بخشی از مقاله
چکیده: امروزه، در شبکههای حسگر بیسیم، پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر خوشهبندی از طریق تقسیم گره های همسایه به خوشههای مجزا و انتخاب سرخوشههای محلی برای ترکیب و ارسال اطلاعات هر خوشه به ایستگاه مبنا و سعی در مصرف کاهش انرژی توس گرههای شبکه، بهترین کارایی را از لحاظ افزایش طول عمر و حفظ پوشش شبکهای در مقایسه با سایر روشهای مسیریابی به دست میآورند.
در این مقاله یک روش خوشه بندی با استفاده از منطق فازی برای افزایش طول عمر شبکه های حسگر ارائه شده است، که از چندین پارامتر اختصاصی مرتب با اطلاعات محلی ایستگاه ها به عنوان ورودی مسئله استفاده می کند. در مرحله ی انتخاب سرخوشه، نودهایی که براساس ویژگی های محلی، شرای بهتری نسبت به سایرین دارند، به عنوان سرخوشه انتخاب می شوند. سایر نودها نیز براساس پارامترهایی موثر به خوشه ها متصل می شوند .نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم LEACH و روش های جدید ارائه شده به دلیل به کارگیری چندین پارامتر موثر، نتایج بهتری دارد و طول عمر شبکه حسگر بیسیم را بهبود داده است.
-1 مقدمه:
پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بیسیم، توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک،قیمت مناسب و کاربرد های گوناگون را بوجود آورده است. امروزه روشهای خوشه بندی پویای توان که به کاهش مصرف انرژی شبکههای حسگر بعد از طراحی و قرارگیری آنها میپردازند، از بالاترین اهمیت برخوردار میباشند. اساساً شبکه های جمع آوری داده هستند و کاربر نهایی نیازمند توصیف سطح بالا از محیطی است که حسگرها در آن قرار دارند. با توجه به کاربرد روز افزون این شبکهها در محی های ناهموار از قبیل شناسایی مناطق نبرد، حفاظت مرزی و نظارت امنیتی، اطمینان از هدایت صحیح و ارسال بهموقع اطلاعات به عنوان مسالهای اساسی در نظر گرفته میشود.
برای درک بهترخوشه بندی فازی و الگوریتمهای مختلف آن لازم است تا ابتدا با مفهوم مجموعه های فازی و تفاوت آنها با مجموعه های کلاسیک آشنا شویم. در مجموعه های کلاسیک یک عضو از مجموعه مرجع یا عضوی از مجموعه A است یا عضو مجموعه A نیست. مثلا مجموعه مرجع اعداد حقیقی را در نظر بگیرید. عدد 2.5 عضو مجموعه اعداد صحیح نمی باشد حال آنکه عدد 2 عضو این مجموعه است. به زبان دیگر تعلق عدد 2.5 به مجموعه اعداد صحیح 0 است و تعلق عدد 2 به این مجموعه 1 است.در این مقاله ما توانستیم الگوریتم LEACH را با الگوریتم فازی مقایسه کنیم و ثابت کردیم که الگوریتم فازی دارای مصرف انرژی پایین نسبت به فازی دارد.
-2 بخش 2
دراین طرح بهبررسی الگوریتم که توس مینئو و نیز همکاران ارائه شده که در اینجا کنترل روی تعداد و مکان سرخوشه 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 متعادل کننده بار شبکه حسگر میباشد . مصرف بهینه انرژی در شبکه های حسگر بیسیم از اهمیت زیادی برخوردار است، به طوری که مصرف بهینه انرژی به افزایش عمر شبکه منتهی میشود.
[2]. [1]در این پژوهش با استفاده از الگوریتم ژنتیک که بصورت مرکزی در ایستگاه پایه اجرا میشود، محل سرخوشه ها را باید طوری تعیین کنیم که کمترین مصرف انرژی را در شبکه های حسگر داشته باشیم. معیار برازش را بر اساس کاهش انرژی مصرف شده گره های شبکه در طی هر دوره عملیات ارسال داده در نظر گرفته ایم. در حقیقت انتخاب جمعیت نسل اولیه با معیار "کمترین اختلاف انرژی شبکه" با دوره قبل صورت گرفته است.
ایجاد تعادل و یکنواختی در مصرف انرژی گره ها و طولانیتر شدن عمر شبکه، دستاورد استفاده از الگوریتم ژنتیک در این پژوهش می باشد[3] در طرح >4@ که توس بانی ارائه شده در این مقاله بر اساس مطالعه که از الگوریتم های مسیریابی صورت گرفته نشان می دهد که برخی از ویژگی های مطلوب انرژی خوبی و کار آمد برای پروتکل های مسیریابی برای شبکه های حسگر هستند. اگر یک الگوریتم مسیریابی چندین راه به یک مقصد با سربار کم در حفظ تعادل و کمک به بار شبکه می تواند بکند . در پرو تکل SPIN و پروتکل لیچ مصرف انرژی بیشتر نسبت به چرخش پروتکل به دلیل چرخش سر خوشه محدود شده است.
در اینجا ما برای اولین بار تبلیغ پیام را ارسال کرده ایم نه تنها کسانی که از آن ما درخواست بلکه انهایی که در مذاکره ابرداده ها نیز بوده اند . در لیچ بسته شروع نسبت تحویل کمتر نسبت به چرخش آن است این به دلیل فاصله داده شده از زمان در لیچ است در لیچ ما مدت زمان محدود که توقف انتقال بوده است. اما در SPIN چنین boundation زمان بنابراین نسبت تحویل بسته بزرگ است.[5]در پایان به تاخیر انتها و گره مرده در لیچ است بیشتر در مقایسه با چرخش ان می باشد در شروع پایان دادن به تاخیر انتها در هر دو مورد پس از برخی از همان فاصله تبدیل شده است تفاوت وجود دارد. این به دلیل زیر است در لیچ چرخش سر خوشه می گیرد تا آن را سر خوشه بزرگ برای پایان دادن به تاخیر اما در پایان SPIN برای پایان دادن به تاخیر وجود دارد. بنابراین پروتکل لیچ مناسب ترین زمانی است که نیاز به نظارت مستمر توس شبکه های حسگر بیسیم وجودارد.
شکل -2 تابع عضویت متغیر فازی تعداد گره های همسایه زنده
همانطور که در شکل دیده میشود ورودی های سیستم فازی تعداد همسایه های زنده هر گره و نیز انرژی باقیمانده در هر گره میباشد. شکل 2، متغیر فازی تعداد گره های همسایه زنده را نشان میدهد در پروتکل پیشنهادی هر چقدر تعداد همسایههای زندهء یک گره بیشتر و نزدیک هم باشند، شانس بیشتری برای سرخوشه شدن خواهد داشت. این مسئله برای جلوگیری از سرخوشه شدن گره های منفرد و تنها در نظر گرفته شده است. همچنین بدین ترتیب گرههایی که درفاصله دوری نسبت به گرههای دیگر قرار-دارند سرخوشه نمیشوند، برای اینکه در این صورت انرژی زیادی برای انتقال داده ها به سرخوشه هدر و مصرف خواهد شد. بطور کلی این شرط تقریبا مرکزیت سرخوشه را بدون نیاز به جمع آوری دادههای مختلف فراهم می-آورد.
هدف از در نظر گرفتن تعداد همسایه های هر گره، ایجاد خوشه های متقارن برای کاهش مصرف انرژی ارتباطات داخل خوشه می باشد. علاوه براین هر چقدر گره های همسایه بیشتر باشد، استفاده بیشتری از تجمیع داده انجام خواهد شد و صرفه جویی بیشتر انرژی را به همراه خواهد داشت. یکی از معیار های مهم طرح پیشنهادی ما، شعاع جستجوی همسایه های زنده است.
