ترجمه مقاله گسترش طول عمر شبکه های حسگر بیسیم بوسیله الگوریتم مسیریابی ترکیبی

ترجمه مقاله گسترش طول عمر شبکه های حسگر بیسیم بوسیله الگوریتم مسیریابی ترکیبی

Extending the lifetime of wireless sensor networks: A hybrid routing algorithm

چکیده:

مسیریابی آگاه از انرژی در شبکه های حسگر بیسیم به روی مشکل اساسی افزایش طول عمر شبکه تمرکز دارد چرا که انرژی این نوع شبکه ها توسط باتری های کم ظرفیت تامین می شوند. با این حال بسیاری از کارهایی که انجام شده در حل مشکل حفره ناموفق بوده اند، مشکل از اینجا ناشی می شود که گره های نزدیک به سینک به دلیل کار بیش از حد خیلی زود از کار می افتند. در این مقاله یک رویکرد ترکیبی برای رسیدگی به این موضوع پیشنهاد شده که ترکیبی از دو استراتژی مسیریابی است، مسیریابی تخت چند پرشه و مسیریابی سلسله مراتبی چند پرشه. هدف اولیه به حداقل رساندن مصرف انرژی در شبکه است و تلاش های اخیر برای کاهش میزان ترافیک برای فشرده سازی داده هاست. آنالیز ریاضی مصرف انرژی در الگوریتم پیشنهادی از طریق شبیه سازی های گسترده نشان داده شده است. که این طرح پیشنهادی قادر به افزایش طول عمرشبکه با کاهش مشکل حفره خواهد بود.

شبیه سازی این مقاله در NS2 با کد محصول 16780 در سایت موجود است.

مقدمه:

در سال های اخیر توسعه سریع تکنولوژی ارتباطات بیسیم و دستگاه های حسگر کوچک و کم هزینه توسعه شبکه های حسگر بیسیم را تسریع می بخشند. WSN یک گروه از سنسورهای کوچک و با قابلیت انتقال هستند که به تعداد زیادی در منطقه مورد نظر پخش شده اند. شبکه های حسگر بیسیم در کاربرد های زیادی مثل زلزله و پیش بینی آب و هوا، نظارت و ردیابی هدف، کشاورزی، نظارت بر رفتار دشمن و موقعیت جغرافیایی، نظارت بر آتش سوزی جنگل ها و … استفاده می شود.

ساختار کلی یک شبکه حسگر بیسیم تشکیل شده از گره های حسگر و یک گره سینک. گره های حسگر داده های مورد نیاز را از محیط اطراف خود جمع آوری می کنند و به سینک انتقال می دهند. علاوه بر این گره های حسگر به عنوان زیر ساخت شبکه نیز هستند و به عنوان روتر عمل می کنند و داده هایی را بین خودشان رد و بدل می نمایند. سنسور ها دارای محدودیت های قابل توجهی هم هستند یکی از مهمترین این محدودیت ها ظرفیت پایین باتری این سنسور ها است که با وجود این محدودیت، استفاده کارامد از انرژی این سنسور ها بسیار ضروری می باشد.

سنسور ها با بهره گیری از انرژی باتری عملیات جمع آوری داده، سنجش داده و ارتباطاتشان را انجام می دهند و با به پایان رسیدن انرژی باتری عملکرد این سنسورها به طور کامل متوقف می شود. این مسئله منجر به از دست دادن بخشی از شبکه خواهد شد، همچنین در بیشتر کاربردها تعویض باتری به علت گسترده بودن منطقه مورد ارزیابی و در برخی موارد نا امن بودن منطقه غیر ممکن است.

به عنوان نمونه در کاربرد های نظامی و یا کاربردهایی که نظارت در زیر آب انجام می شود تعویض باتری امکان ناپذیر است. این مسائل تحقیقات زیادی را در زمینه به حداکثر رساندن طول عمر شبکه در پی داشته است.

این گزارش نیز هدف افزایش طول عمر شبکه های حسگر بیسیم را با بررسی یک الگوریتم مسیریابی بهتر، به دنبال دارد. مهمترین و اولین مشکلی که عمر شبکه را کاهش می دهد مشکل حفره است، از آنجایی که از طریق ارتباطات چند پرشه داده ها در میان سنسور ها هدایت می شوند تا به مقصد که سینک است برسند بنابراین سنسورهای نزدیک به سینک کار بیشتری را نسبت به بقیه انجام می دهند و عمرشان زودتر به پایان خواهد رسید. که این مسئله جدا شدن سینک از بقیه شبکه را در پی خواهد داشت. این مسئله مشکل حفره نامیده می شود.

مشکل حفره در شرایط مختلف قدری متفاوت است، این تفاوت به متحرك بودن یا نبودن سنسور ها وابسته است، اگر نود سینک متحرك باشد می تواند در اطراف محدوده سنجش حرکت کند و به جمع آوری داده ها از سنسور ها بپردازد که این موضوع موجب تعادل در مصرف انرژی شبکه خواهد شد. سنسورها می توانند داده ها را به صورت دوره ای انتقال دهند یا اینکه داده ها را ذخیره کنند و با تاخیر انتقال دهند تا جابجایی بین سنسور ها و نود سینک به حداقل برسد و مصرف انرژی هنگام انتقال داده ها کاهش پیدا کند.

هنگامی که سنسور نودها متحرك هستند، نودها می توانند موقعیت خود را برای کمک به تعادل در مصرف انرژی در مناطقی که دارای بار داده ای بیشتر است یا پارتیشن شبکه رو به کاهش می باشد تنظیم کنند. ضمنا بکارگیری سینک و سنسور های متحرك هزینه های گسترش شبکه حسگر بیسیم را افزایش می دهند. علاوه بر این در برخی کاربرد ها بحث تحرك غیر عملی است. هدف از این گزارش به چالش کشیدن سینک و سنسورهای بی حرکت است. در ادامه الگوریتم های مسیریابی چند پرشه برای شبکه های حسگر بیسیم معرفی و بررسی خواهند شد، مشکل حفره تشریح می شود (در مقاله).

همچنین روشی جدید برای حل مشکل حفره ارائه می شود که تجزیه تحلیل مصرف انرژی را هم همراه دارد. سپس عملکرد این روش ارزیابی می شود و در پایان نیز نتیجه گیری مطرح خواهد شد.