,能源节点:有三种类型的网络,系统射频识别,和移动的特别。测试三种不同网络的能耗,提出了研究技术被使用(55- - - - - -57]。在能源消费的图,设在代表10仿真时间点和设在代表能源消耗的值。每个网络,每个能量消耗值的表示设在等于节点的平均能量消耗在100分钟。提取的数量= 10(即能量消耗值。100/1,000)。图20.根据第三个仿真场景显示了能源消耗。数据20(一个),20 (b),20 (c)显示能源消耗的结果基础上,RFID和移动ad hoc网络节点。三个网络,HAP / HAP /东西建筑能源消耗最低最时间点。下一个最低的能源消耗是在卫星/ HAP /架构。卫星/ HAP / HAP /建筑能耗值最大的事情。众所周知,数据通信消耗更多的能量比数据处理或传感55]。短程通信,这样在HAP / HAP /架构,可以节省更多的能量比远程通信,这样在卫星/ HAP / HAP /架构,这解释了结果如图20.。图20.还显示只有少数值与大多数能耗结果(如点3、4,系统点1,8日,在RFID和2,和点1、4和7在移动ad hoc网络)。这是解释为一代的大量数据在这些时间点,高能源消耗的处理和传输功能。图21显示了三个网络能量消耗的结果,系统地,射频识别,和移动ad hoc,根据第四模拟场景。结果如图21类似如图20.。三提出覆盖架构,覆盖的节点能量消耗使用工具在第三模拟场景是低于节点的能量消耗,所使用工具在第四模拟场景。这是由于通信开销除了大的丢包率,进而导致传输增加传输比特的总数。

6.2.5。回归测试

完成评估拟议的架构,交接问题应评估。以前的服务质量(QoS)指标评估主要用于固定节点或节点移动速度缓慢。因此,评估这些指标的移动节点完成绩效评估拟议的架构。在拟议的架构,可以从HAP段卫星传送信号段或从HAP段到另一个机会。从卫星覆盖范围的信号传输到另一个卫星覆盖范围不被认为是由于面积大,这是由一个卫星覆盖。因此,有两种类型的交接,HAP-to-Satellite,偶然机会。移动路由器,DHCP服务器、无线局域网、无线局域网和RFID网络是物联网系统的主要组件。交接过程包括三个主要功能说明如下:信息收集、决策和执行。信息采集功能是用来确定所需的阈值的QoS参数传输数据。决定用于确定交接应及时启动。 The execution is used to allocate the required QoS for the transmitted data at the new location. The mobile router is used to achieve the handover process by using mobile server that represents a home agent (HA). In addition, RSVP will be used as a resource reservation protocol in the proposed architectures. Moreover, mobile IP method is used to address the IoT system nodes.

回归测试问题提出的架构,使用手机等移动节点。在仿真环境中,用户随机分布下HAP或卫星的覆盖范围。调用生成过程是由泊松分布。指数分布是用来确定呼叫保持时间的变化。生成的流量均匀分布。HAP运动从覆盖范围的中心,然后返回到另一端。也许不久的随机漫步和反射动作决定在58]。有三个回归指标,用于确定移动电话的QoS。这些指标回归概率,阻塞概率,概率下降。HAP速度= 0到150公里/小时之间,提供交通等于2800,HAP的初始位置是在(0,0,20)公里,通话和用户平均到达率= 10 / h。LEO卫星的速度等于11150 km / h。交接测量只在第一个场景中卫星/ HAP / HAP /架构的东西。交接的卫星/ HAP /事情和HAP / HAP /体系结构被认为是一种特殊情况的交接卫星/ HAP / HAP /架构。此外,拟议的架构的东西在第二个场景中直接附加到覆盖组件(空间选项)这意味着没有交接出现。卫星和HAP速度之间的关系是描述在satellite-HAP网络(59]。

数据22,23,24显示回归概率、阻塞概率和概率下降,分别为生成调用切换发生时在夹层和intralayer卫星/ HAP / HAP /架构。夹层意味着调用从偶然变成HAP在同一层。然而,intralayer意味着调用从一层上层。的设在代表也许不久在千米/时的速度。的设在代表交接计量;回归概率,阻塞概率,概率下降。这三个指标在架构第三层级别最低的值。此外,这三个指标的值在第二层第三层指标后的值。此外,在第一层水平三个指标的值有最大的值。这可以解释的高速卫星除了高海拔。同时,这三个指标的值是偶然或卫星的速度的增加而增加。在图22之外,还有一个小数量的速度点如130的阻塞概率值小于第一层,第二层。这是由于小数量的调用可以在这个速度点产生。在图23,移交概率值增加以HAP的速度增加没有任何犹豫或正常的值。在图24,有犹豫在第一和第二层次的情节。这可以解释为用户随机漫步运动使下跌概率情节有更多犹豫在第一个和第二个层。此外,值得注意的是,这三个指标的值下降时速度降低了。这意味着更好的渠道可以为新传入的用户的电话。通常,交接偶然运气,即使对夹层或intralayer,有较低的值的阻塞概率下降。这意味着HAP / HAP /事情架构建议保证所需的QoS的交接。

7所示。结论

本文展示了一个双保险系统物联网覆盖对象是不管他们的位置和访问互联网。这个覆盖系统实现三个主要架构。提出的多层次体系结构有层次结构形状和由卫星和/或也许不久。两个场景为拟议的架构进行相关物联网对象的位置,在地面上或直接连接到卫星或也许不久。本文的研究报告显示,卫星/ HAP / HAP /体系结构提供了最大的覆盖范围和HAP / HAP /事情架构(带有少量也许不久)最低的覆盖范围。构造一个模拟环境,使用网络仿真软件包,NS2,测试的性能提出架构下两个场景。仿真结果表明,HAP / HAP /架构最低的端到端延迟,丢包率,和节点能耗,除了最大的吞吐量和顺利交接相比其他拟议的架构。卫星/ HAP /地面网络场景中建议而不是网络通过卫星/ HAP网络场景中,假设的数量也许不久的考虑参数覆盖建筑设计。

8。未来的工作

在未来的工作中,不同的编码多媒体如mpeg - 4应该通过拟议的架构和传播应该讨论的结果。此外,为了获得最近的物联网环境的规范,应该增加模拟的复杂性。此外,数据流的研究通过提出架构中的每一层的组件应该完成。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

科学研究的作者感谢院长以来,沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯,这个研究的资助工作。

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