Effects of radio duty cycle to energy consumption in wireless sensor network

Abstract

Kablosuz Sensör Ağları, kablolara ihtiyaç duymadan veri alışverişi yapılması açısından çok yararlı olmakla birlikte pil kapasitesi sınırlı olduğundan, güç tüketimi problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Radyo görev döngüsü protokolleri, veri iletimini ve güç tüketimini verimli bir şekilde kullanmak için uyanma aralığını (WUI) programlayan mekanizmalardır. Bu tez çalışmasında, farklı uyanma aralıklarına (WUI) sahip iki farklı görev döngüsü olan X-MAC ve ContikiMAC protokolleri arasında bir karşılaştırma yapılmıştır. Bu iki protokol Cooja simülatöründe Sky motes kullanılarak test edilmiş ve farklı kablosuz sensör ağları oluşturularak deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Ağlar farklı uyanma aralıkları için analiz edilip sonuçlar varsayılan özelliklerde elde edilen bulgularla karşılaştırılmıştır. Burada amaç radyoyu daha kısa süre açık tutarak sensörlerin güç tüketimini azaltmak, dolayısıyla ağın ömrünü uzatmak ve bu yaklaşımdan kaynaklanan paket kaybı ve gecikmelerini gözlemlemektir. Sonuçlar, uyanma aralığı parametresi kontrol edildiğinde paket kaybında önemli bir değişiklik olmadan enerji tüketiminin belirli aralıklarla azaltılabileceğini göstermektedir.

Wireless Sensor Networks are very useful to collect sensitive data from remote locations, but they have limited battery and hardware capacity, and power consumption is a major challenge. Hence, the sensors must stay inactive when there is no data to be transmitted and wake up regularly to receive or transmit data. Radio duty cycle protocols are mechanisms that schedule these wake-up intervals (WUI) to efficiently control data transmission and power consumption. This thesis presents a comparison between two different duty cycle protocols with different wake-up intervals (WUI). X-MAC and ContikiMAC protocols are tested on the Cooja simulator using Sky Motes. The simulations are carried out for different traffic densities and different network configurations. The aim here is to keep the radio on for shorter periods, hence reduce the power consumption of the sensors, extending the network lifetime, and observing the packet loss and delays resulting from this approach. The results show that when the wake-up interval is controlled, energy consumption may be reduced for low packet transmission rates without significant changes in packet loss.