رفتن به مطلب

کسی هست بتونه برای نوشتن پایان نامه بمن کمک کنه ؟


پست های پیشنهاد شده

سلام من رشته ام کامپیوتر / نرم افزاره - ارشد

...

کسی هست بتونه کمکم کنه ؟

 

درود

چطور کمکی مهندس؟

اگر تخصصی هست، بگید شاید دوستام بتونن کمکتون کنن

اگ هم عمومی ه و مثلا کلیات و این داستانا بگید، اساتید زیاد هستن .

لینک ارسال
درود

چطور کمکی مهندس؟

اگر تخصصی هست، بگید شاید دوستام بتونن کمکتون کنن

اگ هم عمومی ه و مثلا کلیات و این داستانا بگید، اساتید زیاد هستن .

 

تخصصی هست ... موضوعم در رابطه به wsn هست ... حالا خوشه بندی رو دوست دارم . مقاله اش رو گرفتم. استادم گفته از 2016 باشه .میخوام یکی کمکم کنه ...

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

لینک ارسال
تخصصی هست ... موضوعم در رابطه به wsn هست ... حالا خوشه بندی رو دوست دارم . مقاله اش رو گرفتم. استادم گفته از 2016 باشه .میخوام یکی کمکم کنه ...

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

 

پروتکلهای مسیریابی در شبکه های حسگر بیسیم

2-1 مقدمه

 

 

پروتکل­های بسیاری در شبکه­های حسگر بیسیم به موضوع مسیریابی پرداخته­اند و این پروتکل­ها برای برخی از موضوعات دیگر در این شبکه­ مانند موضوع خوشه­بندی، انتخاب لیدر و ... برنامه دارند. در این فصل دسته­بندی­های ارائه شده درباره­ پروتکل­های مسیریابی بیان شده است.

 

 

2-2 پروتکل های مسیریابی

 

 

پروتکل­های مسیریابی در شبکه­های حسگر بیسیم می­توانند از دید ساختار شبکه به سه دسته مسیریابی تخت، سلسه مراتبی و مبتنی بر مکان تقسیم شوند. در مدل تخت همه­ی گره­ها نقش یا کار مساوی دارند، اما در مدل سلسله مراتبی گره­ها نقش­های مختلفی را در شبکه بازی می­کنند. در مدل مبتنی بر مکان نیز از موقعیت گره­های سنسور برای مسیردهی داده در شبکه استفاده می­شود. این پروتکل­ها هم می­توانند به صورت چند مسیری (Multi path)، پرس و جو و رقابت و غیره که به عملکرد پروتکل بستگی دارد دسته­بندی شوند.

2-3 عوامل موثر در طراحی پروتکل های مسیریابی

در زیر چند پارامتر که برای پروتکل­های مسیریابی در شبکه­های حسگر بیسیم مورد توجه قرار می­گیرند مطرح شده است :

 

 

2-3-1 دینامیک شبکه

 

 

اکثر حسگرها در شبکه­های حسگر بیسیم ثابت هستند. فقط بعضی از شبکه­ها وجود دارد که در ان برخی از حسگرها متحرک هستند. در حضور حسگرهای متحرک، مسئله­ی پایداری مسیرها امر بسیار مهمی است. از طرفی خود پارامتر در حال اندازه­گیری می­تواند حالت استاتیک و یا دینامیک داشته باشد.مثلا در یک کاربرد تعقیب و تشخیص هدف، شبکه حالت دینامیک به خود می­گیرد، در صورتی که مثلا برای تشخیص اتش در یک جنگل دیگر اینطور نیست و شبکه حالت ثابت دارد. در حالت دینامیک، داده­ها از حسگرها بصورت متناوب به ایستگاه پایه فرستاده می­شوند در صورتی که در حالت ثابت هر وقت پدیده­ای رخ می­دهد به ایستگاه پایه گزارش می­شود.

 

 

2-3-2 جایگذاری حسگرها در شبکه

 

 

با توجه به کاربردهای مختلف، جایگذاری حسگرها در شبکه­های مختلف با یکدیگر متفاوت است که این امر می­تواند در کارایی کل شبکه تاثیر مستقیم بگذارد. در برخی از کاربردها، مکان حسگرها از قبل تعیین شده است اما در اکثر شبکه­های حسگر بیسیم به این صورت نیست. در شبکه­هایی که مکان حسگرها از قبل تعیین شده، اطلاعات نیز از طریق مسیرهای از قبل تعیین شده ارسال می­شوند، اما در شبکه­هایی که مکان از قبل مشخص نشده باید حسگرها به ­صورت خودکار مسیریابی را انجام دهند. معمولا شبکه­ها به این صورت هستند و برای این شبکه­ها ایجاد زیرساخت مناسب در کارایی سیستم تاثیر بسزایی دارد.

 

 

2-3-3 محدودیت انرژی

 

 

در طی مراحل طراحی زیرساخت شبکه، ایجاد مسیرها شدیدا تحت تاثیر محدودیت انرژی حسگرها قرار می­گیرد. باتوجه به اینکه توان ارسال به صورت بیسیم با توان دوم (و باالاتر) مسافت رابطه مستقیم دارد، استفاده از روش­های ارسال چندگامی باعث می­شود تا توان کمتری تلف شود. اما استفاده از این روش باعث ایجاد مشکلاتی در مدیریت توپولوژی و کنترل دسترسی به محیط انتقال می­شود. بنابراین با توجه با اینکه در اکثر شبکه­ها، حسگرها به­صورت اتفاقی در شبکه قرار گرفته­اند، استفاده از روش­های چند مسیره امکان­ناپذیر است.

 

 

2-3-4 مدل انتقال اطلاعات

 

 

با توجه به کاربرد یک شبکه حسگر بیسیم مدل انتقال اطلاعات در ان می­تواند پیوسته، بسته به اتفاق، بسته به درخواست و یا ترکیبی از این مدل­ها باشد.در حالت پیوسته، هر حسگر اطلاعات خود را به صورت متناوب ارسال می­کند. در حالت بسته به اتفاق، هر وقت اتفاقی از قبل تعیین شده در یک بخش از شبکه به وقوع بپیوندد، این اتفاق گزارش میشود. در حالت بسته به درخواست، از طرف ایستگاه پایه یک درخواستدر شبکه منتشر شده و به حسگرهای دلخواه می­رسد.حسگرهای موردنظر نیز پاسخ مناسب را می­دهند. برخی از شبکه­ها از ترکیب این مدل­ها استفاده می­کنند. از نظر کم کردن مصرف انرژی و پایداری مسیرهای ایجاد شده، مدل انتقال اطلاعات بسیار مورد اهمیت است.

 

 

2-3-5 ترکیب داده­ها

 

 

بسیاری از حسگرها ممکن است داده­های تکراری تولید کنند. با استفاده از تکنیک ترکیب داده­ها می­توان از حجم اطلاعات ارسالی تا حد زیادی کم کرد. با توجه به اینکه پردازش اطلاعات کمتر از ارسال اطلاعات توان تلف می­کند، ترکیب اطلاعات بسیار مهم است و به همین دلیل در بسیاری از پروتکل­ها از این تکنیک استفاده شده است. می­توان با استفاده از تکنیک­های پردازش سیگنال اطلاعات دقیق­تزی بدست اورد که به این روش Data Fusionمی­گویند

 

 

2-4 مسیریابی تخت

 

 

مسیریابی تخت اولین رده از پروتکل­های مسیریابی است. در این دسته گره­ها نقش یکسانی دارند و سنسورها با هم برای یک عمل حس کردن کار می­کنند. به علت تعداد زیاد این قبیل گره­های سنسور امکان دادن شناسه سراسری برای هر سنسور وجود ندارد و این مسئله باعث میشود که مسیریابی در این شبکه­ها به­جای برمبنای ادرس (Address-based)برمبنای داده Data-Centric)) باشد، که ایستگاه اصلی یکسری پرس­وجو به یک ناحیه مشخص می­فرستد و منتظر داده­هایی از سنسورهای نواحی انتخاب شده می­شود. از انجایی که داده از طریق پرس­وجوها درخواست می­شود، نامگذاری مبتنی بر صفت برای تعیین خصوصیات داده نیاز است. کارهایی روی مسیریابی Data-Centricمثل SPINو انتشار مستقیم برای ذخیره­سازی انرژی از طریق انتقال داده و حذف داده اضافی انجام شده است .

 

 

2-4-1 پروتکل سیل اسا

 

 

در این پروتکل یک گره جهت پراکندن قسمتی از داده­ها در طول شبکه، یک نسخه از داده موردنظر را به هر یک از همسایگان خود ارسال می­کند. هر وقت یک گره، داده جدیدی دریافت کرد، از ان نسخه­برداری می­کند و داده را به همسایه­هایش (به جز گرهی که داده را از ان دریافت کرده است) ارسال می­کند.الگوریتم زمانی همگرا می­شود یا پایان می­یابد که تمامی گره­ها یک نسخه از داده را دریافت کنند.

 

 

2-4-2 پروتکل شایعه پراکنی

 

 

این پروتکل یک جایگزین برای روش سیل اسا سنتی محسوب می شود که از فرایند تصادف برای صرفه جویی در مصرف انرژی بهره می برد. به جای ارسال داده ها به صورت یکسان یک گره شایعه پراکن اطلاعات را به صورت تصادفی تنها به یکی از همسایگانش ارسال می کند. اگر یک گره شایعه پراکن، داده ای را از همسایه اش دریافت کند، می تواند در صورتی که همان همسایه به صورت تصادفی انتخاب شد، داده را مجددا به ان ارسال کند. هر گاه داده در روش سیل اسا کلاسیک، به یک گره با مرتبه بالا برسد، نسخه های بیشتری از داده شروع به پراکنده شدن در داخل شبکه می کنند تا وقتی که این کپی¬ها در اثر تصادم به انتها برسند در صورتی که روش شایعه پراکنی جلوی چنین تصادم هایی را می گیرد چون در این روش تنها یک کپی از داده در هر گره ایجاد می شود و هر چه تعداد کپی های ایجاد شده کمتر باشد احتمال تصادم این کپی ها کمتر می شود. در حالی که روش شایعه پراکنی اطلاعات را به کندی در شبکه پراکنده می کند، سرعت مصرف انرژی اهسته¬ای هم دارد. از انجایی که هر گره، داده را به صورت تصادفی، تنها به یکی از همسایه¬های خود ارسال می کند، سریع ترین سرعت پخش داده ها در این روش، برابر یک گره در هر دور است. در نهایت اگرچه روش شایعه پراکنی می تواند تا حد زیادی از تصادم جلوگیری کند ولی این روش، هیچ را ه حلی برای جلوگیری از همپوشانی ارائه نکرده است

 

 

2-4-3 پروتکل

SPIN

 

پروتکل SPINاز خانواده پروتکل­های تطبیق ­پذیر است و همه اطلاعات در هر گره را به هر گره در شبکه (با فرض اینکه همه گره­ها در شبکه به صورت بالقوه ایستگاه اصلی هستند) منتشر می­کند. این امر کاربر را قادر می­سازد تا به هر گره Queryبفرستد و بلافاصله اطلاعات مورد نیاز را بگیرد. حسن این پروتکل­ها این است که گره­هایی که در نزدیکی و مجاورت هم هستند داده مشابه دارند و از این رو نیاز است تا فقط اطلاعاتی را که سنسورهای دیگر ندارند توزیع کنند. پروتکل­های خانواده SPINاز الگوریتم­های مبادله داده استفاده می­کنند. گره­هایی که SPINرا به کار می­برند یک نام سطح بالا را برای توصیف کامل داده جمع­اوری شده به کار می­برند که Meta-dataنامیده می­شود و قبل از هر انتقال داده مذاکره Meta-dataانجام می­دهند. این قضیه این اطمینان را فراهم می­اورد که داده افزونه­ای به شبکه ارسال نمی­شود. در واقع مفهوم قالب Meta-data،Application-specificاست.

برای مثال در صورتی­که سنسورها یک ناحیه مشخص را تحت پوشش قرار می­دهند ممکن است از شناسه خودشان برای گزارشMeta-dataاستفاده کنند. به­علاوه،SPINبه سطح انرژی حاضر گره اگاهی دارد و پروتکل را بسته به اینکه چقدر انرژی باقی مانده است سازگار می­کند. این پروتکل­ها همه داده­ها را حتی وقتی که یک کاربر درخواست هیچ داده­ای را نداده است، در سطح شبکه توزیع می­کنند .

مدلSPINمشکل کلاسیک سیل­اسا را حل می­کند و بدین ترتیب به یک مقدار بهره­وری انرژی دست پیدا می­کند.SPINیک پروتکل سه مرحله­ای است، در نتیجه گره­های سنسور از سه نوع پیام ADV­ ، REQ،DATA برای ارتباط استفاده می­کنند.ADVبرای اعلان داده جدید استفاده می­شود، REQبرای درخواست داده وDATAپیام حقیقی است.

وقتی که یک گرهSPINداده جدیدی را به ­دست می­اورد و می­خواهد به اشتراک بگذارد پروتکل با انتشار یک پیامADVشاملMeta-dataشروع می­کند. اگر یک همسایه به یک داده نیاز داشت، یک پیام REQبرای DATAمی­فرستد و DATAبه این گره همسایه فرستاده می­شود. سپس گره سنسور همسایه این فرایند را با همسایه­هایش تکرار می­کند، در نتیجه تمام ناحیه سنسور یک کپی از داده را دریافت خواهند کرد (شکل2-1). پروتکل­های خانواده SPIN شامل تعداد زیادی پروتکل است. دو پروتکل اصلی ان SPIN1و SPIN2قبل از انتقال داده مذاکره انجام می­دهند تا مطمئن شوند که فقط اطالاعات مفید منتقل خواهد شد، بنابراین هر گره مدیریت منبع خودش را دارد.

 

 

27675846968399956314.png

 

 

 

2-4-3-1

SPIN1

 

این روش یک روش ساده دست¬تکانی برای پراکندن داده ها در یک شبکه بدون اتلاف است که در سه مرحله کار می کند و در هر یک از مراحل، از یکی از پیغام های شرح داده شده در بالا استفاده می کند. پروتکل زمانی اغاز می شود که یک گره، داده جدیدی بدست می اورد که مایل است ان را پراکنده کند و این کار را با نام گذاری داده جدید و فرستادن یک پیغام ADV به همسایگانش انجام می دهد. با دریافت کردن پیغام ADV گره ی همسایه بررسی می کنند که ایا قبلا چنین داده ای را دریافت کرده اند یا در خواست چنین داده ای را داده اند یا خیر. اگر نه، گره همسایه برای ارسال داده درخواست شده به فرستنده، یک پیغام REQ به عنوان پاسخ برمی گرداند. پروتکل با ارسال داده مورد نظر یعنی ارسال پیغام DATA در جواب پیغام REQ تکمیل می شود. اگرچه این پروتکل برای شبکه های بدون اتلاف طراحی شده است، به سادگی می توان ان را برای استفاده در شبکه های با اتلاف بالا تعمیم داد به این صورت که گره ها، برای جبران پیغام های ADV از دست رفته، می توانند به صورت متناوب این پیغام ها را ارسال کنند و همچنین برای جبران پیغام های REQ و DATA از دست رفته، گره ها می توانند داده های مورد نیاز خود را در صورتی که در یک بازه زمانی مشخص دریافت نشده اند، دوباره درخواست دهند. همچنین درمورد شبکه های سیار در صورتی که گره ای مشاهده کرد که همسایگانش تغییر کرده اند می توانند فورا تمامی داده خود را تبلیغ کند.

 

 

2-4-3-2

SPIN2

 

این روش یک فکر هوشمندانه ساده، جهت صرفه جویی در منابع به SPIN1 اضافه می کند. به این صورت که وقتی منابع به اندازه کافی موجود است گره های SPIN2 مانند گره ها در SPIN1 از پروتکل سه مرحله ای استفاده می کنند. وقتی گره ای مشاهده می کند که منبع انرژی اش از یک حد خاص کمتر شده است، خودش را بوسیله کاهش شرکت خود در پروتکل با شرایط جدید تطبیق می دهد و در حالت کلی یک گره تنها هنگامی در پروتکل شرکت می کند که اطمینان دارد می تواند تمامی مراحل دیگر پروتکل را بدون اینکه منابع انرژی اش از محدوده تعیین شده پایین تر رود، به انتها برساند. در غیر اینصورت گره با دریافت پیغام ADV هیچ گونه پیغام REQ تولید نمی کند. این روش بعث می شود که گره هنگام پایین بودن انرژی درگیر پیغام های DATA نشود

 

 

2-4-4 انتشار مستقیم

 

 

در این قسمت روش دیگری که معرفی شده، یک الگوی رایج تراکم داده برای شبکه­های سنسور بیسیم است که انتشار مستقیم نامیده می­شود. انتشار مستقیم یک الگوی Data-Centricو Application-Awareاست که درد ان تمام داده­ی تولید شده توسط گره­های سنسور توسط مقدار و صفت تعریف می­شود.هدف اصلی الگوی Data-Centricترکیب داده­ای که از منابع مختلف در مسیر می­اید و حذف افزونگی و کم کردن تعداد انتقالات است که به این ترتیب انرژی شبکه دخیره می­شود و طول عمر ان افزایش می­یابد. برخلاف مسیریابی سنتی End-to-End ، مسیریابی Data-Centricمسیرها را از چندین منبع به یک مقصد تنها پیدا می­کند که اجازه ادغام داده­های افزونه درون شبکه را نیز می­دهد .

در انتشار مستقیم، سنسورها رویدادها را اندازه­گیری کرده و مسیر اطلاعات را به همسایه­های مربوطه ایجاد می­کنند. ایستگاه اصلی داده را با همه پخشی Interestها درخواست می­کند. Interestکاری را که باید توسط شبکه انجام شود توصیف می­کند. Interestدر سرتاسر شبکه به­صورت گام به گام منتشر می­شود و توسطهر گره به همسایه­های همان گره منتشر می­شود. در همین حال، مسیرها برای ارسال داده موردقبول به سمت گره متقاضی ترسیم می­گردند. هر سنسور که Interestرا دریافت کرد یک گرادیان به سمت گره­های سنسور که از انها Interestرا دریافت کرده بود ایجاد می­کند. این فرایند تا زمانی که گرادیان­ها از منابع به سمت ایستگاه اصلی ایجاد شوند ادامه پیدا می­کند. به طورکلی یک گرادیان، یک مقدار صفت و یک مسیر را مشخص می­کند. پایداری گرادیان ممکن است به سمت همسایه­های متفاوت با هم فرق کند، در نتیجه میزان جریان اطلاعات متفاوت وجود خواهد داشت (شکل2-2).

 

 

 

 

34103136943943206954.png

 

 

شکل2-2: نحوه عملکرد پروتکل انتشار مستقیم

 

انتشار مستقیم از دو جنبه با SPINمتفاوت است. اول اینکه انتشار مستقیم داده­های مورد پرس و ­­جو را بنا به درخواست مطرح می­کند، به­طوری­که ایستگاه اصلی پرس و ­جوها را با استفاده از روش سیل­اسا بعضی از کارها به گره­های سنسور می­فرستد، اما در SPINسنسورها، موجود بودن داده موردتوجه گره­ها را برای پرس و جوی ان داده اعلام می­کنند. دوم اینکه همه ارتباطات در انتشار مستقیم به صورت همسایه به همسایه است و هر گره توانایی انجام تراکم داده و ذخیره­سازی را دارد. برخلاف SPIN، در انتشار مستقیم نیازی به نگهداری توپولوژی سراسری شبکه نیست، اما در انتشار مستقیم، ممکن است کاربردهایی بطور مثال نظارت محیطی که نیاز به ادامه ارسال داده به ایستگاه اصلی دارند اعمال نشود، زیرا ممکن است مدل Query-drivenبنا به درخواست داده در این خصوص کمک نکند. علاوه براین تطبیق داده با Queryها ممکن است به بعضی از سربارهای اضافه در گره­های سنسور نیاز داشته باشد.

 

 

2-4-5

GBR

 

این پروتکل یک روش تغییریافته از پروتکل انتشار مستقیم است. وقتی که درخواست ایستگاه پایه در کل شبکه پخش می شود، هر گره سنسور تعداد گام های مورد نیاز برای رسیدن به ایستگاه پایه را اندازه گیری می کند و بدین وسیله می تواند کمترین تعداد گام برای رسیدن به ایستگاه پایه را که ارتفاع ان سنسور نامیده می شود را بدست اورد. اختلاف بین ارتفاع سنسورهای همسایه به عنوان گرادیان مسیر بین انها در نظر گرفته می شود. داده های هر سنسور توسط مسیرهایی که بالاترین گرادیان را دارند به ایستگاه پایه فرستاده می شوند. در واقع این روش تلاش می کند تا با تعداد گام-های کمتر داده را به ایستگاه پایه برساند. برای توزیع یکنواخت ترافیک روی شبکه در این پروتکل دو تکنیک ترکیب داده ها و پخش ترافیک به کار گرفته شده است. حسگرهایی که از چندین مسیر داده دریافت می کنند می توانند کار ترکیب داده ها را انجام دهند. تکنیک های پخش ترافیک نیز به قرار زیر می باشند:

روش اتفاقی : اگر دو یا چند مسیر با گرادیان یکسان وجود داشته باشند، انتخاب مسیر به صورت تصادفی خواهد بود.

روش انرژی : وقتی که انرژی یک سنسور از یک استانه معین پایین تر می اید، ارتفاع خود را افزایش می دهد و بدین وسیله به سنسورهای دیگر می فهماند که تا حد امکان از این سنسور برای انتقال داده کمتر استفاده شود.

روش جریان داده : این روش تلاش می کند تا مسیرهایی که در حال حاضر برای انتقال داده ها استفاده می شوند، برای مسیرهای جدید به کار گرفته نشوند.

با بکارگیری روش های بالا ترافیک در کل شبکه پخش می شود و در نتیجه طول عمر شبکه افزایش پیدا می کند، همچنین این روش ها را می توان در پروتکل های دیگر نیز به کار برد. نتایج شبیه سازی ها نشانگر ان است که GBR از نظر مصرف انرژی موثرتر از Directed Diffusion کار می کند

 

 

2-4-6

EAR

 

در این روش از یک سری مسیرهای زیربهینه جهت افزایش طول عمر شبکه استفاده می­شود. این مسیرها به واسطه­ی یک تابع احتمال، که به مصرف انرژی در ان مسیرها بستگی دارد، انتخاب می­شوند. مهمترین پارامتری که در طراحی این پروتکل مدنظر گرفته شده­است بقای شبکه می­باشد. نظر به اینکه استفاده دائمی از مسیری که کمترین انرژی در ان تلف می­شود، باعث تخلیه­ی انرژی سنسورهای موجود در ان مسیر می­شود، در این روش به جای استفاده از مسیر بهینه، چند مسیر زیربهینه در نظر گرفته می­شوند که با استفاده ازیک تابع احتمال فقط یکی از انها انتخاب شده و برای مدتی از ان مسیر استفاده می­شود. این پروتکل از سه فاز تشکیل شده است:

فاز راه­ اندازی :در این فاز با استفاده از پروتکل سیل­اسا محلی، مسیرها تا مقصد شناسایی شده و جدول­های مسیریابی ایجاد می­شوند. در طی این عملیات، تابع هزینه­ی انرژی برای هر سنسور حساب می­شود. برای مثال، اگر درخواست از سنسور به سنسور فرستاده شود، سنسور تابع هزینه مسیر را به­صورت زیر حساب می­کند.(رابطه2-1)

 

 

06113040511237033248.png

 

(2-1)

در این رابطه متریک انرژی، خود تابعی از هزینه­ی ارسال و دریافت و همچنین مقدار انرژی باقیمانده­ی سنسورها در طول مسیر است. مسیرهایی که هزینه بسیار بالایی داشته باشند در نظر گرفته نمی­شوند. در این روش انتخاب سنسورها بر مبنای نزدیکی ان­ها به مقصد می­باشد. هر سنسور به هر یک از همسایه­های خود که در جدول ارسال ان وجود دارد، یک احتمال نسبت می­دهد. این احتمال که با معکوس هزینه رابطه مستقیم دارد، به­صورت زیر بدست می­اید.(رابطه2-2)

 

 

51936038605174735177.png (2-2)

نیز هزینه­ی متوسط تا مقصد را با توجه به همسایه­هایی که در جدول ارسال وجود دارند مطابق زیر حساب می­کند. این مقدار بدست امده برای به همسایه­ها فرستاده می­شود.

فاز انتقال داده­ها :هر سنسور داده­ی خود را به یکی از همسایه­های خود که در جدول ارسال وجود دارد با توجه به احتمال اختصاص داده شده به ان همسایه می­فرستد.

فاز نگهداری مسیرها: هر چند وقت یکبار، یک داده به­صورت سیل­اسا محلی فرستاده می­شود تا از سالم بودن مسیرها اطمینان حاصل شود.

این پروتکل با پروتکل انتشارمستقیم در نحوه­ی پیداکردن مسیرها از ایستگاه پایه تا حسگرها مشترک است. در انتشارمستقیم از بین چند مسیر، تنها مسیری انتخاب می­شود که نرخ داده بیشتری بواسطه ان دریافت می­شود. اما در EARمسیر انتخابی بواسطه تابع احتمال برگزیده می­شود. نتایج شبیه­سازی­ها حاکی از ان است که EAR، 5/21% در مصرف انرژی و 44% در افزایش طول عمر شبکه نسبت به انتشارمستقیم بهتر عمل می­کند. از طرفی EARمثل انتشارمستقیم وقتی مسیر انتخاب شده به هر دلیلی از کار می­افتد، دچار مشکل نمی­شود زیرا علاوه بر مسیر اصلی مسیرهای دیگری را نیز در اختیار دارد

 

 

2-5 مسیریابی سلسله مراتبی

 

 

مسیریابی سلسله مراتبی یا مبتنی بر خوشه در ابتدا برای شبکه های سیم دار پیشنهاد شد که تکنیک-های معروفی دارد و مزایای اصلی ان مربوط به مقیاس پذیری و ارتباطات کارا هستند.همین طور مفهوم مسیریابی سلسله مراتبی برای انجام مسیریابی که به صورت کارامد از انرژی استفاده می کند در شبکه های سنسور بیسیم به کار می رود. در معماری سلسله مراتبی از گره های با انرژی بالاتر می توان برای پردازش و فرستادن سیگنال استفاده کرد. در حالی که گره های با انرژی پایینتر را می توان برای انجام عملیات حسگری در نزدیکی هدف به کار برد. این موضوع به این معنی است که ایجاد خوشه ها و تخصیص وظایف خاص به لیدرها(Cluster head یا سرخوشه) می تواند به طور مهمی روی مقیاس پذیری سیستم، طول عمر و کارایی انرژی تاثیر بگذارد. مسیریابی سلسله مراتبی با انجام تراکم داده و ترکیب داده ها برای کاهش تعداد پیام های منتقل شده به ایستگاه اصلی یک روش کارامد برای مصرف انرژی پایین تر در یک خوشه است .

مسیریابی سلسله مراتبی در اصل مسیریابی دولایه ای است که لایه اول برای انتخاب لیدر و لایه دیگر برای مسیریابی استفاده می شود. در این قسمت برخی پروتکل های مهم در این رابطه بیان شده است. البته برخی از پروتکل های این بخش برای انتخاب لیدر از توزیع احتمال تصادفی بین دیگر سنسورها استفاده می کنند؛ یعنی برنامه خاصی ندارند و برخی دیگر دارای روش ویژه ای برای انتخاب لیدر هستند

 

 

2-5-1 پروتکل

LEACH

 

در بین پروتکل­های ارتباطی ارائه شده پروتکل LEACHبه دلایل زیر از اهمیت ویژه­ای در نزد محققان برخوردار است:

اول اینکه خوشه­های شبکه به­صورت تصادفی، تطبیقیو خودپیکربندی شدهتشکیل می­شوند.

شرح این ویژگی­ها به­صورت زیر است :

 

 

تصادفی: به این معنی که در هر دور،تعداد مشخصی از گره­ها به صورت تصادفی خود را به عنوان سرخوشه انتخاب می­کنند و گره­های خاصی از قبل به عنوان سرخوشه در نظر گرفته نشده­است. مزیت این ویژگی سربار کم روش انتخاب سرخوشه است. این روش سریع­ترین روش انتخاب سرخوشه است.

 

 

تطبیقی: گره­هایی که در دور فعلی نقش سرخوشه را به عهده داشته­اند، در دور بعدی دیگر نمی­توانند برای بر عهده گرفتن این نقش کاندیدا شوند، بنابراین در هر دور، با توجه به دور قبلی کاندیداهای سرخوشه مشخص می­شوند. به این ترتیب انتظار می­رود که در پایان تعداد مشخصی از دورها، تمامی گره­ها سرپرست خوشه شوند.

 

 

خودپیکربندی شده­: گره­ها دراین پروتکل بدون کمک هر عامل خارجی و یا گره خاصی در شبکه، تشکیل خوشه می­دهند و این به مقیاس­پذیری این پروتکل کمک می­کند.

دومین اهمیت اینکه در LEACHانتقال اطلاعات از گره­های یک خوشه به سرخوشه و از سرخوشه­ها به ایستگاه sinkبا کنترل محلی انجام می­شود و نیازی به کمک یک عامل خارجی و یا گره خاصی در شبکه برای انتقال اطلاعات نیست.

سوم اینکه پروتکل MACاستفاده شده درLEACHبا استراحت دادن به گره­ها در انرژی مصرفی صرفه­جویی می­کند.

همان­طور که قبلا گفته شد، LEACHاز روش ترکیب داده­های هر خوشه و ارسال داده­ی فشرده شده به ایستگاه پایه استفاده می­کند. بدین ترتیب هم تعداد ارسال و دریافت­ها در شبکه کاهش می­یابد و هم داده­های زاید که به علت نردیکی سنسورهای یک خوشه به یکدیگر ایجاد می­شوند، پیش از ارسال به sinkحذف می­گردند. نوع ترکیب داده­ها در LEACHثابت نیست و بستگی به کاربرد شبکه سنسور بیسیم دارد. هدف این پروتکل ایجاد توازن در مصرف انرژی در گره­ها است. گزینه­های کلاسیک مانند DT وMTE تعادل انرژی بین گره­ها را تضمین نمی­کنند. در DTچون گره­ها مستقیماً داده را به sinkارسال می­کنند انرژی گره­های دورتر، زودتر تخلیه می­شود و در نتیجه زودتر می­میرند. در MTEداده از کم هزینه­ترین مسیر هدایت می­شود. در جایی که معیار هزینه مصرف توان است، چون گره­های نزدیک به sinkعمل انتقال داده­های گره­های دورتر را نیز انجام می­دهند، در نتیجه زودتر می­میرند. پس بخش زیادی از محیط در مدت زمان زیادی از عمر شبکه قابل نظارت نخواهد بود. یک راه­حل استفاده از پروتکل LEACH است که مصرف انرژی را با خوشه­بندی و انتخاب پویای خوشه­ها توزیع می­کند، بدین ترتیب که سنسورها به ناحیه­هایی تقسیم می­شوند که هر ناحیه دارای یک سرخوشه است و پس از اتفاق یک رویداد سنسورهای هر ناحیه، اطلاعات خود را به سرخوشه ارسال می­کنند و سرخوشه این اطلاعات را مستقیم به sinkمی­رساند (شکل2-3).

 

 

06522153754920476383.png

شکل 2-3

خوشه­ بندی در شبکه ­های بیسیم

 

 

الگوریتم LEACHبه انتخاب شدن سرخوشه­ها به صورت تصادفی و با یک احتمال ثابت تاکید دارد. (تمام گره­ها از احتمالی یکسان برای سرخوشه شدن برخوردارند.) گره­ها همگن فرض می­شوند (گره­ها دارای انرژی اولیه یکسانی هستند). در این الگوریتم سنسورها به­صورت تصادفی در یک ناحیه توزیع می­شوند. سنسورها ثابت در نظر گرفته می­شوند. انها در گروه­ها یا خوشه­هایی دسته­بندی می­شوند و هر گروه یک سردسته دارد، که هر ناحیه از طریق سرخوشه­اش با sinkکه در مرکز شبکه قرار دارد به­ صورت مستقیم ارتباط برقرار می­کند. به این ترتیب هم تعداد ارسال و دریافت­ها در شبکه کاهش می­یابد و هم داده­های زاید که به علت نزدیکی سنسورهای یک خوشه به یکدیگر تولید می­شوند حذف می­شوند. عملکرد پروتکل از دوره­هایی متشکل از چندین دور تشکیل شده است. احتمال بهینه سرخوشه شدن گره­ها برابر Popt است و ثابت در نظر گرفته می­شود. تعداد بهینه خوشه­ ها بر اساس توزیع مناسب بین تمام سنسورها و کمینه نمودن مصرف انرژی انتخاب می­شود. هر دوره از

10914858056871293945.pngدور تشکیل شده­ است. در صورتی که گره در دور فعلی سرخوشه شود تا انتهای دوره دیگر سرخوشه نخواهد شد. گره برای سرخوشه شدن یک عدد تصادفی در بازه [0,1] انتخاب و عدد تصادفی موردنظر را با حد استانه مقایسه می­کند. در صورتی که عدد انتخابی کوچک­تر از حد استانه باشد گره در دور فعلی سرخوشه می­شود. اگر سنسور در این دور سرخوشه نشود احتمال سرخوشه شدن خود را افزایش می­دهد و این کار را تا زمانی ادامه می­دهد که در دور اخر این احتمال به 1 برسد . به این معنی که اگر گره تا دور اخر سرخوشه نشده باشد، حتما در دور اخر سرخوشه خواهد شد. گره­هایی که هنوز در دوره فعلی سرخوشه نشده­ اند متعلق به مجموعه Gهستند ودر هر دور احتمال سرخوشه شدن انها افزایش می­یابد.(رابطه2-3)

 

 

03161350059682291890.png

(۳-۲)

در این رابطه rمشخص کننده دور فعلی است و مقدار اولیه ان صفر است. انتخاب این رابطه در پروتکلLEACHبه صورتی بوده که گره­هایی که اخیرا سرخوشه نبوده­اند در دور فعلی سرخوشه شوند؛ زیرا می­توان انتظار داشت که این گره­ها نسبت به گره­هایی که اخیرا وظیفه سرخوشه بودن را ( که انرژی زیادی مصرف می­کند) بر عهده داشته­ اند، انرژی بیشتری دارند. می­توان انتظار داشت که در هر دور N/Kopt هر گره به طور متوسط یک بار سرخوشه شود. وقتی یک گره سرخوشه می­شود، احتمال سرخوشه شدن سنسور تا دوره بعدی صفر شده و احتمال گره­هایی که در دور فعلی سرخوشه نشده­اند افزایش می­یابد.

 

 

40704546007963549067.png(2-4)

LEACHدارای چهار مرحله عملیاتی پیشنهاد، تشکیل گروه، ایجاد زمانبندی و انتقال داده است، در مرحله پیشنهاد سرخوشه با یک پیام خود را به گره­های دیگر معرفی می­نماید. سنسورها از این پیشنهادها، نزدیک­ترین سرخوشه را انتخاب نموده و درخواست عضویت را برای ان ارسال می­کنند. گره سرخوشه یک زمانبندی برای اعضا ایجاد و ان­را به سنسورهای عضو ارسال می­کند. گره­ها در زمانبندی اعلام شده داده­های خود را به سرخوشه ارسال می­کنند و سرخوشه با جمع­اوری و ترکیب داده­ها ان را به sinkارسال می­کند. مصرف انرژی گره­های سرخوشه به دلیل جمع­اوری اطلاعات گروه­های عضو، ترکیب و ارسال داده ترکیب شده به sinkکه در فاصله دورتری قرار دارد بیشتر از گره­های عضو است. با انتخاب تصادفی سرخوشه و در نتیجه چرخش نقش سرخوشه بین گره­ها، مصرف انرژی بین انها به خوبی توزیع می­شود.

مهمترین کاربر LEACHاین است که برای جمع­اوری داده­ها استفاده می­شود و با توجه به اینکه، به جدول مسیریابی سنگین نیازی ندارد دارای سربار پایینی است و یکی از پروتکل­های موفق در نوع خود است. مزیت ناهمگن بودن گره­ها (وجود سنسورهایی با انرژی بیشتر) کاهش هزینه توسعه سیستم است؛ زیرا می­توان همین عمل را با افزایش تعداد گره­های همگن در ابتدای کار انجام داد ولی با توجه به این نکته که هزینه افزودن گره جدید به­جای قرار دادن باتری اضافه روی بعضی از سنسورها ده برابر بیشتر است، پس ناهمگن بودن گره­ها و استفاده مطلوب از ان می­تواند هزینه را به­طور چشمگیری کاهش دهد.

 

 

اشکالاتی که بر پروتکل LEACHوارد است نیز عبارتند از :

 

 

هر سنسور در این الگوریتم با تولید یک عدد تصادفی تصمیم می­گیرد که سرخوشه باشد یا نباشد. با توجه به انتخاب تصادفی سرخوشه­ها این احتمال وجود دارد که در برخی از زمان­ها قسمتی از شبکه سرخوشه نداشته باشد و در قسمت دیگری چگالی سرخوشه­ها زیاد باشد. در مجموع هیچ قاعده منطقی بر پایه تغییرات توپولوژیکی و انرژی باقیمانده سنسورها وجود ندارد که بر انتخاب شدن گره­ها به عنوان سرخوشه تاثیر می­گذارد. LEACHتوانسته تنها به نحوی انتخاب سرخوشه را در شبکه میسر سازد. پروتکل­های کلاسیک (همچنین پروتکل LEACH) فرض را بریکسان بودن انرژی گره­ها گذاشته و در نتیجه در صورت ناهمگنی گره­ها از نظر انرژی، مزایای کامل خود را ارائه نمی­کنند. ناهمگنی گره­ها دلایل زیادی دارد که می­توان به تنظیم اولیه متفاوت، عملکرد شبکه یا افزودن گره­های جدید به سنسورهای قبلی اشاره نمود. در صورتی که گره­ها ناهمگن باشند پروتکل به درستی عملیات مطلوب خود را انجام نمی­دهد و به ویژه از زمان مرگ اولین گره، عملکرد شبکه ناپایدار خواهد شد.

LEACHفرض می­کند که همه گره­ها می­توانند با توان کافی برای رسیدن به ایستگاه اصلی درصورت نیاز، انتقال داشته باشند و اینکه هر گره توان محاسباتی برای حمایت پروتکل­های مختلف MACدارد. بنابراین گسترش شبکه به نحوی بزرگ قابل اجرا نیست. همچنین فرض می­کند که گره­ها داده برای ارسال دارند و گره­هایی که نزدیک به هم هستند داده وابسته به هم دارند. معلوم نیست چطور تعداد لیدر از پیش تعیین شده به­صورت یکنواخت در شبکه توزیع می­شود. بنابراین این امکان وجود دارد که لیدرهای انتخاب شده در یک بخش از شبکه متمرکز شود. بعضی گره­ها ممکن است هیچ لیدری در مجاورت خود نداشته باشند. به­علاوه، برای رفع این مشکل فکر خوشه­بندی پویا سربار ایجاد می­کند.

لینک ارسال

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...