خوشه بندی مبتنی بر پروتکل چند مسیره برای شبکه های حسگر بی سیم Cluster based Multipath Routing Protocol for Wireless Sensor Networks
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : ACM
- چاپ و سال / کشور: 2015
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی برق، فناوری اطلاعات و کامپیوتر، شبکه های مخابراتی، شبکه های کامپیوتری، مهندسی الکترونیک، سامانه های شبکه ای، هوش مصنوعی و برق مخابرات
شبکه های حسگر بی سیم از گره های حسگر با قدرت کم تشکیل شده است. انرژی , محدودیت اصلی گره های حسگر است. در این مقاله هدف ارائه پروتکلی چند مسیره مبتنی بر کلاستر است که از خوشه بندی و چند مسیره برای کاهش انرژی مصرفی و افزایش امنیت استفاده می کند.ایده اصلی برای کاهش بار گرههای حسگر ,دادن مسئولیت بیشتر به ایستگاه پایه است. معرفی شبکه حسگر از گره هایی با قدرت و هزینه کم تشکیل شده است.گره ها محیط را حس می کنند و داده هایی برای فشار,حرکت, آتش سوزی, رطوبت و غیره تولید می کنند.گره های حسگر داده ها را به ایستگاه پایه از طریق گرههای میانی میفرستند.با محدودیت انرژی در این شبکه ها, شبکه حسگر به پروتکل مسیریابی با انرژی کارامد برای انتقال داده ها نیاز دارد.داده ها باید از طریق یک مسیر مطمئن به ایستگاه پایه برسند.یک مسیر مطمئن انتقال مجدد داده ها را کاهش می دهد که می تواند ازدحام و انرژی مصرفی را کاهش دهد. در این مقاله هدف ارائه پروتکل CMRP است که نیازمندی های مذکور را براورده می سازد.روش خوشه بندی ترافیک داده ها در شبکه را کاهش می دهد. استفاده از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها امنیت را افزایش می دهد.اگر مسیر بین سینک و گره حسگر خراب شد, گره مبدا می تواند از بین مسیرهای در دسترس مسیر دیگری را انتخاب کند.روش خوشه بندی و چند مسیره امنیت و کارایی انرژی را افزایش می دهد. کارهای مرتبط Bagheriدر [۲] پروتکلی را ارئه داد که در آن گرهها توسط سیستم GPS فعال هستند.انتخاب سرکلاستر بر اساس انرژی باقی مانده گرههاست.مسیرهای چند مسیره از طریق سرکلاستر ساخته میشوند.اگر یک مسیر با شکست مواجه شود و خراب شود ,سر کلاستر مسیر دیگری را انتخاب می کند.Quang در [۹] یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره مبتنی بر رویداد را ارائه داد.هنگامی که یک رویداد تشخیص داده شدهمه گرههای نزدیک رویداد فعال می شوند.یکی از گرههای نزدیک رویداد که انرژی باقی مانده بیشتری دارد خودش را به عنوان سرکلاستر معرفی میکند و گرههای فعال به سر کلاستر میپیوندند و کلاستر شکل می گیرد.سرکلاستر گره تقویت کننده را انتخاب می کند و از آن در جهت سینک برای شکل گیری مسیرهای متعدد بکاپ می گیردMazaheri در [۷] هدفش یک پروتکل مسیریابی ترکیبی چند مسیره مبتنی بر کیفیت بود. در این روش از بین گرههایی که در محدودهr هستند ,سر کلاستر بر اساس انرژی باقی مانده و فاصله تا سینک انتخاب میشود.برای شکل گیری مسیرهای متعدد, سرکلاستر مجموعه ای از سرکلاسترها که در محدوده R هستند براساس انرژی باقیمانده,سایز بافر, فاصله تا سینک و نسبت سیگنال به نویز انتخاب می کنند.Jin در [۲۴] هدفش یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره غیر فعال بود.در این پروتکل گرههای نزدیک به رویداد به عنوان کاندیدهای سرکلاسترانتخاب میشوندو تا مدت زمانی منتظر می مانند اگر در این زمان مشخص هیچ آگهی از سرکلاسترهای دیگر دریافت نکنند خود به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و در محدود خود(R) آگهی مربوط به سرکلاستر بودنش را پخش می کند.گرههایی که در محدوده R/2 هستند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را شکل می دهند و بقیه گرهها در محدوده R به عنوان کاندید برای کلاستر شدن انتخاب میشوندو همان فرایند را برای شکل گیری خوشه دنبال می کنند و از روش انشعاب سیل آسا برای ایجاد مسیرهای متعدد بین لینک و گره مبدا استفاده می کنند.برای دفعه بعد اگر هیچ منبعی ,رویدادی را شناسایی نکردهمان مجموعه از خوشه ها استفاده میشوند و لی مجموعه جدید از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها نیاز است. در پروتکل های موجود در[۲و۹و۷و۴] سرباربسته های کنترلی بیشتر میشود که منجر به مصرف انرژی میشود که بر طول عمر شبکه تاثیر می گذارد.این پروتکل تاکید بیشتری بر قابلیت اطمینان از طریق مسیرهای چندگانه دارد اما تعدادی پارامترهای مربوط به کیفیت مانند تاخیر انتها به انتها ,سربار کنترلی و طول عمر شبکه را نادیده میگیرد. Zaman در [۱۲] پروتکلی پیشنهاد داد که در آن شبکه به چندین سطح تقسیم میشود در هر سطح یک سرکلاستر انتخاب میشود.سرکلاستر داده ها را از همان سطح جمع آوری می کند و آن را به کلاستر سطح پایین تر با استفاده از روش سیل آسا می دهد.Almalkawi در [۱] یک پروتکل ترکیبی ارائه داد که در آن گرهها ناهمگن هستند و به طور تصادفی توسعه داده شده اند. سینک کلاسترهایی را تشکیل می دهد و با پخش بسته های کنترلی مبتنی بر قدرت دریافت سیگنال کلاسترها را تشکیل می دهد و گرههایی که انرژی بیشتری دارند به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند.سرکلاستر ها در سطح های مختلف طبقه بندی میشود.گرهها داده ها را ازطریق لایه های بالاتر به سرکلاستر تحویل میدهند.برای شکل گیری کلاستر ایستگاه پایه به طور تصادفی تعداد خاصی از سرکلاستر های کاندید با احتمال اعتمادشان را انتخاب می کند .سرکلاسترها وضعیت نقض یکدیگر را چک میکنند.هنگامی که گرهی معیوب تشخیص داده شد آن گره را از شبکه حذف میکند.در میان کاندیدها ,سرکلاستری که انرژی باقیمانده بیشتری داردبه عنوان سرکلاستر انتخاب میشوندو گرههایی که سرکلاسترنیستند به نزدیکترین سرکلاستر متصل میشوند و کلاستر را ایجاد میکنند.برای ایجاد مسیرهای متعدد یک سرکلاستر,سرکلاستری را درمحدوده ۲R که کوتاهترین فاصله تا سینک را داشته باشد انتخاب میکند. Wang در [۱۰] یک پروتکل مسیریابی ترکیبی پیشنهاد داد.هر گره یک شمارش گام (هاپ) دارد که فاصله تا سینک را نشان میدهد. بر اساس تعداد گام ها هر گره , گره والد و چندین گره والد جایگزین را برای ساخت مسیرهای متعدد انتخاب میکند.شبکه به صورت یک درخت است و گره سینک به عنوان گره ریشه در نظر گرفته میشود. با استفاده از ساختار ترکیبی , این روش مقدار ترافیک داده ها انری مصرفی را کاهش میدهد. Yang در[۱۱] یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر رویداد را ارائه داد به این صورت که گرههای نزدیک رویداد به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و گرههایی که مقدار آستانه را براورده کنند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را تشکیل می دهند و از الگوریتم مورچه برای ایجاد مسیرهای متعدد بین سرکلاستر و سینک استفاده میکنند.سرکلاستر به طور پویا مسیری را برای انتقال داده های جمع آوری شده به سینک انتخاب می کند. پروتکلهای[۱و۷و۶و۱۱و۱۰] از هیچ تعادل باری بین گرهها استفاده نمی کنند که بر پایه سوء مدیریت در شبکه است و توان عملیاتی را کاهش میدهد.
شبکه های حسگر بی سیم از گره های حسگر با قدرت کم تشکیل شده است. انرژی , محدودیت اصلی گره های حسگر است. در این مقاله هدف ارائه پروتکلی چند مسیره مبتنی بر کلاستر است که از خوشه بندی و چند مسیره برای کاهش انرژی مصرفی و افزایش امنیت استفاده می کند.ایده اصلی برای کاهش بار گرههای حسگر ,دادن مسئولیت بیشتر به ایستگاه پایه است. معرفی شبکه حسگر از گره هایی با قدرت و هزینه کم تشکیل شده است.گره ها محیط را حس می کنند و داده هایی برای فشار,حرکت, آتش سوزی, رطوبت و غیره تولید می کنند.گره های حسگر داده ها را به ایستگاه پایه از طریق گرههای میانی میفرستند.با محدودیت انرژی در این شبکه ها, شبکه حسگر به پروتکل مسیریابی با انرژی کارامد برای انتقال داده ها نیاز دارد.داده ها باید از طریق یک مسیر مطمئن به ایستگاه پایه برسند.یک مسیر مطمئن انتقال مجدد داده ها را کاهش می دهد که می تواند ازدحام و انرژی مصرفی را کاهش دهد. در این مقاله هدف ارائه پروتکل CMRP است که نیازمندی های مذکور را براورده می سازد.روش خوشه بندی ترافیک داده ها در شبکه را کاهش می دهد. استفاده از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها امنیت را افزایش می دهد.اگر مسیر بین سینک و گره حسگر خراب شد, گره مبدا می تواند از بین مسیرهای در دسترس مسیر دیگری را انتخاب کند.روش خوشه بندی و چند مسیره امنیت و کارایی انرژی را افزایش می دهد. کارهای مرتبط Bagheriدر [۲] پروتکلی را ارئه داد که در آن گرهها توسط سیستم GPS فعال هستند.انتخاب سرکلاستر بر اساس انرژی باقی مانده گرههاست.مسیرهای چند مسیره از طریق سرکلاستر ساخته میشوند.اگر یک مسیر با شکست مواجه شود و خراب شود ,سر کلاستر مسیر دیگری را انتخاب می کند.Quang در [۹] یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره مبتنی بر رویداد را ارائه داد.هنگامی که یک رویداد تشخیص داده شدهمه گرههای نزدیک رویداد فعال می شوند.یکی از گرههای نزدیک رویداد که انرژی باقی مانده بیشتری دارد خودش را به عنوان سرکلاستر معرفی میکند و گرههای فعال به سر کلاستر میپیوندند و کلاستر شکل می گیرد.سرکلاستر گره تقویت کننده را انتخاب می کند و از آن در جهت سینک برای شکل گیری مسیرهای متعدد بکاپ می گیردMazaheri در [۷] هدفش یک پروتکل مسیریابی ترکیبی چند مسیره مبتنی بر کیفیت بود. در این روش از بین گرههایی که در محدودهr هستند ,سر کلاستر بر اساس انرژی باقی مانده و فاصله تا سینک انتخاب میشود.برای شکل گیری مسیرهای متعدد, سرکلاستر مجموعه ای از سرکلاسترها که در محدوده R هستند براساس انرژی باقیمانده,سایز بافر, فاصله تا سینک و نسبت سیگنال به نویز انتخاب می کنند.Jin در [۲۴] هدفش یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره غیر فعال بود.در این پروتکل گرههای نزدیک به رویداد به عنوان کاندیدهای سرکلاسترانتخاب میشوندو تا مدت زمانی منتظر می مانند اگر در این زمان مشخص هیچ آگهی از سرکلاسترهای دیگر دریافت نکنند خود به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و در محدود خود(R) آگهی مربوط به سرکلاستر بودنش را پخش می کند.گرههایی که در محدوده R/2 هستند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را شکل می دهند و بقیه گرهها در محدوده R به عنوان کاندید برای کلاستر شدن انتخاب میشوندو همان فرایند را برای شکل گیری خوشه دنبال می کنند و از روش انشعاب سیل آسا برای ایجاد مسیرهای متعدد بین لینک و گره مبدا استفاده می کنند.برای دفعه بعد اگر هیچ منبعی ,رویدادی را شناسایی نکردهمان مجموعه از خوشه ها استفاده میشوند و لی مجموعه جدید از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها نیاز است. در پروتکل های موجود در[۲و۹و۷و۴] سرباربسته های کنترلی بیشتر میشود که منجر به مصرف انرژی میشود که بر طول عمر شبکه تاثیر می گذارد.این پروتکل تاکید بیشتری بر قابلیت اطمینان از طریق مسیرهای چندگانه دارد اما تعدادی پارامترهای مربوط به کیفیت مانند تاخیر انتها به انتها ,سربار کنترلی و طول عمر شبکه را نادیده میگیرد. Zaman در [۱۲] پروتکلی پیشنهاد داد که در آن شبکه به چندین سطح تقسیم میشود در هر سطح یک سرکلاستر انتخاب میشود.سرکلاستر داده ها را از همان سطح جمع آوری می کند و آن را به کلاستر سطح پایین تر با استفاده از روش سیل آسا می دهد.Almalkawi در [۱] یک پروتکل ترکیبی ارائه داد که در آن گرهها ناهمگن هستند و به طور تصادفی توسعه داده شده اند. سینک کلاسترهایی را تشکیل می دهد و با پخش بسته های کنترلی مبتنی بر قدرت دریافت سیگنال کلاسترها را تشکیل می دهد و گرههایی که انرژی بیشتری دارند به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند.سرکلاستر ها در سطح های مختلف طبقه بندی میشود.گرهها داده ها را ازطریق لایه های بالاتر به سرکلاستر تحویل میدهند.برای شکل گیری کلاستر ایستگاه پایه به طور تصادفی تعداد خاصی از سرکلاستر های کاندید با احتمال اعتمادشان را انتخاب می کند .سرکلاسترها وضعیت نقض یکدیگر را چک میکنند.هنگامی که گرهی معیوب تشخیص داده شد آن گره را از شبکه حذف میکند.در میان کاندیدها ,سرکلاستری که انرژی باقیمانده بیشتری داردبه عنوان سرکلاستر انتخاب میشوندو گرههایی که سرکلاسترنیستند به نزدیکترین سرکلاستر متصل میشوند و کلاستر را ایجاد میکنند.برای ایجاد مسیرهای متعدد یک سرکلاستر,سرکلاستری را درمحدوده ۲R که کوتاهترین فاصله تا سینک را داشته باشد انتخاب میکند. Wang در [۱۰] یک پروتکل مسیریابی ترکیبی پیشنهاد داد.هر گره یک شمارش گام (هاپ) دارد که فاصله تا سینک را نشان میدهد. بر اساس تعداد گام ها هر گره , گره والد و چندین گره والد جایگزین را برای ساخت مسیرهای متعدد انتخاب میکند.شبکه به صورت یک درخت است و گره سینک به عنوان گره ریشه در نظر گرفته میشود. با استفاده از ساختار ترکیبی , این روش مقدار ترافیک داده ها انری مصرفی را کاهش میدهد. Yang در[۱۱] یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر رویداد را ارائه داد به این صورت که گرههای نزدیک رویداد به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و گرههایی که مقدار آستانه را براورده کنند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را تشکیل می دهند و از الگوریتم مورچه برای ایجاد مسیرهای متعدد بین سرکلاستر و سینک استفاده میکنند.سرکلاستر به طور پویا مسیری را برای انتقال داده های جمع آوری شده به سینک انتخاب می کند. پروتکلهای[۱و۷و۶و۱۱و۱۰] از هیچ تعادل باری بین گرهها استفاده نمی کنند که بر پایه سوء مدیریت در شبکه است و توان عملیاتی را کاهش میدهد.
Description
Wireless Sensor Network (WSN) consists of low power sensor nodes. Energy is the main constraint associated with the sensor nodes. In this paper, we propose a cluster based multipath routing protocol, which uses the clustering and multipath techniques to reduce energy consumption and increase the reliability. The basic idea is to reduce the load of the sensor node by giving more responsibility to the base station (sink). We have implemented and compared the protocol with existing protocols and found that it is more energy-efficient and reliable.
