مقاله ارائه یک روش جدید فازی-ژنتیکی برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله ارائه یک روش جدید فازی-ژنتیکی برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم دارای ۱۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله ارائه یک روش جدید فازی-ژنتیکی برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله ارائه یک روش جدید فازی-ژنتیکی برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله ارائه یک روش جدید فازی-ژنتیکی برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم :

چکیده – شبکههای حسگر بیسیم که برای نظارت و کنترل یک محیط خاص مورد استفاده قرار میگیرند، از تعداد زیادی گره حسگر ارزان قیمت تشکیل شدهاند که به صورت متراکم در یک محیط پراکنده میشوند. یکی از عمدهترین چالشها در این نوع شبکهها، محدودیت مصرف انرژی است که مستقیما طول عمر شبکه حسگر را تحت تأثیر قرار میدهد. خوشه بندی به عنوان یکی از روشهای شناخته شدهای است که بطور گستردهای برای مواجه شدن با این چالش مورد استفاده قرار میگیرد. در این مقاله، یک روش خوشهبندی جدید انرژی آگاه با ترکیب الگوریتم ژنتیک و منطق فازی برای خوشه بندی مناسب گرههای شبکه ارائه میشود. در این روش ابتدا گرههای سرخوشه با استفاده از یک روش جدید مبتنی بر منطق فازی تعیین میشوند و سپس گرههای دیگر براساس الگوریتم ژنتیک به گرههای سرخوشه اختصاص داده میشوند. براساس نتایج شبیهسازیها، روش پیشنهادی در مقایسه با الگوریتمهای مشابه دیگر میتواند طول عمر شبکه را ۱۰ تا ۳۷ درصد افزایش دهد و مصرف انرژی در شبکه را به صورت متعادل در بین همه گرههای شبکه توزیع کند.

کلید واژه- شبکههای حسگر بیسیم، منطق فازی، الگوریتم ژنتیک، مصرف انرژی، طول عمر شبکه.

-۱ مقدمه

پیشرفتهای اخیر در زمینه الکترونیک و مخـابرات بیسـیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را بـا تـوان مصـرفی پـایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربردهـای گونـاگون داده اسـت.

این حسگرهای کوچک که توانایی انجـام اعمـالی چـون دریافـت اطلاعات مختلف محیطـی (بـر اسـاس نـوع حسـگر)، پـردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایدهای برای ایجـاد و گسترش شبکههای موسوم به شبکههای حسگر بیسیم شـدهاند.

یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گرههای حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخـش شـده و بـه جمـعآوری اطلاعات از محیط میپردازند. لزوماً مکان قـرار گـرفتن گرههـای حسگری، از قبل تعیین شده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم مـیآورد کـه بتـوانیم آنهـا را در مکانهـای خطرناک و یا غیرقابل دسترس رها کنـیم ۱]، .[۲ بـا اینکـه هـر حسگر به تنهایی توانـایی نـاچیزی دارد، ترکیـب صـدها حسـگر

کوچــک امکانــات جدیــدی را عرضــه میکنــد. گســتره کــاربری شبکههای حسـگر بیسـیم بسـیار وسـیع بـوده و از کاربردهـای کشـاورزی، پزشـکی و صـنعتی تـا کاربردهـای نظـامی را شـامل میشود.

مصرف بهینه انرژی در شبکههای حسگر بیسـیم بـه عنـوان یک چالش مهم محسوب میشود. از آنجا که حسـگرهای موجـود در شــبکههای حســگر بیســیم دارای تــوان مصــرفی محــدودی هستند، لذا پس از گذشت زمان، تـوان مصـرفی آنهـا بـه اتمـام رسیده و غیرفعال میشوند. با توجه به اینکه از شبکههای حسـگر بیسیم در محیطهای غیرقابل دسترس استفاده میشود، بنـابراین تعویض باتری حسگرها یـا خـود حسـگرها بسـیار پرهزینـه و در مواردی غیرممکن است. لذا باید روشهایی وجود داشته باشد که مصرف انـرژی در شـبکههای حسـگر بیسـیم را مـدیریت کنـد و مصرف انرژی را بهینهسازی کند .[۵-۳]

خوشهبندی یک روش کارآمد برای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم است. در واقع بـا اسـتفاده از روشهـای

۱

خوشهبندی در شـبکههای حسـگر بیسـیم، حسـگرها موجـود در شبکه به خوشههایی تقسـیم میشـوند و بـرای هـر خوشـه یـک سرخوشه در نظر گرفته میشود. حسگرها به جای اینکه دادههای حس شده را خودشان مستقیما به ایستگاه اصـلی ارسـال کننـد، ابتدا دادهها به سرخوشه و سپس سرخوشه دادههـای دریـافتی را به ایستگاه اصلی ارسال میکند. این باعـث میشـود کـه مصـرف انرژی حسگرها بسیار کاهش یابد. اما مسئله مهم ایـن اسـت کـه باید سرخوشهها و اعضای آنها بـه گونـه ای انتخـاب شـوند کـه مصرف انرژی در شبکه حسگر بیسـیم حـداقل شـود .[۶] لـذا در این مقاله یک روش جدیدی مبتنی بر خوشهبندی بـرای کـاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بیسـیم بـا اسـتفاده از یـک روش فازی-ژنتیکی معرفی میشود.

-۲ مروری بر کارهای گذشته

تــاکنون الگوریتمهــای زیــادی در زمینــه خوشــه بنــدی در شــبکههای حســگر بــی ســیم ارائــه شــده اســت. یکــی از ایــن الگوریتمهای معروف، الگوریتم LEACH است. این پروتکل از دو فاز راه اندازی و حالت دائمی تشکیل شده است. به هر بار اجرای این دو فاز یک دوره گفته میشود. فاز اول فاز راه اندازی نام دارد که در واقع فاز تشکیل خوشهها است و فاز دوم مربوط به عملکرد عادی شبکه است که فاز حالت دائمی (پایـدار) نـام دارد. در فـاز اول بنـابر یـک تـابع احتمـال تطبیقـی، سرخوشـهها انتخـاب میشونداز آنجا کـه انـرژی مصـرفی در سرخوشـهها نسـبت بـه گرههای عضو بیشتر است، پس از مدتی انرژی سرخوشـهها تمـام میشود. لذا الگوریتم LEACH از خوشه بندی پویا اسـتفاده مـی کند.[۳] بـدین معنـی کـه پـس از هـر دوره عملیـات ارسـال و دریافت، به عبارت دیگر پـس از هـر بـار اجـرای فـاز راه انـدازی، سرخوشهها عوض شده و گره دیگری بطـور تصـادفی بـه عنـوان سرخوشه انتخاب می شود. پس از آنکه در فاز راه اندازی در هـر دوره، سرخوشهها انتخاب شدند، هر سرخوشـه انتخـاب خـود را بعنوان سرخوشه به سایر گرهها اعـلام مـیکنـد و هـر گـره نیـز سرخوشه مناسب برای خود را انتخاب میکند و ایـن امـر را بـه سرخوشه مربوطه اعلام میکند و بدین صـورت خوشـهها شـکل میگیرند.

پروتکل HEED نیز یکی دیگر از پروتکل های معروف در زمینه خوشه بندی گره های شبکه حسگر بی سیم است، این الگوریتم با LEACH در نحوه انتخاب سرخوشهها متفاوت است. انتخاب

سرخوشهها در HEED بصورت تکراری انجام میشود. یک سرخوشه منتخب تنها به همسایگانش اعلام وضعیت میکند در حالی که در LEACH کل گرههای شبکه از سرخوشه شدن یک گره مطلع میشوند .[۶]

استفاده از الگوریتمهای متمرکز در کاربردهای شبکههای حسگر بیسیم کمک میکند تا بتوان الگوریتمهای هوشمند یا غیر هوشمند بهینه را در شبکه استفاده کرد و پارامترهای آنها را بطور تطبیقی در حین اجرا، تغییر داد. در این بخش فرض بر اینست که کلیه عملیات تشکیل و مدیریت خوشهها در ایستگاه اصلی انجام میگیرد. ایستگاه اصلی به عنوان یک مرکز پردازنده قدرتمند و با انرژی نامحدود، قادر است پس از دریافت اطلاعات انرژی و همچنین موقعیت گرههای شبکه، آنها را در خوشههای متوازن از نظر مصرف انرژی کل، دستهبندی کند. هدف اینست که ساختار بوجود آمده از گرهها و تعدادی سرخوشه، طوری در سطح شبکه توزیع شده باشند که مصرف انرژی کل شبکه مینیمم شود ۴]، ۱۰،۷،.[۵