بخشی از مقاله
چکیده
شبکه های حسگر زیر آب، گونه ای از شبکه های حسگر هستند که در محیط زیر آب به منظور جمع آوری دادههای محیطی قرار می گیرند معمولاً از امواج صوتی برای برقراری ارتباط با یکدیگر استفاده می کنند. ویژگی های منحصر به فرد محیط زیرآب، طراحی پروتکل مسیریابی را یک کار چالش انگیز ساخته است. تعویض باتری های حسگرها در زیر آب سخت است، بنابراین طراحی پروتکل مسیریابی که حداکثر طول عمر شبکه را ارائه نماید خیلی مهم می باشد. امروزه روشهای مدیریت پویای توان که به کاهش مصرف انرژی شبکههای حسگر بعد از طراحی و قرارگیری آنها میپردازند، از بالاترین اهمیت برخوردار میباشند. در سالهای اخیر برای مدیریت پویای توان، توجه به ابزارهای هوشمند و توانمندی نظیر خوشه بندی گره های شبکه و مسیریابی رونق چشمگیری یافته است . با توجه به این واقعیت ها الگوریتم های زیادی برای صرفه جویی درمصرف انرژی پیشنهاد شده است،که می توان دراین بین به الگوریتم های منطق فازی اشاره کرد. در این کار با خوشه بندی گرهها بر اساس منطق فازی و انتخاب گره ارسال کننده در هر عمق، طول عمر شبکه و مصرف انرژی بهبود می یابد.
کلید واژه : شبکه های حسگر بی سیم زیر آب، مسیریابی، منطق فازی
-1 مقدمه
شبکههای حسگر بیسیم زیر آب UWSN - ها - از تعداد متغیری حسگرها و حامل ها1 تشکیل شدهاند که برای انجام وظایف مانیتورینگ هماهنگ در منطقه مشخص شدهای در محیط زیر آب مستقر شدهاند. این شبکههای زیر آب در حوزههای تحقیقاتی کاربردهای آبی برای سنجش سطح کشف نشده زیر آب بسیار مورد استفاده قرار گرفتهاند.[1] بعضی از کاربردهای آبی عبارتند از: - 1 - کنترل آلودگی، مانند روغن نشتی در دریاچهها و یا رودخانهها، آلودگیهای شیمیایی، آلودگی هستهای در محیط، - 2 - شناسایی معدن یا کشف معدن، میتوان معادن را مثل اشیاء به کمک سنسورهای صوتی و سنسورهای نوری بطور موثر کشف کرد، - 3 -
پیشگیری از بحران، برای نظارت بر فعالیت لرزهای مانند بحران مربوط به اقیانوس، فعالیتهای زیر دریا و ... استفاده میشود که زمانی که اتفاقی رخ میدهد میتوان در همان لحظه به مناطق ساحلی اطلاع داد، - 4 - کمک به ناوبری، برای موقعیتیابی و شناسایی تهدیدهای مختلف زیر آب مانند سنگها، وسایل غرق شده، نقاط کم عمق و غیره بکار میرود[2]، در این مواقع سریعترین راه پیدا کردن اطلاعات، شبکههای حسگر زیر آب است. پروتکلهای مسیریابی زیادی برای یافتن مسیر از گره مبدأ تا سینک در شبکههای حسگر بیسیم زمینی پیشنهاد شدهاند.[3] با این حال، این پروتکل ها بر اساس روش انتها به انتها طراحی شدهاند که در شبکههای دارای پویایی توپولوژی زیاد و با تأخیر انتشار بالا - مثلاً در UWSNها - قابل اعمال نیستند .
پروتکل مسیریابی بر اساس عمق - - DBR2، پروتکلی است که بر پایه اطلاعات مربوط به عمق هر گره عمل مسیریابی را انجام می دهد. این پروتکل نیاز به سخت افزار اضافی جهت تعیین عمق دارد. .[3] در این پژوهش معیارهای مختلفی را برای تشکیل خوشه در نظر گرفته شده است. خوشهبندی به صورت قرار دادن داده ها در گروههای مختلف تعریف میشود؛ به طوریکه شباهت بین گروهها کمینه و شباهت درون گروهی بیشینه شود. منطق فازی از منطق ارزشهای "صفر و یک" نرمافزارهای کلاسیک فراتر رفته و درگاهی جدید برای دنیای علوم نرمافزاری و رایانهها میگشاید، زیرا فضای شناور و نامحدود بین اعداد صفر و یک را نیز در منطق و استدلالهای خود به کار می گیرد. در این پژوهش سعی بر این است که با بهره گیری از خوشه بندی فازی و استفاده از الگوریتم DBR روش نوینی را در زمینه مسیریابی شبکه های زیرآبی ارائه شود.
-2 کارهای پیشین
الگوریتمهای بسیاری درزمینه ی موقعیتیابی شبکه های حسگربی سیم زیرآب بیان شده است که تنها تعدادی از این الگوریتم ها برای مقیاس های بزرگ مناسب می باشند،انواع دستهبندیهایالگوریتم های موقعیتیابی در زیرآب عبارتند از دستهبندی الگوریتمهای موقعیتیابی بر اساس نوع حرکت گرهها، دستهبندی الگوریتم ها بر پایه ی توزیع محاسباتی. الگوریتمهای موقعیتیابی زیرآب بر اساس نوع حرکت به سه دسته ساکن، متحرک و هیبرید دسته بندی میگردد، الگوریتمهای موقعیت یابی بر پایهی توزیع محاسباتی به دو دسته متمرکز و توزیع شده دسته بندی میگردد.
پروتکل مسیریابی هدایت مبتنی بر بردار یا [4] VBF3 از اولین پروتکل های مسیریابی ارائه شده برای محیط زیر آب می باشد. این پروتکل با این هدف ارائه شده که مساله حرکت گره ها وسیار بودن آنها را مرتفع نماید و بتواند در محیط هایی با توپولوژی پویا به کار گرفته شود و نیز از لحاظ مصرف انرژی کارآمد باشد. پروتکل VBF یک پروتکل مبتنی بر موقعیت4 است در این پروتکل در هر بسته ارسالی موقعیت مکانی یا مختصات گره های مبدا و مقصد و گره هدایت کننده5 قرار داده می شود تا در عمل مسیریابی از آن استفاده شود
VBF برای کاهش دادن ترافیک در شبکههای متراکم، یک الگویتم خودسازگاری توزیع شده را اتخاذ میکند که در آن تمام گره های داوطلب هماهنگ میشوند و درنهایت فقط چند گره مطلوبتر میتوانند بستهها را ارسال کنند. VBF میتواند ترافیک شبکه را بطور قابل توجهی کاهش بدهد و لذا در انرژی صرفهجویی کند. همچنین از آنجاییکه یک پروتکل مسیریابی تقاضا محور مبتنی بر مکان است نسبت به پویاییهای توپولوژی قوی است و هیچ مسیر
از پیش محاسبه شدهای در نودهای حسگر نگهداری نمیشود. دو اشکال عمده در VBF وجود دارد:
1. ایجاد یک لوله مجازی منفرد میتواند بطور قابل توجهی بهرهوری مسیریابی را در مناطقی با تراکم گره مختلف تحت تأثیر قرار بدهد، به خاطر استفاده از بردار مبدأ تا سینک منحصر به فرد.
2. باز هم به دلیل طراحی بردار مبدأ تا سینک منفرد، VBF نسبت به آستانه شعاع لوله مسیریابی بسیار حساس است.
برای غلبه بر مشکلات فوق، HH-VBF6 - پروتکل ارسال مبتنی بر بردار هاپ به هاپ - [5] از همان مفهوم بردار مسیریابی مشابهVBF استفاده می کند. اگرچه، HH-VBF به جای استفاده از یک لوله مجازی منفرد از مبدأ تا سینک، لولههای مجازی مختلفی را در اطراف بردار هر هاپ از هر فرستنده به سینک تعریف میکند. در این روش، هر گره میتواند بر اساس موقعیت فعلی خودش درباره ارسال بسته بطور وفقی تصمیمگیری کند. مزیت HH-VBF در این است که می تواند مسیر تحویل را حتی اگر تعداد گرههای موجود در مسیر ارسال بسیار محدود باشد پیدا کند. این پروتکل نرخ تحویل بسته خوبی دارد و سربار سیگنالینگ بیشتری نسبت به VBF دارد. مسئله حد آستانه شعاع لوله مسیریابی، که روی عملکرد اثر میگذارد، را نیز بطور همزمان مدنظر قرار میدهد.
