پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی- کارآمد در شبکه های حسگر بیسیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه سازی کلونی مورچه

مجله فناوری اطلاعات در طراحی مهندسی

مقاله 2، دوره 5، پاییز و زمستان - شماره پیاپی 52، بهمن 1393، صفحه 25-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

چکیده: شبکههای حسگر بیسیم بر مبنای همکاری و هماهنگی تعداد زیادی گره حسگر ایجاد شده است. از مهمترین مؤلفههای گره حسگر منبع تغذیه میباشد. منبع تغذیه، گره حسگر دارای توان پایین، محدود و معمولاً غیر قابل تجدید است. برای کاهش مصرف انرژی گرهها و افزایش مقیاسپذیری شبکه، میتوان از مکانیزم خوشهبندی نامساوی استفاده کرد. برای مقابله با سربار خوشهبندی، در این مقاله ما پروتکل EEMCA را معرفی میکنیم که از خوشهبندی مجدد گرهها در شبکه در هر دور جلوگیری میکند و سرخوشهها را در هر دور بنابر میزان انرژی گرههای داخل خوشه انتخاب میکند. در پروتکل EEMCA از روش بهینهسازی کلونی مورچه برای ایجاد مسیرهای چند پرشه و انرژی-کارآمد از سرخوشهها تا چاهک استفاده میشود. پروتکل EEMCA با دو پروتکل ACALEACH وEEUC مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیهسازیها نشان میدهد که پروتکل EEMCA در مقایسه با دو پروتکل دیگر از نظر انرژی بسیار کارآمدتر است و طول عمر شبکه را افزایش میدهد.

کلیدواژه‌ها

گره های حسگر؛ خوشه بندی؛ بهینه سازی کلونی مورچه؛ مسیریابی چند پرشه؛ طول عمر شبکه

اصل مقاله

1 -مقدمه پیشرفتهای اخیر در کوچکسازی، طراحی مدارهای کممصرف و تجهیزات ارتباطی بیسیم ساده و کممصرف و توسعه شرکتهای تولیدکننده منابع انرژی کوچک به همراه کاهش هزینههای تولید کارخانهای موجب ایجاد دیدگاه ١ فناوری جدیدی با نام شبکههای حسگر بیسیم گردید[1 .[همانند بسیاری دیگر از فناوریها، کار بر روی شبکههای حسگر از کارهای نظامی و دفاعی آغاز شد. کار بر روی شبکههای حسگر به طور جدی از سال 1980 و با پروژة شبکههای حسگر توزیع شده در آژانس پروژههای تحقیقات دفاعی پیشرفته آمریکا آغاز گردید. یکی از مزایای شبکههای حسگر بیسیم، قابلیت آنها برای عمل کردن در محیطهای خشن است که حضور انسان برای مانیتورینگ آن نقاط خطرناک، ناکارآمد و در بعضی اوقات غیرعملی میباشد. بنابراین پیشنهاد شده که حسگرها به صورت تصادفی در محل مورد نظر توسط یک هلیکوپتر به بیرون ریخته شوند و جمعاً یک ٢ شبکۀ اقتضایی را شکل دهند. برای پوشش دادن منطقۀ وسیع و همچنین به علت عمر کوتاه باتری حسگرها و احتمال خرابی گرهها در چیدمان، تعداد زیادی از حسگرها در کاربردهای شبکههای حسگر مورد استفاده قرار میگیرند. صدها یا هزاران گره حسگر در منطقۀ مورد نظر با فاصلهای کم از یکدیگر قرار میگیرند؛ بنابراین 1- Wireless Sensor Networks(WSNs) 2- Adhoc Network طراحی و عملکرد چنین شبکۀ بزرگی نیازمند معماری مقیاسپذیر و استراتژی مدیریتی خواهد بود[2 .[از حسگرها برای حس پارامترهایی نظیر دما، نور، لرزش، صدا، تابش، رطوبت و... استفاده میشود. مفهوم حسگرهای کوچک و ارتباطات بیسیم میان آن ها زمینههای کاربردی جدیدی را پیش رو قرار داده است. کاربردهای این شبکهها در دستههای نظامی، محیطی، بهداشتی و دیگر موارد تجاری تقسیمبندی میشود. دستههایی از جمله اکتشافات فضایی، پردازش شیمیایی و پیشبینی بلایای طبیعی نیز با توجه کمتری قابل بررسی میباشند. گره حسگر از چهار جزء اصلی تشکیل شدهاست. که شامل: حسگر، پردازش، فرستنده/گیرنده، و منبع تغذیه می باشد. واحد حسگر معمولاً از دو بخش تشکیل شدهاست: حسگر و مبدل آنالوگ به دیجیتال. از مهمترین واحدهای گره حسگر منبع تغذیه میباشد. منبع تغذیه به واسطه انرژی محدودی که دارد از نظر انرژی و توان محدود میباشد [1[ و [3 .[همچنین منبع تغذیه امکان دارد توسط واحد دیگری مانند سلول خورشیدی تقویت شود. به این دلیل که اکثر گرههای حسگر خارج از دسترس هستند طول عمر گره و شبکۀ وابسته به منابع انرژی گره حسگر میباشد. بنابراین، طراحی الگوریتمهای آگاه از انرژی برای افزایش طول عمر حسگرها فاکتوری مهم میباشد. الگوریتمهای مسیریابی در شبکههای بیسیم قدیمی سعی بر اجتناب از ازدحام، حفظ اتصال، بهبود کیفیت سرویس، تشخیص گرهها با سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 27 آدرسهای شبکه برای مبادلۀ دادهها و انتخاب بهترین مسیر تا مقصد داشتند. اما شبکههای حسگر بیسیم به دلیل خصوصیاتی که دارند، الگوریتمهای مسیریابی در این شبکهها با نیازمندیهایی همچون بهرهوری انرژی با کارایی بالا، سادگی، ارسال چندپرشه و ترکیب داده مواجه میشوند. با توجه به اینکه گرههای حسگر دارای انرژی، ظرفیتهای محاسباتی و حافظۀ محدودی میباشند، پروتکلها و الگوریتمهای شبکه باید حتیالامکان ساده باشند. شبکۀ حسگر عموماً با همبندی ستارهای سازماندهی میشود. ارتباطات بیسیم، ارتباط ساده و قابل انعطاف را بین دستگاهها، بدون تکیه بر هر ارتباط فیزیکی پیشنهاد میکنند[4 .[در سالهای اخیر، پیشرفت زیادی در انواع جدیدی از سیستمهای بیسیم انجام شده است. دو استاندارد 4.15.802 EEE و ZigBee دارای میزان هزینه، پیچیدگی و نرخ دادة پایینتری نسبت به استاندارهای دیگر انتقال بیسیم میباشند[5 .[ در این مقاله، پروتکل مسیریابی چند پرشه انرژی-کارآمد برای شبکههای حسگر بیسیم مبتنی بر خوشه، با استفاده از بهینهسازی کلونی مورچه ١ (EEMCA (پیشنهاد میشود. این پروتکل در ابتدا شبکه را به خوشههای نامساوی تقسیم، و برای هر خوشه، یک سرخوشه انتخاب میکند. هر سرخوشه قابلیت 1 . Energy-Efficient Multi-1- hop routing for Cluster-based wireless sensor networks using Ant colony optimization (EEMCA) تجمیع دادهها را دارد و دادههای افزونه را حذف میکند. بعد از عمل خوشهبندی، شبکه بهصورت یک گراف دیده میشود و میتوان از روش بهینه سازی کلونی مورچه برای ایجاد مسیرهای چند پرشه از هر سرخوشه تا مقصد استفاده گردد. با ایجاد مسیر و انتقال داده از هر گره تا چاهک، دور بعدی آغاز میگردد. در دورهای بعدی، برای موازنۀ بار بین گرهها، سرخوشهها مجدداً انتخاب میشوند. به همین منظور برای هر خوشه، سرخوشه را از گرههای داخل خوشه و بنا بر معیارهایی که در ادامه مطرح میگردند، انتخاب میکنیم. پروتکل پیشنهادی در مجموعۀ پروتکلهای سلسله مراتبی شبکههای حسگر بیسیم قرار میگیرد و میتواند در شبکههای حسگر با مقیاس بالا مورد استفاده قرار گیرد. در بخش دوم به بررسی برخی از پروتکلهای مسیریابی انرژی- کارآمد طراحی شده در شبکههای حسگر بیسیم میپردازیم. در بخش سوم مدل شبکه و انرژی رادیویی که برای بیان پروتکل پیشنهادی خود در نظر گرفتهایم را ارائه میکنیم. در بخش چهارم پروتکل پیشنهادی خود را بیان کرده، در بخش پنجم نتایج حاصل از شبیهسازیها را نشان میدهیم و در نهایت در بخش ششم به بیان نتیجهگیری میپردازیم. 2 -کارهای انجام شده پروتکلهای مسیریابی بسیار زیادی در شبکههای حسگر، طراحی و شبیهسازی شده است که تقریباً در تمامی این پروتکلها مسئلۀ مصرف انرژی گرهها به عنوان پارامتری بسیار با ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 28 اهمیت در نظر گرفته شده است. در این بخش به بررسی پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر خوشه و ١ روش بهینهسازی کلونی مورچه خواهیم پرداخت. هدف از این بررسی، شناخت خصوصیات هر کدام از این دو نوع پروتکل، استفاده نمودن از مزایای آنها و طراحی پروتکل پیشنهادی است. 2 -1 -پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر خوشه گروهبندی گرههای حسگر به خوشهها توسط کمیتههای تحقیق برای دستیابی به هدف مقیاسپذیری شبکه مورد مطالعه قرار گرفته است. هر خوشه باید یک رهبر داشته باشد که ٢ اغلب به آن سرخوشه گفته میشود. سرخوشه ممکن است حسگر یا گرهای باشد که از نظر منبع غنیتر است. سرخوشه میتواند استراتژیهای مدیریتی بهینه شده را برای تقویت عملکرد شبکه و افزایش طول عمر باتری حسگر منفرد و در نهایت افزایش طول عمر شبکه را پیادهسازی کند. سرخوشه میتواند دادههای جمعآوری شده توسط حسگرها را در خوشهاش تجمیع نماید و در نتیجه، شمار بستههای هدایت شده را کاهش دهد. خوشهبندی استاتیک برای شبکههای حسگر بهینه نمیباشد. بنابراین معمولاً به منظور توزیع ٣ بار بین گرهها، سرخوشهها در هر دور عوض میشوند. محدودة ارتباطی حسگر معمولاً محدود شده است و ممکن است سرخوشه نتواند دادهها 1-Ant Colony Optimization(ACO) 2- Cluster Head(CH) 3- Round را به مقصد برساند. حتی اگر گرهای بتواند با چاهک به طور مستقیم ارتباط برقرار کند، روش دنبال کردن مسیرهای چندپرشه بهتر خواهد بود[2.[ LEACH ،پروتکل مسیریابی مبتنی بر خوشه میباشد و از چرخش تصادفی سرخوشهها به منظور توزیع بار انرژی بین حسگرها در شبکه استفاده میکند. در این پروتکل احتمال اینکه هر گره بهعنوان سرخوشه انتخاب شود، مساوی است و سرخوشهها به طور تصادفی انتخاب می شوند. همچنین امکان دارد توزیع سرخوشهها در یک شبکه به نحو مطلوب صورت نپذیرد. در این پروتکل برای انتقال دادهها از سرخوشه به چاهک از روش تکپرشه استفاده میشود[6 .[در این پروتکل، حتی اگر گرهای بتواند با چاهک به طور مستقیم ارتباط برقرار کند، روش دنبال کردن مسیرهای چند پرشه بهتر خواهد بود[2 .[ پروتکل مسیریابی چندپرشه به نام PEGASIS در مقایسه با LEACH ارائه شده است. ایدة کلیدی در این الگوریتم ایجاد زنجیره بین گرههای حسگر میباشد، بهطوری که هر گره دادة دریافتی را با دادة خود ترکیب کرده و به همسایۀ نزدیک خود ارسال می کند تا در نهایت دادهها به چاهک منتقل شوند. در این پروتکل فرض شده که تمامی گرهها دانش سراسری از کل شبکه را دارند. در این پروتکل اگر گرهها نزدیک به یکدیگر چیده شوند، این پروتکل نسبت به پروتکل LEACH ،از نظر انرژی، کارآمد نخواهد بود[7 .[پروتکل دیگری که برای خوشهبندی استفاده شده است، پروتکل سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 29 HEED میباشد. این پروتکل به صورت متناوب سرخوشهها را برطبق ترکیب انرژی باقی ماندة آنها و پارامتر ثانوی مانند مجاورت گره تا همسایگانش انتخاب میکند. این پروتکل دارای سربار خوشهبندی پایین میباشد و سرخوشهها را به طور یکنواخت در طول شبکه توزیع میکند [8 .[اما این پروتکل در زمانی که شبکه تعداد گرههای کمتری دارد، سرخوشههای زیادی تولید میکند. در این پروتکل می توان برای انتقال دادهها از سرخوشهها به چاهک از روش تک پرشه یا چند پرشه استفاده کرد. در مقالۀ [9 [مکانیزم خوشه بندی نامساوی انرژی-کارآمد به نام EEUC برای جمعآوری متناوب دادهها در شبکههای حسگر بیسیم ارائه شده است. گرهها به خوشههایی با اندازة غیر یکسان تقسیمبندی میشوند؛ بهطوریکه خوشههایی که به چاهک نزدیکتر میباشند، اندازة کمتری دارند و بنابراین سرخوشههای نزدیکتر به چاهک انرژی بیشتری را حفظ میکنند. در این پروتکل از روش چند پرشه بین گرههای سرخوشه برای ارسال دادهها به مقصد استفاده میشود و الزاماً راه حل بهینه نمیباشد. در این روش برای انتخاب سرخوشه از روش تصادفی استفاده میشود و انتخاب اندازة خوشه بر حسب فاصلۀ گره تا مقصد است و انرژی باقیماندة گره در نظر گرفته نمیشود. همچنین مسیر انتخاب شده برای ارسال داده تا مقصد ممکن است از نظر انرژی، کارآمد نباشد. این پروتکل در مقایسه با پروتکل LEACH ،طول عمر شبکه را بهبود میبخشد. الگوریتم D-LEACH بهبودی بر الگوریتم LEACH میباشد که برای انتخاب سرخوشهها فاصلۀ گرهها را تا چاهک در نظر میگیرد. بنابراین حتیالامکان باید سرخوشهها به چاهک نزدیکتر از سایر گرهها باشند. در این پروتکل برای الحاق گرههای دیگر به سرخوشهها، پارامترهایی نظیر انرژی سرخوشه و فاصله از سرخوشه در نظر گرفته میشود[10 .[ در پروتکل LALEACH ،اتوماتای یادگیر برای هر خوشه وجود دارد که تعداد عملیات اتوماتا مساوی با تعداد گرههای خوشه میباشد. در این پروتکل در ابتدای هر تناوب خوشهها توسط پروتکل LEACH ایجاد میشوند و سپس با استفاده از اتوماتای یادگیر، به صورت پویا بعد از طی چند برش زمانی، سرخوشه از بین گره های داخل خوشه انتخاب میگردند. بعد از ارسال تمامی دادههای گرههای خوشه به چاهک، تناوب بعدی آغاز میشود [11 .[ در مقالۀ [12 [برای افزایش طول عمر شبکه، پروتکلCHEF معرفی شده است که مکانیزم انتخاب سرخوشهها، بر اساس منطق فازی میباشد. با استفاده از منطق فازی، سربار محاسباتی کاهش، و طول عمر شبکه افزایش مییابد. پارامترهای فازی در این پروتکل، میزان انرژی گره و فاصلۀ گره حسگر تا همسایگانش در فاصله r میباشد. در این پروتکل برخلاف LEACH ،سرخوشهها در شبکه توزیع میشوند ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 30 و تعداد گرهها در خوشهها مناسبتر است و طول عمر شبکه نسبت به LEACH ،افزایش مییابد. از پروتکلEEU برای مقایسه با پروتکل پیشنهادی استفاده میشود؛ زیرا این پروتکل از خوشهبندی نامساوی گرههای شبکه استفاده میکند و سرخوشهها در هر خوشه بهطور مناسب انتخاب میشود. همچنین از مسیریابی چند پرشه بین سرخوشهها تا چاهک استفاده میگردد. بنابراین در زمانی که چاهک دور از گرههای حسگر قرار داشته باشد، می تواند به صورت مؤثرتر از سایر پروتکلهای ذکر شده در این بخش عمل نماید. 2-2 -پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر بهینه- سازی کلونی مورچه بهینهسازی کلونی مورچه از زیر مجموعههای ١ هوش جمعی یا ازدحامی است که در آن از رفتار مورچههای واقعی برای یافتن کوتاهترین مسیر بین لانه و منبع غذایی الگوبرداری شده است. روش بهینهسازی کلونی مورچه(ACO ،(نوعی روش فرا اکتشافی است که برای یافتن راهحل- های تقریبی برای مسائل بهینهسازی ترکیباتی مناسب است. مشاهده شده است که مورچهها در یک کلونی میتوانند بر روی کوتاهترین مسیر که لانه را با غذایشان ارتباط میدهد، همگرا شوند. مهمترین عامل رفتار کوتاهترین مسیر در سطح کلونی، ٢ استفاده از مادة شیمیایی به نام فرومون 1- Swarm Intelligence 2- Pheromone میباشد. یکی از کاربردهای روش بهینهسازی کلونی مورچه در مسیریابی شبکه است. سیستم کلونی مورچه توسط دانشمند ایتالیایی Dorigo. M در سال 1990 مطرح شد و در ابتدا برای حل مسالۀ فروشنده دورهگرد مورد استفاده قرار گرفت[13 .[ با افزایش گرههای شبکه ایجاد مسیر بهینه از هر گره تا مقصد، وقتگیر و در بسیاری موارد غیر عملی است؛ بهطوریکه جواب بهینه در زمان قابل قبول و بهصورت چندجملهای به دست نمیآید. در اینگونه موارد از راهحلهای تخمینی مناسب مانند کلونی مورچهها استفاده میشود. بنابراین یکی از کاربردهای روش بهینهسازی کلونی مورچه در مسیریابی شبکه است. الگوریتمی به نام AntNet که توسط Caro Di و Dorigo برای شبکههای IP با بهترین تلاش ابداع شد. این الگوریتم بر اساس قواعد ACO ارائه شد که روشی فرا اکتشافی است. در AntNet به پرشهای بعدی که در زمان تصمیم، صفهای اتصال کوتاهتر از لحاظ بسته برای ارسال شدن دارند، مقادیر احتمال بالاتری اختصاص مییابد[14 .[ در مقالۀ [15 [پروتکل مسیریابی به نام EEABR برای افزایش طول عمر شبکۀ حسگر ارائه شده است. در این پروتکل از عاملهای مورچه با اندازة ثابت و پارامترهای شمار پرشها و سطح انرژی گرهها در مسیر در مکانیزم به روز رسانی فرومون استفاده میگردد. همچنین برای محاسبه سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 31 مقدار اکتشافی، از انرژی باقیمانده گره همسایه استفاده میشود. در مقالۀ [16 [پروتکل مسیریابی EPACOR پیشنهاد شده است. در این الگوریتم مکانیزم یادگیر توکار برای پیشگویی میزان مصرف انرژی گرههای حسگر همسایه، در زمان ایجاد مسیر مورد استفاده قرار میگیرد. معمولاً اگر هرگره، گرههای همسایه با انرژی بالاتر را برای یک مسیر تا چاهک انتخاب کند، طول عمر شبکه میتواند افزایش یابد. بنابراین، این الگوریتم مسیریابی بیشتر روی مصرف انرژی گرههای همسایه توجه میکند. بدین صورت که هر گره مصرف انرژی خود را به همسایگانش اعلان میکند. در این پروتکل برای بهروزرسانی میزان فرومون از پارامترهای فاصله تا گره همسایه، انرژی گره همسایه و تعداد پرشهای مسیر تا چاهک استفاده میگردد. برای محاسبه مقدار اکتشافی از پارامترهای فاصله تا گره همسایه، انرژی گره همسایه و انرژی گره موردنظر استفاده میشود. در تمامی پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر بهینه سازی کلونی مورچه بیان شده، سربار ایجاد و تعمیر مسیر وجود دارد. در پروتکلهای بیان شده، تجمیع دادهها توسط گرهها صورت نمیپذیرد و در اینصورت همواره افزونگی دادهها وجود دارد. در مقالۀ [17 [پروتکل ACALEACH ،پیشنهاد شده است. در این پروتکل ترکیبی از خوشهبندی و مسیریابی چندپرشه استفاده میشود و برای مقایسۀ کارایی انرژی با پروتکل پیشنهادی مورد استفاده قرار میگیرد. در این پروتکل برای ایجاد مسیرهای چند پرشه از سرخوشهها تا مقصد از روش بهینهسازی کلونی مورچه استفاده میشود. در این پروتکل برای بهروزرسانی میزان فرومون از پارامترهای انرژی باقیماندة سرخوشههای همسایه و فاصلۀ سرخوشههای همسایه تا چاهک استفاده میگردد. گرههایی که نزدیک به چاهک قرار دارند، بهعنوان دروازه عمل میکنند و در اینصورت امکان از بین رفتن آن ها زودتر از گرههای دیگر شبکه بیشتر است. در این پروتکل از خوشهبندی استفاده میشود؛ بنابراین با افزایش تعداد گرههای حسگر، هزینۀ ایجاد مسیر نسبت به روشهای بیان شده در این بخش افزایش چندانی نمییابد. بنابراین پروتکلی مناسب برای مقایسه با پروتکل پیشنهادی میباشد. 3 -مقدمات 3-1 -مدل شبکه در ابتدا خصوصیات مدل سیستمی که به کار بردهایم را تشریح خواهیم کرد. در ابتدا فرضیاتی در مورد مدل شبکه خود بیان میکنیم: 1 -حسگرها به صورت تصادفی و بهصورت یکنواخت چیده شدهاند. 2 -تمامی گرهها و همچنین چاهک، بعد از مرحله چیدمان به صورت ثابت میباشند. 3 -گرهها قابلیت تنظیم انرژی انتقال را برطبق فاصله تا گرههای گیرنده دارند. ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 32 4 -فاصلۀ بین گرهها میتواند براساس شدت سیگنال دریافتی، محاسبه گردد. بنابراین نیازی نیست که گرههای حسگر از مکان دقیق خود، آگاهی داشته باشند. 5 -تمامی گرههای حسگر دارای میزان انرژی یکسان در مرحلۀ چیدمان میباشند. 6 -چاهک در فاصلۀ دوری از گرههای حسگر قرار گرفته است. 7 -تمامی گرههای حسگر دارای توان محاسباتی، میزان حافظه و انرژی یکسان هستند یا در اصطلاح به صورت همگن میباشند. 3-2 -مدل انرژی رادیویی مدل انرژی رادیویی برای انتقال بسته k بیتی، در فاصله d متر، در شبیهسازیها بهصورت رابطه 1 میباشد: (1)              0 4 0 2 * * * , * * * , ( , ) k E k d d d k E k d d d E k d elec mp elec fs Tx   و همچنین مدل انرژی رادیویی برای دریافت یک بسته k بیتی، به صورت رابطه 2 است: E k E k (2) Rx ( )  elec * بسته به فاصله، میزان انرژی مصرفی در مدل 1 کانال فضای آزاد با εfs و در مدل کانال 2 محوشدگی چند مسیره با εmp بیان شده است. Eelec میزان انرژی مورد نیاز برای اجرای مدار فرستنده یا گیرنده میباشد. 1- Free space 2- Multi-path fading 4 -پروتکل پیشنهادی در این بخش، پروتکلی مسیریابی چندپرشه انرژی-کارآمد برای شبکههای حسگر بیسیم مبتنی بر خوشه، با استفاده از بهینهسازی کلونی مورچه ٣ (EEMCA (ارائه میشود. EEMCA ،شامل ٤ دو مرحله میباشد: مرحله آغازین و مرحله ماندگاری. شکل (1 (نمایش کلی نحوة عملکرد پروتکل EEMCA ارائه میدهد. شکل (1 :(نمایش کلی نحوهی عملکرد پروتکل EEMCA در شکل (1 (دایرهها با اندازه نامساوی، نشان دهندة خوشههای با اندازة نامساوی و پیکانهای بین سرخوشهها، ترافیک بین سرخوشهها را در مسیریابی چندپرشه نشان میدهند. 4-1 -مرحلۀ آغازین در مرحلۀ آغازین شبکۀ حسگر بیسیم به خوشه- هایی با اندازة نامساوی تقسیم میشود و سپس با استفاده از روش بهینهسازی کلونی مورچه مسیری چندپرشه بین سرخوشهها ایجاد می- شود. Energy-Efficient Multi-3- hop routing for Clusterbased wireless sensor networks using Ant colony optimization (EEMCA) 4- Set-up سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 33 4-1 -1 -الگوریتم خوشهبندی نامساوی استفاده از روش خوشهبندی نامساوی باعث میشود که بارکاری روی گرههای دروازه کمتر شود. در نتیجه باعث میشود طول عمر گرههای حسگر که در نزدیک چاهک بهعنوان دروازه عمل میکنند، افزایش یابد. در ابتدای فرآیند خوشهبندی هرگره میزان انرژی باقیمانده و شناسۀ خود را در قالب پیام و در فاصله مشخص در شبکه منتشر میکند. در پروتکل EEMCA ،انتخاب حدآستانۀ مورد نظر برای انتخاب سرخوشههای آزمایشی براساس رابطۀ 3 محاسبه میگردد. (3) Threshold = a1 * residualEnergy + a2 * (2-4) neighborNode + 0.4 همانطور که از رابطه مشاهده میگردد، احتمال انتخاب سرخوشههای آزمایشی برای تمامی گرهها در شبکه یکسان نمیباشد. رابطۀ 3 بیان میکند که میزان حدآستانه برای انتخاب سرخوشۀ آزمایشی، بر اساس میزان انرژی باقیماندة گره و تعداد همسایهها در یک محدودة معین می باشد. ضرایبa1 وa2 میتواند، بنا به درجۀ اهمیت هر یک از این پارامترها انتخاب گردد. هر گره یک عدد تصادفی در بازه 0 تا 1 انتخاب میکند. اگر این عدد کوچکتر از حدآستانه باشد، گره خود را به عنوان سرخوشۀ آزمایشی انتخاب میکند. گرههایی که به عنوان سرخوشه های آزمایشی انتخاب نشدهاند، گرههای معمولی می- باشند و در شرایط خواب قرار میگیرند. بعد از انتخاب سرخوشههای آزمایشی، این سرخوشهها باید مانند پروتکل EEUC] 9 [در محدودة رقابتی با یکدیگر رقابت کنند تا در نهایت سرخوشههای نهایی انتخاب گردند. در این رقابت، تعدادی از سرخوشههای آزمایشی به گره معمولی تغییر وضعیت میدهند. بعد از اینکه سرخوشههای نهایی انتخاب شدند، هر سرخوشه پیامی را در شبکه منتشر میکند و گرههای خوابیده بیدار میشوند. بعد از دریافت پیام توسط گرهها، هرگره معمولی سرخوشۀ مورد نظر خود را براساس شدت سیگنال پیام دریافتی (فاصله تا سرخوشه) و میزان انرژی باقیماندة گره سرخوشۀ (CHi (و براساس رابطۀ 4 انتخاب میکند: (4) Best = Maximum (residualEnergyCHi /distance (node, CHi)) اندیس i ،برای متمایز کردن گرهها در نظرگرفته شده است. هر گره با در نظر گرفتن میزان Best میتواند سرخوشۀ مورد نظر (سرخوشهای که بیشترین میزان انرژی بر فاصله را داشته باشد) را انتخاب کند. بعد از انتخاب گره سرخوشه، گره معمولی با ارسال پیامی، ملحق شدن خود را به گره سرخوشه اطلاع میدهد. سازماندهی انتقال داده درون خوشه، بعد از اینکه خوشهها شکل داده میشوند، همانند پروتکل LEACH و با استفاده از زمانبندی TDMA انجام میگیرد. ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 34 4 -1 -2 -مسیریابی چندپرشۀ بین خوشهای در این مکانیزم نیز همانند پروتکل EEUC ،گرههای هدایتکننده، بستههای دریافت شده از سرخوشۀ دیگر را تجمیع نمیکنند. پروتکل EEMCA ، مسیریابی چند پرشۀ آگاه از انرژی را برای ارتباط بین خوشهای در نظر میگیرد. حد آستانۀ MAX-TD را معرفی میکنیم که اگر فاصلۀ گره تا چاهک کمتر از MAX-TD باشد، گره دادهاش را به سمت چاهک به صورت تک پرشه ارسال میکند و در غیر این صورت گره باید گره هدایت کنندهای را انتخاب کند که میتواند دادهاش را به سمت چاهک به پیش براند. این حد آستانه همانند پروتکل EEUC انتخاب میگردد. در ابتدای این فرآیند هر سرخوشه پیامی را به داخل شبکه در یک محدودة مشخص که شامل شناسۀ گره و فاصلهاش تا چاهک میشود را ارسال میکند. هر رکورد حافظه در گرهها شامل گره قبلی، گره بعدی، شناسۀ مورچه و مقدار Timeout میباشد. بر روی هر گره که در فاصلۀ بیش از MAX-TD قرار گرفته است، میتواند به تعداد m مورچه پیشرو قرار گیرد. میزان m بستگی به تعداد راهحلهای بهینه دارد. هر زمان که مورچۀ پیشرو دریافت میشود، گره حافظۀ خود را جستجو میکند تا دریابد که آیا شناسۀ مورچه در داخل حافظهاش وجود دارد یا خیر و از این طریق از به وجود آمدن حلقۀ مسیریابی جلوگیری میکند. مورچۀ پیشرو دارای جدولی است که شناسۀ گره ملاقات شده قبلی و گرهی که بعداً ملاقات خواهد کرد را نگهداری میکند. هنگامی که گره، مورچه عقب رو را دریافت میکند، گره، حافظه خود را مورد جستجو قرار میدهد تا گره بعدی را برای ارسال مورچه پیدا کند. اگر به هر دلیل مورچه عقبرو در زمان تعیین شده به گره نرسد، رکورد مربوط به مورچه پاک میگردد. همچنین مورچۀ پیشرو، میانگین انرژی تا گره فعلی (EAvgk ،(حداقل سطح انرژی ثبت شده (EMink (و تعداد گرههای ملاقات شده را در جدول خود نگهداری میکند. این مقادیر، زمانی که مورچۀ پیش- رو به هرگره میرسد، بهروز رسانی میشوند. هنگامی که مورچۀ پیشرو به گره چاهک میرسد، این مقادیر برای محاسبۀ میزان فرومون دنباله استفاده میشوند. C ،مقدار انرژی اولیه گرههای حسگر در مرحلۀ چیدمان گرهها میباشد. میزان فرومون میتواند از رابطۀ 5 و از اطلاعات موجود در جدول مورچه پیشرو k محاسبه گردد: (5) [ / ] k k k k k C EMin Fd EAvg Fd T      1 Tk باید بهصورت تابعی از دو پارامتر محاسبه گردد: سطوح انرژی و طول مسیر. طول Fdk مسیر میتواند توسط معرفی پارامتر به دست آید که در معادلۀ بالا برابر تعداد گرههایی است که مورچۀ پیشرو k ملاقات کرده است. میزان بهروزرسانی فرومون و تعداد گرههای ملاقات شده در جدول مورچه عقبرو نگهداری میشوند. معادلۀ استفاده شده برای بهروز رسانی جداول مسیریابی در هرگره به صورت رابطۀ (6 (میباشد: سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 35 (6) ( , ) (1 ). ( , ) [ / . ] k k Tk Bdk T r s    T r s    Bdk  ضریب ثابت و ، فاصلهای میباشد (تعداد گرههای ملاقات شده) که توسط مورچه عقب رو k تا گره r طی شده است. (s,r(Tk میزان فرومون دنباله را در اتصال (s,r (که مورچۀ پیشرو k از آن عبور کرده است را بیان میکند. ایدة پنهان این رفتار، این است که توزیع فرومون بهتر صورت گیرد که در این صورت گرههای نزدیک چاهک، میزان فرومون بیشتری را خواهند داشت. میزان ρ ثابت میباشد و میزان تبخیر فرومون مسیر را بیان میکند. تبخیر فرومون باعث میشود مسیرهایی که اغلب استفاده نمیشوند، میزان فرومون آن ها پایین بیاید. در این پروتکل مقدار اکتشافی 2 1 relay rs d   میباشد که: ( , ) ( , ) (7) 2 2 2 d relay  d r s  d s SINK در رابطه 7 گره s ،همسایه گره r است و (s,r(d میزان فاصلۀ r تا s است. میزان فاصله s تا چاهک به صورت (SINK,s(d بیان شده است. محاسبه احتمال برای تعیین گره بعدی و ارسال دادهها به مقصد d از طریق گره همسایه s ،از رابطه 8 به دست میآید:                    0 otherwise , . . ( ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) s Neighbor r T T p u N r r u r u r s r s d rs       αوβ اعداد حقیقی مثبت میباشند. هر چه میزان احتمال انتخاب گره بیشتر باشد، آن گره به عنوان گره هدایت کننده انتخاب میشود. بعد از ایجاد مسیر، عمل انتقال دادهها به سمت چاهک به صورت چند پرشه انجام میشود. شبه کد برای ایجاد مسیر چند- پرشه انرژی-کارآمد با استفاده از بهینهسازی کلونی مورچه در شکل (2 (نشان داده شده است. 1:s empty 2: if distance(i,SINK)<distance(r,sink), i="" neighbor(r)="" then="" 3:="" add="" i="" to="" s="" list="" 4:end="" if="" 5:for="" every="" edge(r,s)="" do="" 6:="" tk(r,s)="" c="" {set="" an="" initial="" value="" for="" trail="" intensity}="" 7:="" tk="" 0="" 8:end="" 9:place="" the="" m="" ants="" node="" 10:for="" k="1" 11:="" place="" starting="" of="" k-th="" ant="" in="" tabuk="" 12:end="" 13:for="" 14:="" nextnode="" j,="" j="" ="" ,{j="" is="" random}="" 15:="" while="" nextnode<="">SINK 16: Move the k-th ant to the node nextNode 17: Insert nextNode in the tabuk and compute minimum energy of node and average energy of nodes and number of visited nodes and insert them in tabuk 18: nextNode j, j (nextNode.s) ,{j is random} 19: end while 20: compute Tk using equation 5 for k-th ant 21: insert SINK in tabuk 22: i tabuk, update pheromone edge(r,i) using equation 6 {backward ant moves i to r} 23:end for 24:for every edge(r,s) do 25: compute d rs p using equation 8 26:end for شکل (2 :(شبهکد ایجاد مسیر چندپرشه با استفاده از بهینهسازی کلونی مورچه ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 36 4-1 -3 -کاهش سربار خوشهبندی در پروتکل EEMCA در هر دور عمل خوشهبندی انجام نمیشود، بلکه یکبار عمل خوشهبندی انجام میشود و در دورهای بعدی گرههای عضو در خوشه میزان انرژی باقی مانده و شناسۀ خود را در قالب پیام برای سرخوشه ارسال میکنند و سرخوشه، گرهی با انرژی بالاتر را به عنوان سرخوشه در نظر می گیرد و با انتشار پیامی که حاوی شناسۀ گرة سرخوشه است، به گرههای دیگر در خوشه اطلاع میدهد. بعد از انتخاب گرة سرخوشه، مجدداًَ عمل ایجاد مسیر و انتقال دادهها نیز انجام میشود. بنابراین در هر دور سربار ایجاد مسیر را خواهیم داشت؛ اما باید توجه کرد که در زمان انتقال پیام از گره عضو به سرخوشه، مبنی بر انتخاب مجدد سرخوشه، گره عضو زمانسنج را بهکار میاندازد. اگر به هر دلیلی پاسخ پیام دریافت نشد، گره تصور میکند که سرخوشه از بین رفته و نمیتواند سرویس لازم را بدهد؛ در اینصورت گره پیامی را در فاصلهای معین که حاوی شناسه و انرژی باقی مانده خودش است در شبکه منتشر میکند. گرههای دیگر خوشه با دریافت این پیام، شناسۀ خود و انرژی باقی ماندة خود را برای گره ارسال میدارند. این عمل تا جایی انجام میشود که تمامی گرهها در داخل خوشه از انرژی یکدیگر با خبر شوند و بتوانند سرخوشۀ خود را به صورت خود مختار و توزیعشده انتخاب کنند. بنابراین گرهها میتوانند سرخوشه را هم به صورت متمرکز و هم به صورت توزیع شده انتخاب کنند و نیازی به خوشهبندی مجدد کل شبکه نباشد و مصرف انرژی کاهش مییابد. بعد از مرحلۀ آغازین، مرحلۀ ماندگاری آغاز میشود. 4-2 -مرحلۀ ماندگاری در این مرحله، طبق زمانبندی TDMA دادههای اعضای خوشه به سرخوشهها انتقال مییابد. سرخوشه، دادههای دریافتی را با دادة خود تجمیع کرده و به سمت چاهک ارسال میکند. در شکل (3 (فلوچارت الگوریتم مسیریابی EEMCA نشان داده شده است. سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 37 ): فلوچارت الگوریتم مسیریابی EEMCA 3 شکل ( شروع انتخاب سرخوشهها و تقسیمبندی شبکه به خوشهها اجرای الگوریتم بهینهسازی کلونی مورچه بر روی گرههای سرخوشه حفظ بهترین مسیر از هر سرخوشه تا چاهک ارسال بستههای دادة اعضای خوشه به سرخوشه تجمیع دادهها در سرخوشه ارسال بستههای داده توسط سرخوشهها از طریق بهترین مسیر شبکه وجود دارد؟ آیا گره زندهای در انتخاب بهترین سرخوشه در هر خوشه بدون نیاز به خوشه بندی مجدد شبکه پایان ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 38 5 -شبیهسازی در این بخش به شبیهسازی سه پروتکل ACALEACH ،EEUC وEEMCA میپردازیم و توسط شبیهسازی اثبات میکنیم که پروتکل پیشنهادی در شرایط و سناریوی داده شده از لحاظ انرژی، کارایی بسیار بیشتری را نسبت به این دو پروتکل دارد. برای بررسی کارایی پروتکل پیشنهادی، از نرم افزار MATLAB و نسخۀ 8/7 برای شبیه سازی استفاده شده است. درصد سرخوشههای مطلوب در پروتکل ACALEACH ،در حدود 005/0 میباشد. میزان حد آستانه برای انتخاب سرخوشه در پروتکل EEUC ،4/0 وضریب ثابت برای محاسبه شعاع رقابتی 5/0 میباشد. در پروتکل EEUC وEEMCA حداکثر شعاع رقابتی برای سرخوشه آزمایشی برابر 70 متر است. میزان MAX-TD در پروتکل EEUC وEEMCA ، برابر 150 متر است. دیگر مقادیر ثابت برای پروتکل EEUC مطابق مقالۀ [9 [است. در پروتکل EEMCA مقادیر ضرایب a1 وa2 به ترتیب 2/0 و 1/0 میباشند. در پروتکل EEMCA و ACALEACH از روش بهینهسازی کلونی مورچه استفاده میشود که میزان ضرایب α وβ برای محاسبۀ احتمال، به ترتیب2و2 است. میزان  وρ برای به روز رسانی فرومون مسیر، در .است 0/1 و 0/2برابر EEMCA دیگر مقادیر ثابت برای پروتکل ACALEACH مطابق مقالۀ [17 [است. در این سناریو چاهک در موقعیت (250 و100 (قرار گرفته است. تعداد مورچهها برای هر گره 4 میباشد و میزان فرومون هر اتصال بین دو گره حسگر در ابتدا برابر 5.0 است. سناریوی تعریف شده بهصورت ذیل است: جدول (1 :(پارامترهای پیکربندی سناریو Parameter Value Network coverage 200x200m Sink location (100,250)m node 200 Initial energy 0.5J Data packet size 4000 bits Control packet size 32 bits E 50 nJ/bit elec 10 pJ/bit/m 2 εfs 0.0013 pJ/bit/m 4 εmp d0 87m EDA 5 nJ/bit/signal Aggregation Ratio 90% سازی کلونی مورچه سیم مبتنی بر خوشه با استفاده از بهینه گر بی های حس شبکه کارآمد در - پروتکل مسیریابی چندپرشه انرژی 39 گرههای حسگر بهطور تصادفی چیده شده اند و متحرّک نیستند. گرة سرخوشه برای تجمیع دادههایش بهمیزان EDA انرژی مصرف میکند. بنابراین میزان انرژی مصرف شده برای تجمیع k بیت داده به صورت رابطۀ 9 میباشد: E k E k (9) aggregation DA ( )  * در شکل (4 (نحوة خوشهبندی گرهها توسط سه پروتکل بیانشده، نشان داده شده است. الف، نحوه خوشهبندی پروتکل َ ACALEACH ب، نحوة خوشهبندی پروتکل EEUC ج، نحوه خوشهبندی پروتکل EEMCA شکل (4 :(نحوه خوشهبندی شبکه توسط هر سه پروتکل همانطور که در شکل ملاحظه میگردد، پروتکل EEMCA ،همانند EEUC شبکه را به صورت خوشههایی با اندازة کوچک در نزدیک چاهک و خوشههایی با اندازة بزرگ در فاصلۀ دور از چاهک، خوشهبندی میکند. در پروتکل EEMCA سعی شده است که سرخوشهها در فاصلۀ مناسبی از یکدیگر قرار گیرند. در پروتکل EEMCA تنها یکبار عمل خوشهبندی انجام میشود. شکل (5 :(توزیع گرههای حسگر زنده را در دورهای مختلف نشان میدهد. این شکل به روشنی نشان میدهد که از بین رفتن اولین گره حسگر در پروتکل EEMCA دیرتر از دیگر پروتکلهای شبیهسازی شده اتفاق میافتد و بعد از آن، تمامی گرهها به مرور از بین میروند. ١ در این مقاله، مانند مقالۀ [18 [از متریکهای FND و HNA ٢ برای تخمین طول عمر شبکه استفاده شده است. جدول (2 (مقدار این متریکها را برای سه پروتکل در این سناریو نشان میدهد. 1- First Node Dies 2- Half of Nodes Alives 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Number of rounds Number of alive sensors EEUC ACALEACH EEMCA EEUC ACALEACH EEMCA ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 40 جدول (2 :(مقادیر متریکهای FND و HNA برای هر الگوریتم Algorithm FND HNA EEMCA ١٠٩٧ ١١٨٦ ACALEACH ٨٩٧ ١٠٠٠ EEUC ٦٩٥ ٨٧٥ همانطور که در جدول (2 (نشان داده شده است، در پروتکل EEMCA ،اولین گره در دور 1097 انرژیاش پایان مییابد و همچنین در دور 1186 نیمی از گرهها فعال میباشند. این مقادیر بیانگر این نکته هستند که نحوة توزیع بار در پروتکل EEMCA ،بهتر از سه پروتکل دیگر انجام میشود. شکل (6 :(توزیع خوشهها را در دورهای مختلف نشان میدهد. همانطور که در شکل مشخص است. در پروتکل EEMCA ،همواره تعداد خوشهها ثابت است. جدول (3 (سطوح انرژی باقیماندهی تمامی گرهها را برای هر پروتکل، در دور 800 نشان میدهد. EEMCA دارای بالاترین سطح انرژی، در مقایسه با دو پروتکل دیگر میباشد که تقریباً برابر 68 ژول است. جدول (3 :(کل انرژی باقی مانده برای هر پروتکل در دور 800 Total Remaining Energy (J) Algorithm ٦٨ EEMCA ٥٨ ACALEACH ٤٠ EEUC 6 -نتیجهگیری در این مقاله، یا پروتکل ها مسیریابی بهینۀ انرژی، برای افزایش طول عمر شبکه پیشنهاد شده است. در پروتکل EEMCA از روش بهینه- سازی کلونی مورچه استفاده میشود. در پروتکل EEMCA ،عمل خوشهبندی در هر دور انجام نمیشود تا سربار خوشهبندی شبکه کاهش یابد. برای ارزیابی کارایی پروتکل پیشنهادی، از دو پروتکل EEUC وACALEACH استفاده گردید. پروتکل پیشنهادی میتواند نحوة خوشهبندی و ایجاد مسیر چندپرشۀ پروتکل EEUC را بهبود بخشد. همچنین میتواند با عمل خوشهبندی در زمانی که تراکم گرهها در محیط زیاد است، افزونگی داده و سربار ایجاد مسیر کمتری نسبت به ACALEACH داشته باشد. در واقع پروتکل پیشنهادی از مزایای دو پروتکل استفاده میکند. با انجام شبیهسازی پروتکلهای مسیریابی ACALEACH،EEUC و EEMCA و بررسی نمودارهای حاصل، مشاهده گردید که پروتکل EEMCA از نظر انرژی از دو پروتکل دیگر در سناریوی داده شده از نظر انرژی کارآمدتر است.  

مراجع

1. I.F. Akyildiz and W. su,”Wireless sensor networks: a survey”, Computer Networks Journal (Elsevier), Vol. 38, No.4, pp. 393-422, March 2002. 2. A. A. Abbasi and M. Younis, “A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks”, Computer Communications Journal (Elsevier), 2007. 3. ”Smart Sensor Networks: Technologies and Applications for Green Growth”, ORGANIZATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT(OECD), December 2009. 4. Y. Yang and F. Lambert, “A survey On Technologies for Implementing Sensor Networks for Power Delivery”, in Proc. of IEEE Power Engineering Society General Meeting, Tampa,Fl, pp. 24- 28, June 2007. 5. F. Cleveland, “Use of Wireless Data Communication in Power System Operations”, Based on Report 1011751(IEEE), March 2006. 6. W. Heinzelman, A. Chandrakasan and H. Balakrishnan, “energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks”, in Proc. of 33rd Hawaii International Conference on System Sciences, vol. 8, Citeseer, pp. 8020, 2000. 7. S. Lindsey and C. S. Raghavendra, “PEGASIS: Power Efficient Gathering in Sensor Information Systems”, in Proc. of IEEE Aerospace Conference, 2002. 8. O. Younis and S. Fahmy, “HEED: A hybrid, energy-efficient, distributed clustering approach for ad hoc sensor networks," in Proc. of IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 3, pp. 366- 379, 2004. 9. C. Li,M,Ye,G.chen and J.Wu, “An energy-efficient unequal clustering mechanism for wireless sensor networks”, in Proc. of IEEE International Conference on Mobile Adhoc and sensor Systems Conference, pp.8, 2005. 10. S. Fengjun, “A distributed clustering algorithm for wireless sensor networks”, Journal of Natural Sciences, China, vol.13, no.4, pp.385-390, 2008. 11. A. Mirzaei and H. Motee Ghader, “A New Clustering Algorithm for Increasing of Lifetime in sensor Networks”, International Journal of Computer and Network Security, Vol. 2, No. 2, February 2010. 12. J.M. Kim, S.H. Park, Y.J. Han and T.M. Chung, “CHEF: Cluster Head Election mechanism using Fuzzy logic in Wireless Sensor Networks”, in Proc. of ICACT, 2008. 13. S. Xia and Su Wu, “A New Energy-Efficient Routing Algorithm based on Ant Colony System for Wireless Sensor Networks”, Proceedings of IEEE Fourth International Conference on Internet Computing for Science and Engineering, 2009. 14. M.Saleem, G.A. Di Caro and M. Farooq, “Swarm intelligence based routing protocol for wireless sensor networks:survey and future directions”, Information Science Journal (Elsevier), 2010. ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 42 15. T. Camilo, C. Carreto, J.S. Silva and F. Boavida, “An energy-efficient ant-based routing algorithm for wireless sensor networks”, in Proc. of the 5th International Workshop on Ant Colony Optimization and Swarm Intelligence(ANTS), LNCS, vol.4150, Springer,Berlin,Germany, pp.49- 59,2006. 16. Z. Shen and Y. Zhu, “An Ant Colony System Based Energy Prediction Routing Algorithms for Wireless Sensor Networks”, in proc. of IEEE International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, pp. 1-4, 2008 . 17. W. Guifeng, W. Young and T. Xiaoling, “An Ant Colony Clustering Routing Algorithm for Wireless Sensor Networks”, in Proc. of Third International Conference on Genetic and Evolutionary Conference, pp.670-673, 2009. 18. H. Bagci and A.Yazici, “An Energy Aware Fuzzy Unequal Clustering Algorithm for Wireless Sensor Networks”, in Proc. of IEEE International Conference on Fuzzy systems(FUZZ), Barcelona, pp.1-8, 2010.