بخشی از مقاله
چکیده
شبکه حسگر بیسیم((WSN مجموعه ای از تعداد بیشمار گره حسگر با ابعاد کوچک و قابلیت های مخابراتی و محاسـباتی و انـرژی
منبع تغذیه محدود است.انرژی محدود شده منابع بر طول عمر شبکه های حسگر بیسیم اثر میگذارد.لذا در صورت داشتن مدیریت توان مناسب با چگالی زیاد گره ها ،طول عمر شبکه افزایش می دهد.ازاین رو پروتکل های بیشماری بـرای کـاهش مصـرف انـرژی پیشنهاد شده است.LEACH یک پروتکل خودسازمانده با دسته بندی به صورت پویاست ،که تقریبا همه ی پیشرفت های پروتکـل LEACH هیچ تضمینی نمیدهد که سرخوشه به طور یکنواخت در شبکه پخش شود.
در این مقاله ما یک پروتکل به نام BN-LEACH پیشنهاد می کنیم که سرخوشه را با استفاده از مدل شبکه بیزی بر اساس سه عامل: فاصله تا ایستگاه پایه((BS ،انرژی باقیمانده و چگالی محاسبه میکند.در ادامه نتایج شبیه سـازی بـا اسـتفاده از نـرم افـزار MATLAB نشان می دهد که پروتکل پیشنهادی ما نسبت به پروتکل های LEACH،LEACH-C منجر به تعادل مصرف انرژی گـره
حسگر، افزایش طول عمر شبکه و گسترش مرگ گره اول می شود.
کلمات کلیدی
شبکه های حسگر بیسیم،پروتکل LEACH، پروتکل LEACH-C
-1 مقدمه
دستاوردها و تکنولوژی جدید در زمینه الکترونیک کم قدرت و فرکانس رادیویی کم قدرت((RF،توانایی ساخت و طراحی حسگر هایی را با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک،قیمت مناسـب و کـاربری هـای گونـاگون داده است.شبکه های حسگر بیسیم1 به عتوان یک فنـاوری موثروقـوی در بســـیاری از صـــنایع از جملـــه :عملیـــات نظامی،سیســـتم هـــای حفاظتی،سیستم هـای ترابـری هوشمند،پزشکی،کشـاورزی و...کـاربرد دارند [1]با این حال شبکه حسگر بیسیم برخی مشـکلاتی دارنـد،توان برق محدود شده و جایگزینی غیرممکن به دلیل توزیـع تصـادفی گـره حسگر از محدودیت های بیسیم است.
پروتکلLEACH 2یکی از محبوب ترین الگوریتم هـای خوشـه بنـدی برای کاهش مصرف انرژی در شبکه هـای حسـگر بیسـیم اسـت.تعداد زیــادی پروتکــل هــاوجود دارد کــه پروتکــل LEACHرا بهبــود مــی
،پروتکلBN-LEACH،مدل شبکه بیزی
بخشند.مثل پروتکلLEACH-C3 که در آن،تنهـا انـرژی باقیمانـده در نظر گرفته می شود.در این مقاله یک پروتکـل بـه نـامBN-LEACH4 معرفی می کنیم که در آن سر خوشه براساس مدل شبکه بیزی انتخاب شده و سه عامل وابستگی به فاصله تاایستگاه پایه5،انـرژی باقیمانـده 6و چگالی7 به طور همزمان در نظیر گرفته می شود که افزایش طول عمـر شبکه را تضمین می کند.[2]
-2 تشریح سیستم
-1-2 پروتکل LEACH
این پروتکل یکی از معروف ترین پروتکـل هـای سلسـله مراتبـی بـرای شبکه های حسگر بیسیم است.در این پروتکل زمـان بـه قسـمت هـای مساوی به نام دور تقسیم می شود . هر دور نیز به دو فاز تقسـیم مـی شود .فاز اول ،فاز راه اندازی نام دارد که در واقع فاز تشکیل خوشه هـا
است و فاز دوم مربوط به عملکرد عادی شبکه است که فاز حالت پایدار نام دارد . در فاز اول بنابر یک تابع احتمال تطبیق ،سرخوشـه انتخـاب می شود. انتخاب سرخوشه ها بدین صورت است که هر گره حسگر یک عدد بین صفر و یک انتخاب می کند .اگر این عدد کـوچکتر از آسـتانه T(n)،طبــق فرمــول ( 1) باشــد ،در طــول آن دور آن گــره بــه عنــوان سر خوشه انتخاب می شود. این تابع احتمال طوری طراحی شده است که در ظرف تعداد مشخصی از دورها هر حسگر فقط یکبـار سرخوشـه شود و بدین صورت مصرف انرژی روی کل شبکه پخش می شود. پـس از آنکه در فاز راه اندازی هر دور ،سر خوشـه هـا انتخـاب شـدند ،هـر سرخوشه انتخاب خود را به عنوان سرخوشه به سایر گره ها اعلام مـی کند و هر گره نیز سرخوشه مناسب برای خود را انتخاب می کند و این امر را به سرخوشه مربوطه اعلام می کنـد و بـدین صـورت خوشـه هـا شکل می گیرند. در فـاز دوم هـر حسـگر داده خـود را در بـازه زمـانی خودش می فرستد و سرخوشه پس از دریافت همه اطلاعات حسگرهای موجود در خوشه اش ،آنها را ترکیب کرده و به ایستگاه پایه می فرستد
.با توجه به اینکه هر سرخوشه همه داده های حسـگرهای موجـود در خوشه را ترکیب می کند ،در حجم داده های ارسالی به ایستگاه پایـه و در نتیجه در مصرف انـرژی ،صـرفه جـویی قابـل تـوجهی بدسـت مـی آید. [3] اگر چه مصرف انرژی یک مساله حیاتی در شبکه های حسـگر بیسـیم
است،LEACH انرژی باقیمانده گره ها را در انتخاب سرخوشه هـا در نظر نمی گیرد.از آنجا کـه تصـمیم بـرای انتخـاب سرخوشه،تصـادفی و بدون در نظر گرفتن انرژی باقیمانده گـره هاسـت،گره هـای بـا انـرژی کمتر می توانند شانس خوبی برای سرخوشه شدن داشته باشند.در این صورت پس از مردن این گـره هـا، خوشـه هایشـان غیرکـاریردی مـی شوند.شانس احتمالی سرخوشه شدن براساس این فرض است که گـره ها در شروع،انرژی یکسانی دارند و تمام گره ها داده برای ارسال دارند.
