بخشی از مقاله
چکیده
شبکه های حسگر بی سیم دارای تعداد زیادی گره حسگر با انرژی محدود می باشند که دریک منطقه محدود جغرافیایی پراکنده شده اند. یکی از مسائل مهم در این شبکه ها افزایش طول عمر شبکه است . دراین پژوهش ما پروتکلی موثر برای موازنه بار و افزایش طول عمر شبکه معرفی می کنیم که ازارتباط تک-گام دورن خوشه ای و ارتباط چند -گام میان خوشه ای استفاده شده است که بهترین نودها ، بر اساس خروجی ماژول فازی اش ، خود را به ایستگاه پایه اعلام می کند و گره هایی که بهترین نیستند تا انتهای هر راند در حالت خواب قرار می گیرند و سپس بهترین گره های هر راند در ایستگاه پایه با استفاده از الگوریتم k-means خوشه ها بندی می شوند.
واژگان کلیدی: الگوریتم k-means ، تعادل انرژی ، خوشه بندی ، شبکه های حسگر بی سیم ، منطق فازی
مقدمه
در سال های اخیر، پیشرفت تکنولوژی مخابرات و صنعت قطعات الکتریکی و الکترونیکی خرد ، منجر به ساخت سنسورهایی کوچک و نسبتا ارزان شده که از طریق یک شبکه بی سیم با یکدیگر در ارتباطند] هنزیلمن و همکاران .[2002این شبکه ها که شبکه های سنسور بیسیم خوانده می شوند، به ابزار مناسبی برای استخراج داده از محیط اطراف و مانیتورینگ رویداد های محیطی تبدیل شده اند و کاربردهای آنها در زمینه های خانگی ،صنعتی و نظامی ، روز به روز در حال افزایش است] آکیلد و همکاران .[2002در طراحی شبکه های سنسور بیسیم مسئله اساسی، محدود بودن منبع انرژی سنسورهاست. از طرفی بخاطر وجود تعدادبسیار زیاد سنسور در شبکه و یا عدم امکان دسترسی به آنها ، تعویض یا شارژ باتری سنسورها عملی نیست. به همین دلیل ارائه روش هایی جهت مصرف بهینه انرژی که در نهایت باعث افزایش عمر شبکه شود ، به شدت احساس می شود]هنزیلمن و همکاران .[2002
پژوهش های قبل نشان داده است که با سازماندهی گره های شبکه در خوشه هایی، میتوان به کارایی بیشتری از انرژی رسید . کارایی بیشتر انرژی به افزایش عمر شبکه منتهی میشود .در اکثر پژوهش ها به مدت زمان طی شده تا موقع مرگ اولین یا آخرین گره شبکه، عمر شبکه گفته میشود ] یانیز و همکاران .[2006پروتکل ] LEACHهنزیلمن و همکاران [2002 یکی از پروتکل مطرح خوشه بندی در شبکه های سنسوری می باشد که از دو فاز برقراری و حالت دائمی تشکیل شده است . در فاز حالت دائمی انتقال داده ها به صورت تک گامی صورت می گیرد. در هر خوشه گره هایی به عنوان سرخوشه انتخاب میشوند . داده جمع آوری شده از گرههای عضو ، قبل از ارسال به ایستگاه پایه یا سینک، بطور محلی در سرخوشه پردازش شده و داده افزونه - در صورت وجود - از آن حذف میگردد و سپس در قالب یک بسته جدید به ایستگاه پایه ارسال خواهد شد.
صورت مساله
ایجاد کنترل روی تعداد و مکان سرخوشه ها و همچنین اندازه خوشه ها از نظر تعداد اعضا همواره به عنوان یک چالش مطرح بوده است و حل این مسئله نیازمند الگوریتم های خوشه بندی کارا در مصرف انرژی و متعادل کننده بار شبکه می باشد ] چن و همکاران .[ 2006در این پژوهش هر گره در شروع هر راند ابتدا توسط ماژول فازی موجود در خود تست می شود و در هر منطقه به شعاع r بهترین گره نسبت به گره های اطرافش خود را به ایستگاه پایه معرفی و سپس در ایستگاه پایه با استفاده از الگوریتم k-means خوشه بندی انجام می گیرد و سرخوشه های هر خوشه بر اساس خروجی منطق فازی هر گره تعیین و سپس به همه گره ها اعلام می شود .
مدل سیستم و انرژی
شبکه مورد نظر دارای مشخصات زیر است:
.گره های سنسوری همگی یکسان بوده و در تمام شبکه و در یک ناحیه مربع شکل بطور یکنواخت توزیع شده اند.
. ایستگاه پایه در مرکز ناحیه مربع شکل قرار دارد انتخاب موقعیت ایستگاه پایه بستگی به کاربرد دارد ] هو و همکاران.[2006
.کانال مخابراتی متقارن و مدل چند مسیری فرض میشود.
.گره ها قادرند توان ارسال خود را با توجه به فاصله خود تا گیرنده مورد نظر، تنظیم کنند . برای حصول اطمینان از پیوستگی شبکه ضروری است ] جیا و همکاران .[2006
.گره ها همگی دارای انرژی و توانایی یکسان هستند.
. موقعیت و شناسه تمام گره ها برای ایستگاه پایه معلوم است.
هاینزلمن مدلی برای مصرف انرژی به صورت زیر ارائه کرده است] هنزیلمن .[2000هر گره برای ارسال l بیت داده به فاصله d از خود به اندازه Es انرژی مصرف میکند کهاین از رابطه 1 بدست می آید:که در آن Eelect انرژی لازم برای فعال سازی مدارات الکترونیکی فرستنده است . dco ، یک حد آستانه است . εmp و εfs انرژی فعالسازی تقویت کننده توان برای دو وضعیت چند مسیره و فضای باز است . در صورت بیشتر بودن فاصله از آستانه
