Loading...
مقاله بهینه سازی گره بحرانی در شبکه WSN با کلونی مورچه بهبود یافته
در این بخش مقاله بهینه سازی گره بحرانی در شبکه WSN با الگوریتم کلونی مورچه بهبود یافته (EAC) را با عنوان انگلیسی An Enhanced Ant Colony Based Approach to Optimize the Usage of Critical Node in Wireless Sensor Networks برای دانلود رایگان قرار داده ایم. در ادامه به چکیده ای از این مقاله پرداخته و جزئیات روش پیشنهادی مقاله را تشریح می کنیم. فایل PDF مقاله نیز به صورت رایگان قابل دانلود است.
محدودیت انرژی در شبکه های حسگر بی سیم
انرژی محدود و غیر قابل تجدید گره های حسگر به عنوان یک چالش بحرانی و مهم در شبکه های حسگر بی سیم (WSN) مطرح شده است. حجم کار گره ها ممکن است متفاوت باشد و بستگی به موقعیت و تحرک هر گره درگیر در شبکه دارد. در شبکه ها سیار، اطلاعات غیر قابل دسترس، بسته های از دست رفته و شکست پیوند، بر روی کارایی پروتکل تاثیر می گذارد. پروتکل نیاز به نظارت بر شبکه دارد که هدف آن تغییرات توپولوژیکی و حجم کار هر گره می باشد. در این مقاله به بررسی مشکل دسترسی به گره در شبکه و افزایش انتقال آن پرداخته ایم.
بهبود مصرف انرژی الگوریتم کلونی مورچه بهبود یافته
با توجه به تحرک گره ها که یک موضوع کلیدی و مهم است، یک روش بر پایه الگوریتم کلونی مورچه بهبود یافته (EAC) برای چنین گره هایی در شبکه های حسگر بی سیم سیار پیشنهاد می کنیم. این روش راه های مسیریابی را بهینه کرده و یک مسیر انتقال داده قابل اعتماد به منظور دستیابی به ارتباطات قابل اطمینان برای گره ها فراهم می کند. هدف اصلی ما این است که حداکثر طول عمر شبکه را در طول انتقال داده ها به صورت کارآمد حفظ کنیم.
ارزیابی ها
این مقاله برای پیاده سازی روش کار ما کمک می کند که در آن، عملکرد روش پیشنهادی با پروتکل مسیریابی AODV بر اساس نرخ تحویل بسته (Packet Delivery Ratio – PDR)، توان عملیاتی، تغییر تاخیر (Jitter)، تاخیر (Delay) و سطح انرژی (Energy Level) مقایسه می شود. پیاده سازی روش کار مقاله با نرم افزار NS2 با توجه به جدول پارامتر های موجود در مقاله انجام شده است.
تحلیل روش کار مقاله
در ادامه به بررسی جزئیات روش کار مقاله می پردازیم. مباحثی که در ادامه بیان می شود شامل روش پیشنهادی، کلونی مورچگان، گره ضعیف و درخواست پیوستگی می باشد.
روش پیشنهادی
روش پیشنهادی برای بهینه سازی خدمات سرویس شبکه های حسگر بی سیم (QoS in WSN) با طبقه بندی حالت های گره و بهینه سازی گره های کاندید (برای ارسال و دریافت داد) طراحی شده است که با این روش طول عمر شبکه افزایش یافته و کل تاخیر انتها به انتها و سربار کنترلی نیز کاهش می یابد. شبکه های بی سیم با دو یا چند گره تشکیل شده است که وظیفه آنها تبادل اطلاعات می باشد. در این نوع شبکه ها گره ها ممکن است بعنوان منبع، مقصد و گره های میانی باشند که در تبادلات شبکه ای شرکت می کنند، همچنین گره های مختلفی وجود دارد مانند گره انرژی بالا به عنوان گره فعال و گره ضعیف (حیاتی) در تبادل اطلاعات نقش مهم دارند. در حالت کلی می توان وضعیت گره ها را به شرح زیر بیان کرد:
در این روش پیشنهادی هنگامی که فرستنده ای، گیرنده روشن شود، یک گره از حالت خواب به حالت فعال سوییچ شود تا واجد شرایط برای ارسال، دریافت و عملیات بیکار باشد و همچنین هنگامی که گیرنده ای، فرستنده حالت را خاموش درآید، گره های بحرانی به طور کامل خاموش شده و به حالت خواب می رود. با توجه روش پیشنهدی مبنی بر افزایش کیفیت خدمات (کیفیت سرویس یا QoS) با استفاده از الگوریتم بهینه ساز کلونی مورچه (ACO) می باشد. تمرکز اصل این روش روی گره های بحرانی می باشد. گره ضعیف وظایفی مانند انتقال بحرانی و درخواست وابستگی را انجام می دهد که در بخش های زیر، کار پیشنهادی شرح داده شده است.
الگوریتم کلونی مورچگان (ACO)
الگوریتم کلونی مورچه تحت تاثیر ماهیت رفتار واقعی مورچه قرار می گیرد که از طریق همکاری متقابل با محیط زیست در صدد پیدا کردن غذا از سمت لانه به سمت غذا (در کوتاه ترین مسیر) می باشد که با تغییراتی مانند تغییرات ناگهانی موانع مسیر را تغییر داده تا سریع ترین مسیر را پیدا کند.
الگوریتم کلونی مورچه اعمال شده به روش پیشنهادی در سه مرحله زیر اجرا می شود:
شبکه انبوه
اساس روش پیشنهادی با استفاده از الگوریتم کلونی مورچه و پیروی از فرمون قبلی مورچه در همان مسیر می باشد. مقدار این فرومون از مورچه قبلی عبور کرده ذخیره شده است. در شبکه های بی سیم مانند این است، بسته های که به سمت جلو فرستاده شده اند (بسته های قبلی) در حافظه نهان در بازه زمانی خاص ذخیره می شوند. هنگامی که زمان منقضی می شود، فرومون فرو می ریزد و نیازی به یاد آوری مسیر قبلی نمی باشد بنابراین ترجیح داده می شود که شبکه های متراکم برای انتقال و بسته هایی که به ندرت ارائه شده اند را در نظر نگیرند.
این روش برای شبکه انبوه قابل استفاده می باشد چون گره دارای حداکثر ارتباط را به عنوان یک گره همسایه برای انجام انتقال بیشتر، انتخاب می کند. همچنین مقادیر فرومون ذخیره شده در حافظه نهان موقتی است و فقط برای بسته ها که از طریق همان گره عبور می کند معتبر می باشد در غیر این صورت پاک می شود. نا گفته نماند که گره های فعال کمتر اطلاعت فرمون رو جمع آوری می کنند، زیرا فرومون جمع آوری شده بدون استفاده از آن تبخیر می شوند.
گره ضعیف
در محیط شبکه های حسگر بی سیم (WSN)، یک بسته نمی تواند از طریق گره با انرژی کمتر به مقصد برسد در این حالت، ممکن است به دلیل تخلیه انرژی گره یا گرهی با انرژی کمتر انتقال بسته متوقف شود. اما درخواست مکرر از همان شناسه بسته باید اجازه عبور از طریق گره کمتر انرژی را داشته باشد. این گره به عنوان گره حیاتی شناخته می شود که تصمیم می گیرد بسته ها را به گره بعدی انتقال دهد. همچنین این گره براساس اولویت بسته ها برای آنها اهمیت گذاری شده که این اولویت در شناسایی بحرانی بودن درخواست مفید می باشد.
بنابراین گره ضعیف مسئول جمع آوری اطلاعات بحرانی است که هیچ پردازشی روی داده های بحرانی انجام نمی دهد. در عین حال، داده های بحرانی برای انتخاب مسیر جهت رسیدن به مقصد تلاش می کنند اما در مورد هیچ راه دیگری برای عبور تنها گره ضعیف اجازه انتقال را نمی دهد. سطح اولویت ممکن است بسته به اهمیت آن برای انتقال بسته باشد. سطوح اولویت فوری، بسیار مهم، اهمیت متوسط و کم اهمیت است.
گره ضعیف سطوح اولویتی که به گره ضعیف اختصاص داده می شود را محاسبه می کند تا تصمیم بگیرد که آیا وضعیت انرژی فعلی اجازه می دهد تا بسته داده های داده شده، اولویت داده شده را به جلو منتقل کند یا خیر. از این رو، گره های مسیر انتخاب شده انرژی را توسط بسته های داده های غیر فوری ذخیره می کنند. در چنین حالتی همیشه بهترین مسیر برای انتقال بسته های انتقالی در دسترس می باشد. با چنین کاری می توان مصرف انرژی کل شبکه را کاهش داد و کیفیت خدمات (طول عمر شبکه، کاهش تاخیر انتها به انتها، افزایش نرخ تحویل بسته) را بدست آورد.
درخواست پیوستگی
گره ضعیف درخواستی مبنی بر وابستگی به گره همسایه پر انرژی برای معامله بیشتر ارسال می کند. فقط در صورت پذیرش درخواست، گره ضعیف مورد نظر می تواند با گره پر انرژی بالا ارتباط برقرار کند. اما بسته های آینده را پردازش نمی کند. این فقط بسته را به جلو می فرستد و اجازه می دهد که این بسته ها با گره وابسته پردازش شود. گره ضعیف عملیات پخش اطلاعات در محیط توزیع شده را انجام می دهند و فقط تک پخشی را برای همسایه تک گامی خود انجام می دهند. در تک پخشی، لازم نیست منتظر پیام تایید (ACK) ماند اما در مورد تحویل بسته به مقصد باید منتظر تایید از طرف مقصد بود.
هیچ نظری ثبت نشده است