دانلود پایان نامه ارشد با موضوع انرژي، تجميع، سينك

دانلود پایان نامه ارشد

مي باشد. در شکل 3-7 ضريب تغييرات اندازه خوشه ها در روش پيشنهادي با سه روش ديگر مقايسه گرديده است. ضريب تغييرات پارامتري مناسب جهت مقايسه ميزان متوازن بودن خوشه ها مي باشد. به گونه اي که هر چه ضريب تغييرات کمتر باشد بدين معنا است که تغييرات اندازه خوشه ها نسبت به يکديگر کمتر بوده و خوشه ها متوازن ترند. ضريب تغييرات بر اساس رابطه (1-2) محاسبه مي گردد.
(‏3-8)

به گونه اي كه تعداد خوشه ها و تعداد اعضاي خوشه iام مي باشد و انحراف معيار و ميانگين اندازه خوشه ها است.

شکل ‏3-5: مقايسه درصد خوشه هاي خالي ايجاد شده در روشهاي مختلف خوشه بندي

شکل ‏3-6: مقايسه نرخ ميانگين انرژي سرخوشه ها نسبت به ميانگين انرژي نودهاي معمولي

شکل ‏3-7: مقايسه ضريب تغييرات اندازه خوشه ها در روشهاي مختلف خوشه بندي
آزمايش دوم:
در آزمايش شماره 2 طول عمر شبکه که يکي از معيارهاي اصلي کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر است مورد بررسي قرار گرفته است و طول عمر شبکه در استفاده از الگوريتم پيشنهادي با الگوريتم LEACH، HEED , Extended HEED و ICLA مقايسه شده است.
نتايج ارزيابي در شکل 3-8 نشان داده شده است. مشاهده مي گردد که طول عمر شبکه در حالتي که از الگوريتم پيشنهادي استفاده شده است بيشتر از طول عمر شبکه در استفاده از الگوريتمهاي مورد مقايسه مي باشد. اين افزايش طول عمر شبکه به دو دليل مي باشد: دليل اول ايجاد خوشه هاي متوازن تر با اندازه مناسب و تعيين سرخوشه هايي با انرژي بالاتر مي باشد. و دليل دوم الگوريتم مورد استفاده در فاز حالت پايدار مي باشد، که در اين فاز نودها بر طبق يک برنامه زمانبندي مناسب اطلاعات را ارسال مي دارند. در ضمن نود سرخوشه، با کاهش ميزان انرژي اش سرخوشه بودن را به نودي ديگر از خوشه محول مي نمايد.

شکل ‏3-8: مقايسه طول عمر شبکه در روشهاي مختلف خوشه بندي
3-4- جمع بندي
در اين فصل جهت افزايش طول عمر شبکه هاي حسگر بي سيم که يکي از پارامترهاي اصلي کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر مي باشد، روشي براي خوشه بندي نودها در شبکه هاي حسگر بر اساس ICLA ارائه گرديد. در اين روش خوشه بندي، ما پارامترهاي مختلفي مثل توازن اندازه خوشه ها، انرژي خوشه ها و … را مد نظر قرار داديم. نتايج آزمايشات نشان داد که روش ارائه شده، نسبت به ديگر روشهاي خوشه بندي، خوشه هاي متوازنتري ايجاد نموده و طول عمر شبکه را افزايش مي دهد.
4-
تجميع داده ها در شبكه هاي حسگر با استفاده از آتوماتاهاي يادگير
4-1- مقدمه
شبكه هاي حسگر از تعداد زيادي حسگر هاي ارزان قيمت با انرژي و منابع محاسباتي و حافطه اي محدود تشكيل شده اند. هر نود مي تواند اطلاعات خاصي مثل دما, رطوبت, فشار و … را حس نموده و داده هاي خوانده شده را به همسايگانش ارسال نمايد. به عبارت ديگر مهمترين توانايي هاي يك نود حسگري و ارتباط با ديگر نودها مي باشد. نودهاي حسگر به دليل محدويتهاي منابع و تواناييهايشان مستعد خرابي هستند. يكي از دلايل اصلي خرابي نودها, تخليه منابع انرژي است و به همين دليل انرژي در شبكه حسگر يك فاكتور حياتي است. کاهش مصرف انرژي و افزايش طول عمر سيستم در شبکه هاي حسگر يکي از معيارهاي کيفيت سرويس در اين سيستمها است. معمولا يك نود مركزي كه سينك ناميده مي شود, مقصد تمام بسته هاي اطلاعاتي در شبكه مي باشد. در بعضي از كاربردها تمام نودها توانايي ارتباط مستقيم با نود سينك را دارند. اما براي ارسال اطلاعات به فواصل طولاني انرژي زيادي صرف مي گردد. بنابراين, در بيشتر موارد نودها از طريق همسايگانشان, با نود سينك ارتباط برقرار مي نمايند. در اين حالت هر نود بايد بداند كه كداميك از همسايگانش بهتر مي تواند بسته ها را به نود سينك ارسال نمايد.
تاكنون الگوريتمهاي مسيريابي زيادي براي شبكه هاي حسگر ارائه گرديده است. الياس و محجوب در[74] تعدادي از الگوريتمهاي مسيريابي مثل MCFA , LEACH , PEGASIS , TEEN , GAF و SPIN را بررسي نموده اند و چند روش ديگر مثل EAR , Rumor, CADR و ACQUIRE در [75] به وسيله آكايا و يونس تشريح شده اند. در تعدادي از اين الگوريتمها هر نود ممكن است بيش از يك مسير تا نود سينك داشته باشد كه بر اساس يك سري معيارها, يكي از مسيرها انتخاب مي گردد. معيارهاي مختلف مثل فاصله تا نود سينك, بار ترافيكي و انرژي مصرفي در طول مسير جهت انتخاب مسير مناسب استفاده مي گردند. از آنجاييكه انرژي يك منبع حياتي است, ميزان مصرف انرژي در طول مسير مي تواند معياري مناسب براي اين هدف باشد. صرفه جويي در مصرف انرژي به دو شيوه مي تواند مد نظر قرار گيرد. يك روش, محاسبه مصرف انرژي براي هر مسير به صورت جداگانه و سپس انتخاب مسير با مينيمم انرژي مي باشد[76]. مشكل اين روش, نياز به انرژي محاسباتي براي هر مسير مي باشد. روش ديگر استفاده از تكنيك تجميع داده ها است. در تكنيك تجميع داده ها, بسته هاي اطلاعاتي بهم مرتبط, در نودهاي مياني با هم تركيب شده و يك بسته را تشكيل مي دهند. و اين بسته به نود سينك ارسال مي گردد. در استفاده از اين شيوه, مسيري انتخاب مي گردد كه بسته هاي مرتبط بيشتري داشته باشد. در اين روش تعداد بسته هايي كه در شبكه ارسال مي يابند كاهش خواهند يافت و بنابراين انرژي كمتري مصرف خواهد شد.
4-2- كارهاي انجام گرفته
بعضي از روشهايي كه براي تجميع داده ها در شبكه هاي حسگر ارائه گرديده اند مثل[77,78,79] روشهاي مبتني بر جستجو هستند. در اين روشها يك پرس و جو در نود سينك ايجاد شده و در شبكه پخش مي گردد. هر نود با دريافت اين پرس و جو آن را پردازش نموده و به همسايگانش ارسال مي نمايد. بعد از اينكه پرس و جو به طور كامل پردازش شد نتيجه به نود سينك برگشت داده خواهد شد. در اين سناريو بعضي از نودها فقط پرس و جو را پردازش مي كنند و بعضي ديگر آن را منتشر كرده نتايج جزئي را بدست مي آورند. نتايج را تجميع مي نمايند و آنها را به نود سينك بر مي گردانند.
در بعضي از كارهاي انجام شده مثل[80,81,82,83,84] شبكه ابتدا خوشه بندي مي شود. سپس سرخوشه ها, داده هاي دريافتي از هر خوشه را جداگانه تجميع مي نمايند. لطفي نژاد و ليانگ در [85] سعي كرده اند كه تأثير داده هاي تا حدي وابسته برروي كارايي روشهاي خوشه بندي در تجميع داده ها را بررسي نمايند. آنها نشان داده اند كه وابستگي داده ها, تأثير بسيار زيادي بر روي كارايي خوشه بندي دارد. بدين معنا كه كمتر بودن وابستگي داده ها, كارايي خوشه بندي را پايين مي آورد. آنها همچنين نشان داده اند كه مقدار انرژي مصرف شده در يك نود به ميزان زيادي به موقعيت آن نود در شبكه وابسته است و نودي كه از نود سينك فاصله زيادي دارد انرژي بيشتري نسبت به بقيه نودها مصرف مي نمايد. همچنين نشان داده اند كه طول عمر شبكه با ميزان مصرف انرژي كلي در شبكه نسبت عكس دارد.
روشهاي ديگري نيز براي مسئله تجميع داده ها در شبكه هاي حسگر پيشنهاد گرديده اند. كسترين و همكارانش در [86] سعي كرده اند كه داده هاي يك نود در يك بازه زماني را با يك معادله درجه سوم تخمين زده و به جاي ارسال خود داده ها, ضرايب چند جمله اي را به نود سينك ارسال نمايند. داسگوپتا و همكارانش در [87] فرض كرده اند كه هرنود در شبكه حسگر توانايي تجميع داده ها را دارد و بر پايه اين فرض روشي جهت افزايش طول عمر شبكه ارائه داده اند. آنها طول عمر شبكه را تا از بين رفتن اولين نود در شبكه در نتيجه تخليه انرژي تعريف كرده اند. اين روش سعي مي كند كه يك درخت تجميع كه نود سينك در ريشه آن قرار دارد و تمام حسگرها را مي پوشاند پيدا كند كه عمر شبكه را بيشينه مي نمايد. بدين منظور آنها تمام درختهاي تجميع را پيدا مي كنند و سپس از يك روش هيوريستيك جهت يافتن درختي كه طول عمر شبكه را ماكزيمم مي كند استفاده مي نمايد.
بيور و شرف در [89] الگوريتمي را پيشنهاد داده اند كه سعي مي كند مسيري به يك گروه يكسان از حسگرها (حسگرهايي كه داده هاي يكسان توليد مي كنند) بيايد. اين الگوريتم با ارسال يك بسته “ساخت مسير” به شبكه توسط نود سينك آغاز مي گردد. هر نود با دريافت اين بسته براي اولين بار بسته را به همسايگانش ارسال مي نمايد. و فرستنده را به عنوان والد مشخص مي نمايد. اگر يك نود چنين بسته اي را دوباره دريافت نمايد, بررسي مي كند كه آيا فرستنده متعلق به گروه خودش است يا خير. اگر اينگونه باشد, اين نود فرستنده جديد را به عنوان والد انتخاب مي كند. در اين روش هر مسير تا نود سينك, شامل نودهاي متعلق به گروه يكساني مي باشد و بنابراين نرخ تجميع در طول مسير افزايش مي يابد.
در[84] نودهاي حسگر الگوي داده را ارسال مي نمايند که نشان مي دهد چطور داده هاي حسگر بر اساس فواصل زماني از پيش تعيين شده تغيير مي کنند. سرخوشه الگوي داده را جمع اوري مي کند و فقط آنهايي را که با رويداد هاي بحراني منطبق مي گردند به ايستگاه پايه ارسال مي نمايند مثلا يک تغيير ناگهاني که مي تواند نشانه وقوع طوفان باشد. دراين حالت به جاي ارسال n داده تمام حسگرها k داده نماينده با استفاده از الگوريتم k_mean ارسال مي گردد.
در [85]SPIN با استفاده از مذاکرات فوق داده اي بين نودها، انتقال داده هاي اضافي حذف مي گردد. در spin همه نودها قطعاتي از اطلاعات مشخص و نامگذاري شده را دارند که مي خواهند به بقيه نودها ارسال نمايند. نودها بر اساس نام داده ها مذاکره مي کنند و فقط آيتم هاي درخواست شده مبادله مي گردند بنابراين هزينه ارسال داده هاي غير ضروري حذف مي گردد. اما در فاز مذاکره يک سربار قابل ملاحظه به سيستم تحميل مي گردد.
spin به طور واقعي از يک مکانيزم صريح تجميع داده استفاده نمي کند. تجميع به طور ضمني در طول مذاکره اوليه بين نودها با استفاده از فوق داده براي تصميم گيري در مورد اينکه چطور داده هاي واقعي مبادله گردند انجام مي گيرد.
در[77] انتشار مستقيم به عنوان يک پروتکل تجمع داده براي شبکه هاي حسگر پيشنهاد شده است که هدفش نظارت بر رويدادهايي است که معمولا با استفاده از تعداد کمي از نودها حس مي گردند. يک مثال از اين سناريو رديابي گروههاي حيوانات در يک ناحيه جغرافيايي خاص است. [78] tag يک سيستم پرس و جوي شبکه هاي حسگر است که يک سينتکس شبيه sql بکار مي برد و از تجميع داده ها به عنوان يک پرس و جو که در شبکه صورت مي گيرد استفاده مي کند.
جهت استفاده از يادگيري در تجميع داده ها تلاشهاي اندكي صورت گرفته است. رادي وجك و همكرانش در [89] از يك تكنيك يادگيري ماشين استفاده كرده اند كه در آن نودهاي حسگر فقط داده هاي ويژه اي كه لازم باشد را به نود سينك ارسال مي كند. الگوريتم يادگيري استفاده شده در اين روش, در نود سينك اجرا مي گردد و نتايج در شبكه منتشر مي شود. ليانگ و همكارانش در[90] براي هر نود از يك Q-learner استفاده كرده اند تا نودها داده هايشان را از مسيري با ماكزيمم نرخ تجميع ارسال نمايند.
در [91] روشي براي تجميع داده ها با استفاده از آتوماتاهاي يادگير ارائه گرديده است. در اين كار بدين گونه عمل شده است که داده هايي که از نودهاي واقع در محيط به نودهاي مياني ارسال مي گردند، در صورت تشابه داده اي با يکديگر تجميع شده تا حجم داده هاي ارسالي تا نود پايه و انرژي مصرفي اين نودها کاهش يابد. تشخيص نودهايي كه داده هاي يكسان توليد مي نمايند با استفاده از روش هوشمند آتوماتاهاي يادگير انجام مي شود.
جمع آوري داده به همراه تجميع
از آنجا که تعويض باطري هزاران نود حسگر در شبکه هاي حسگر بي سيم امکان پذير نيست افزايش طول عمر نودهاي حسگر, دغدغه اصلي در شبکه هاي حسگر است. بنا براين عمليات محاسباتي و پروتکلهاي ارتباطي در شبکه هاي حسگر بايد در حد امکان انرژي را به صورت کارا مصرف نمايند. در اين ميان اهميت پروتکلهاي انتقال داده از لحاظ مصرف انرژي بيشتر است. زيرا %70 از کل انرژي که در شبکه هاي حسگر بي سيم مصرف مي شود صرف انتقال داده ها مي گردد[78]. تکنيک هاي پوشش محيط و تجميع داده مي تواند

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع نودهاي، انرژي، معمولي Next Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع فعال نمودن