ارائه یک روش جدید خوشه‌بندی در جهت مسیریابی سلسله‌مراتبی با مصرف انرژی کارآمد در شبکه‌های حسگر بی‌سیم

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 1، دوره 8، شماره 29، اردیبهشت 1396، صفحه 3-12   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سارا نصیریان¹؛ فرهاد فغانی^{* 2}

¹دانشجوی دکتری، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی

²استادیار - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

پروتکل‌های مسیریابی سلسله‌مراتبی از نظر مصرف انرژی عملکرد بهتری در مقایسه با سایر پروتکل‌ها از خود به نمایش گذاشته‌اند. در این مقاله پروتکلی برپایه‌ی تقسیم مساحت شبکه به چندین قطاع و دو سطح و انتخاب سرخوشه‌های مناسب از سطح نزدیک به ایستگاه مرکزی با هدف کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه، پیشنهاد شده است. به منظور کاهش جریان معکوس داده از سمت ایستگاه مرکزی، از یک ساختار درختی در هر قطاع بهره گرفته شده است. علاوه بر این با گذشت زمان و مواجهه با گره‌های مرده پروتکل امکان جابجایی مرز مابین دو سطح را در اختیار قرار می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی به درستی گویای بهبود عملکرد پروتکل پیشنهادی TSBC نسبت به پروتکل مشهور LEACH، بسیاری از نسخه‌های توسعه‌یافته‌ی آن از جمله LEACH Multi-Hop و تعداد کثیری از پروتکل‌های مرسوم مسیریابی از حیث کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه می‌باشد. یکی از خصوصیات طرح پیشنهادی که می‌تواند آن را به سهولت از سایر پروتکل‌های مسیریابی رجحان بخشد، پیشگیری از وقوع جریان معکوس داده از سمت ایستگاه مرکزی یا حداقل کاهش چشمگیر آن می‌باشد. فرمول خاصی که در پروتکل پیشنهادی جهت انتخاب سرخوشه مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌تواند از تخلیه‌ی متمرکز باتری در نقاط مختلف شبکه جلوگیری به عمل آورد. گفتنی است که این فرمول خاص را می‌توان جهت انتخاب سرخوشه در سایر پروتکل‌ها با هدف ایجاد تعادل در مصرف انرژی گره‌های مختلف به کار بست. شایان ذکر است که اتخاذ تدابیر خاص در پروتکل پیشنهادی تا حد زیادی از وقوع چندپارگی در شبکه جلوگیری به عمل آورده است.

کلیدواژه‌ها

شبکه حسگر بی‌سیم؛ مسیریابی سلسله مراتبی؛ درخت پوشای کمینه؛ سرخوشه

مراجع

[1] I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, "Wireless sensor networks: A survey", ComputerNetworks, Vol. 38, No.4, pp.393-422, Dec. 2002.

[2] J.N. Al-Karaki,A.E. Kamal, "Routing techniques in wireless sensor networks: A survey", IEEE Wireless Communications, Vol.11, No.6, pp.6-28, Dec.2004.

[3] J.J. Lotf, M. Hosseinzadeh, R.M. Alguliev, "Hierarchical routing in wireless sensor network: Asurvey", Proceeding of the IEEE/ICCET, Vol. 3, pp. 650-654, Chengdu, China, 2010.

[4] H. Zhao, W. Jie, Z. Jie, L. Liefeng, T. Kaiyun, "A general self-organized tree-based energy-balance routing protocol for wireless sensor network", IEEE Trans. on Nuclear Sciences, Vol. 61, No.2, pp. 732-740, Apr.2014.

[5] G. Navin, L. Won-Il, P. Jae-Young, "Track-sectorclustering for energy efficient routing in wireless sensornetworks", Proceeding of the IEEE/CIT, Vol.2, pp.116-121, Xiamen, China, China, 2009.

[6] W. Heinzelman, A. Chandrakasan, H. Balakrishnan, "Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks", Proceeing of the IEEE/HICSS, Vol. 2, pp. 1-10, Maui, HI, USA, USA, Jan. 2000.

[7] W. Heinzelman, A. Chandrakasan, H. Balakrishnan, "An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks", IEEE Trans.  on Wireless Communications, Vol.1, No.4, pp. 660-670, Oct. 2002.

[8] V. Loscri, G. Morabito, S. Marano, "A two-level hierarchy for low-energy adaptive clustering hierarchy (TL-LEACH)", Proceeding of the IEEE/ETECF, Vol.3, pp. 1809-1813, Dallas, TX, USA, USA,2005.

[9] F. Xiangning, S. Yulin, "Improvement on LEACH protocol of wireless sensor network", Proceeding of the IEEE/ SENSORCOMM, pp. 260-264, Valencia, Spain, 2007.

[10] R.V. Biradar, S.R. Sawant, R.R. Mudholkar, V.C. Patil, "Multihop routing in self-organizing wireless sensor networks", IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 1, Jan. 2011.

[11] S. Lindsey,C. Raghavendra,”PEGASIS: Power-efficient gathering in sensor information systems”, Proceeding IEEE/AERO, Vol.3,pp.1125-1130, Big Sky, MT, USA, 2002.

[12] S.M. Jung, Y.J.Han, T.M. Chung, "The concentric clustering scheme for efficient energy consumption in the PEGASIS", Proceeding of the IEEE/CACT, Vol.1,pp.260-265, Okamoto, Kobe, Japan, Feb.2007.

[13] S. Varshney, C. Kumar, A. Swaroop, “A comparative study of hierarchical routing protocols in wireless sensor networks”, Proceeding of the IEEE/INDIACom, pp. 1018-1023, New Delhi, India, 2015.

[14] M. Aslam, N. Javaid, A. Rahim, U. Nazir, A. Bibi, Z.A. Khan, "Survey of extended LEACH-based clustering routing protocols for wireless sensor networks", Proceeding of the IEEE/HPCC, pp. 1232 - 1238, July 2012