بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه در شبکه حسگر بیسیم با متلب

پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه در شبکه WSN با متلب

در این پست پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه (SFLA) در شبکه WSN با نرم افزار متلب را آماده کردیم که در ادامه به معرفی شبکه حسگر بیسیم، الگوريتم جهش قورباغه، پروتکل LEACH و پروژه حاضر پرداخته و فیلم و تصاویری از خروجی این پروژه شبکه قرار داده شده است. همچنین فیلم اجرایی پروژه به صورت آنلاین نیز در ادامه صفحه قابل مشاهده است.

شبکه های حسگر بیسیم (WSN):

شبکه های حسگر بیسیم از تعداد زیادی گره حسگر با انرژی محدود تشکیل شده اند که در یک منطقه جغرافیایی محدود پراکنده شده اند. مهمترین مسئله در شبکه های حسگر بی سیم افزایش طول عمر شبکه می باشد. فاصله های طولانی بین گره ها و نیاز به برقراری ارتباط بین گره ها باعث کاهش طول عمر شبکه های حسگر بیسیم می شود. پژوهش های قبل نشان می دهد که مسیریابی بهینه و سازماندهی گره های شبکه در گروه هایی که اصطلاحا خوشه نامیده می شود، می تواند منجر به کاهش مصرف انرژی از سوی گره ها و در نتیجه به افزایش طول عمر شبکه منتهی می شود.

الگوریتم جهش قورباغه (SFLA):

الگوریتم جهش قورباغه (Shuffled Frog Leaping Algorithm – SFLA)، یکی از الگوریتم های بهینه سازی فرا ابتکاری می باشد که الهام گرفته از رفتار اجتماعی قورباغه ها می باشد. الگوریتم SFLA از نظر طبقه بندی، در میان الگوریتم های رفتاری یا الگوریتم های ممتیک قرار گرفته است. این الگوریتم سریع می باشد و از قابلیت جستجوی سراسری بسیار خوبی برخوردار است.

توضیحات بیشتر، فیلم و تصاویری از خروجی پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه (SFLA) در ادامه مطلب.

معرفی پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه (SFLA):

در این پروژه شبکه حسگر بیسیم، با استفاده از الگوریتم جهش قورباغه (SFLA) نحوه مسیریابی گره ها، تعداد و محل سرخوشه ها را بطور بهینه تعیین می کنیم. معیار اصلی در استفاده از این الگوریتم حداقل کردن مصرف انرژی گره های شبکه در طی هر دوره عملیات ارسال داده خواهد بود که باعث تعادل در مصرف انرژی سرخوشه ها و در نتیجه طولانی تر شدن عمر شبکه می شود.

متغیر های مورد بررسی در پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه:

متغیر های مورد بررسی از قبیل سایز شبکه، تعداد گره، انرژی اولیه، میزان انرژی گره ها در واحد زمان، تعداد گره های زنده در واحد زمان، میزان توزیع سرخوشه ها، میزان مصرف انرژی گره ها در واحد طول عمر هر گره و … می باشد.

اصلی ترین مسئله در طراحی شبکه های حسگر بی سیم:

در طراحی شبکه های حسگر بی سیم مسئله اصلی، محدود بودن منابع انرژی سنسورها می باشد. از طرفی بخاطر تعداد زیاد سنسور های موجود در شبکه و همین طور عدم دسترسی به آنها امکان تعویض باتری و یا شارژ باتری سنسورها وجود ندارد. به همین دلیل ارائه روش هایی نوین جهت مصرف بهینه انرژی باعث افزایش قابل توجه عمر شبکه می شود.

تعیین بهینه تعداد و محل سرخوشه ها:

در اینجا با استفاده از الگوریتم جهش قورباغه، تعداد و محل سرخوشه ها را بطور بهینه تعیین می کنیم. معیار آن براساس حداقل انرژی مصرف شده گره های شبکه در طی هر دوره عملیات ارسال داده خواهد بود که منجر به ایجاد تعادل در مصرف انرژِی سر خوشه ها و در نتیجه طولانی تر شدن عمر شبکه می شود.

پروتکل های سلسله مراتبی مبتنی بر خوشه بندی:

روش دیگر مورد بررسی، استفاده از پروتکل های سلسله مراتبی (مبتنی بر خوشه بندی) است که به طور قابل توجهی انرژی مصرفی شبکه را کاهش می دهد. در این پروتکل ها کل شبکه به چندین خوشه تقسیم می شود که وظیفه هر خوشه جمع آوری اطلاعات از گره های آن خوشه و محدود شدن ارتباطات میان خوشه از طریق سرخوشه ها می باشد و همین موضوع باعث کاهش ارتباطات میان تمام گره ها می باشد.

پروتکل LEACH:

پروتکل LEACH که مخفف شده از کلمه Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy می باشد و یکی از پروتکل های مطرح خوشه بندی است، در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است. در این پروژه قرار است روشی مورد بررسی قرار گیرد که در آن از ادغام پروتکل LEACH با الگوریتم جهش قورباغه برای خوشه بندی گره ها استفاده می شود، یعنی تعداد خوشه ها و سر خوشه ها و همچنین موقعیت آنها توسط الگوریتم جهش قورباغه مشخص خواهد شد.

تصویر خروجی پروژه بهبود پروتکل LEACH با الگوريتم جهش قورباغه:

خروجی اول در زیر آمده است و خروجی دوم که اصلی می باشد در بالای توضیحات قابل مشاهده است.