اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدإطالة عمر شبكات الحساسات اللاسلكية المعتمدة على بروتوكول ZigBee
Prolonging of ZigBee protocol Based wireless sensor network Life Time
2194
3 72
0
(
0
)
تأليف
جمال خليفة( باحث )
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
يلعب تخفيض استهلاك الطاقة للعقد المختلفة في شبكات الحساسات اللاسلكية دوراً هاماً وأساسياً في إطالة عمر هذه الشبكات. وكي لا يكون استهلاك الطاقة في بعض العقد كبيراً، وفي بعض العقد أقل، أو حتى صغيراً، فإن اختيار خوارزميات توزيع أدوار العقد، بين عقد طرفية، وعقد توجيه، وتبديل هذه الأدوار، يلعب دوراً هاماً في إطالة عمر شبكات الحساسات اللاسلكية. يقدم هذا البحث خوارزمية لتوزيع الأدوار بما يسمح بتشكيل نماذج شجرية متعددة لشبكة واحدة. وهذا يقدم الإمكانية لمنسق الشبكة بتبديل أدوار العقد مركزياً بتبديل النموذج الشجري كلما دعت الحاجة حسب مؤشرات استهلاك الطاقة في العقد. وتظهر النتائج أن استخدام الخوارزمية يؤدي إلى تحسن كبير في زمن حياة الشبكة يتراوح بين 2 و 4 مرات، وذلك حسب السماح بنوم واستيقاظ العقد أو عدم السماح بذلك. وذلك من أجل معدلات إرسال مختلفة. وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية بالاعتماد على استخدام تقنية ZigBee، وباستخدام المحاكاة، اعتماداً على المحاكي الشبكي NS-2.
The reducing of energy consumption for various nodes in wireless sensor networks plays an important and essential role in the prolonging of the life of these networks. In order not to be the energy consumption in some node is very high and in others is less or very low, the choice of distribution algorithms of the nodes role, as a router node or terminal nodes, and switching between them, plays an important role in prolonging the lifetime of wireless sensor networks. This paper presents an algorithm for the distribution of WSN nodes roles, including allowing the applying of many tree patterns to a single network. This offers the potential to alter the network nodes roles centrally by coordinator and switching between these tree patterns whenever the need arises according to the indicators of energy consumption in the nodes. The results show that the use of the algorithm leads to a significant improvement in the network life ranges between 2 and 4 times, according to the allowing the nodes to sleep and wakeup, or not, for different transmission rates where the scenarios have been tested for ZigBee based wireless sensors networks using NS-2 simulator.
مراجعة الذكاء الصنعي:
ملخص البحث
يلعب تخفيض استهلاك الطاقة للعقد المختلفة في شبكات الحساسات اللاسلكية دوراً هاماً في إطالة عمر هذه الشبكات. يقدم هذا البحث خوارزمية لتوزيع الأدوار بين العقد الطرفية وعقد التوجيه، مما يسمح بتشكيل نماذج شجرية متعددة لشبكة واحدة. يمكن لمنسق الشبكة تبديل أدوار العقد مركزياً استناداً إلى مؤشرات استهلاك الطاقة. تظهر النتائج أن استخدام الخوارزمية يؤدي إلى تحسن كبير في زمن حياة الشبكة يتراوح بين 2 و 4 مرات، حسب السماح بنوم واستيقاظ العقد. تم اختبار سيناريوهات عمل الشبكة باستخدام تقنية ZigBee والمحاكي الشبكي NS-2. تعتمد الخوارزمية على بناء نماذج شجرية مستقلة للشبكة وتبديل الأدوار بين العقد بناءً على مستوى الطاقة في البطاريات. تم اختبار الخوارزمية على شبكة تحتوي على 100 حساس موزعة على مساحة 100×100 متر مربع، وأظهرت النتائج تحسناً كبيراً في زمن حياة الشبكة عند تطبيق الخوارزمية مقارنة بعدم تطبيقها. يوصى باستخدام هذه الخوارزمية في الشبكات ذات الحجم المتوسط والصغير، وتجنب استخدامها في الشبكات الكبيرة لتجنب زيادة عدد التصادمات.
قراءة نقدية
دراسة نقدية: على الرغم من النتائج الإيجابية التي أظهرها البحث في تحسين زمن حياة شبكات الحساسات اللاسلكية باستخدام خوارزمية توزيع الأدوار، إلا أن هناك بعض النقاط التي يمكن تحسينها. أولاً، لم يتم التطرق بشكل كافٍ إلى تأثير العوامل البيئية الخارجية على أداء الخوارزمية، مثل التداخل الكهرومغناطيسي أو التغيرات في الطقس. ثانياً، قد تكون الخوارزمية معقدة من حيث التنفيذ العملي في البيئات الحقيقية، حيث تتطلب إدارة مركزية دقيقة وتنسيق مستمر بين العقد. ثالثاً، لم يتم اختبار الخوارزمية على أنواع مختلفة من الشبكات أو في سيناريوهات تطبيقية متنوعة، مما قد يحد من تعميم النتائج. أخيراً، يمكن تحسين البحث بإضافة دراسات مقارنة مع خوارزميات أخرى مشابهة لتقديم صورة أكثر شمولية عن الفوائد والتحديات.
أسئلة حول البحث
-
ما هي الأهداف الرئيسية لهذا البحث؟
يهدف البحث إلى تحسين زمن حياة شبكات الحساسات اللاسلكية من خلال تطوير خوارزمية لتوزيع الأدوار بين العقد الطرفية وعقد التوجيه، مما يسمح بتشكيل نماذج شجرية متعددة لشبكة واحدة وتبديل الأدوار بناءً على مؤشرات استهلاك الطاقة.
-
ما هي التقنية المستخدمة في هذا البحث لاختبار سيناريوهات عمل الشبكة؟
تم استخدام تقنية ZigBee والمحاكي الشبكي NS-2 لاختبار سيناريوهات عمل الشبكة وتقييم أداء الخوارزمية المقترحة.
-
ما هي النتائج التي أظهرتها الخوارزمية المقترحة في تحسين زمن حياة الشبكة؟
أظهرت النتائج أن استخدام الخوارزمية يؤدي إلى تحسن كبير في زمن حياة الشبكة يتراوح بين 2 و 4 مرات، حسب السماح بنوم واستيقاظ العقد.
-
ما هي التوصيات التي يقدمها البحث بشأن استخدام الخوارزمية في الشبكات الكبيرة؟
يوصى بتجنب استخدام الخوارزمية في الشبكات الكبيرة لتجنب زيادة عدد التصادمات، ويمكن استخدام أكثر من منسق لتوزيع الحمل بشكل أفضل.
المراجع المستخدمة
Jennifer Yick, Biswanath Mukherjee, DipakGhosal, “Wireless sensor network survey,” Computer Networks, Elsevier Publications, vol. 52, pp. 2229–2330, 2008
Z. Xu, Yue Yin, Jin Wang and Jeong-UkKim“An Energy-Efficient Clustering Algorithm in WSN with Multiple Sinks”, International Journal of Distributed Sensor Network, 2012
K. Padmanabhan, Dr. P. Kamalakkannan “Energy Efficient Adaptive Protocol for Clustered Wireless Sensor Networks” IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 5, No 1, September 2013
Tony Ducrocq, Michaël Hauspie, and Nathalie Mitton; Balancing Energy Consumption in Clustered; Wireless Sensor Networks; ISRN Sensor Networks; September 2013
Gun M., Kosar R., Ersoy C. Lifetime optimization using variable battery capacities and nonuniform density deployment in wireless sensor networks // Computer and information sciences, 2007. iscis 2007. 22nd international symposium on. 2007. P. 1–6
قيم البحث
اقرأ أيضاً
العديد من تطبيقات شبكات الحساسات اللاسلكية كتطبيقات حرائق الغابات و مراقبة البيئة تحبذ الاستفادة من حركة الأشخاص أو الأليات أو الحيوانات في الغابة لتحسين أداء الشبكة.
قمنا في هذا البحث بتطوير بروتوكولنا السابق (بروتوكول التوجيه الشجري الديناميكي DTR
) ليدعم الحركية في شبكات الحساسات اللاسلكية، و في هذا الإطار قمنا أولاً بتقريب عملية حساب السرعة الحديه التي تمكن الحساس من الارتباط بنجاح مع المنسقات المجاورة. و قمنا ثانياً باختبار أداء البروتوكول (MDTR) في شبكة حساسات تحتوي على عدد من الحساسات المتحركة التي تقوم بإرسال الحزم باتجاه منسق الشبكة الرئيسي.
بينت نتائج المحاكاة باستخدام محاكي الشبكات الإصدار الثاني NS2، تقريباً جيداً لحساب السرعة الحدية، كذلك أظهرت أداءً جيداً للبروتوكول MDTR من ناحية زمن التأخير و معدل النقل و عدد القفزات مقارنة بالبروتوكول AODV و البروتوكول MZBR
العديد من تطبيقات شبكات الحساسات اللاسلكية كتطبيقات حرائق الغابات ومراقبة البيئة تحبذ الاستفادة من حركة الأشخاص أو الأليات أو الحيوانات في الغابة لتحسين أداء الشبكة.
قمنا في هذا البحث بتطوير بروتوكولنا السابق (بروتوكول التوجيه الشجري الديناميكي DT
R) ليدعم الحركية في شبكات الحساسات اللاسلكية، وفي هذا الإطار قمنا أولاً بتقريب عملية حساب السرعة الحديه التي تمكن الحساس من الارتباط بنجاح مع المنسقات المجاورة. وقمنا ثانياً باختبار أداء البروتوكول (MDTR) في شبكة حساسات تحتوي على عدد من الحساسات المتحركة التي تقوم بإرسال الحزم باتجاه منسق الشبكة الرئيسي.
بينت نتائج المحاكاة باستخدام محاكي الشبكات الإصدار الثاني NS2، تقريباً جيداً لحساب السرعة الحدية، كذلك أظهرت أداءً جيداً للبروتوكول MDTR من ناحية زمن التأخير ومعدل النقل وعدد القفزات مقارنة بالبروتوكول AODV والبروتوكول MZBR.
تظهر أهمية شبكات الحساسات اللاسلكية wireless sensor networks (WSN) باستخدامها في تطبيقاتٍ عديدة في مجالات الحياة المختلفة، كالرعاية الصحية، والمراقبة البيئية، والمجالات العسكرية والاقتصادية و الأتمتة الصناعية وتطبيقات عديدة أخرى.
ويحتل تطوير هذه
الشبكات وتحسين أدائها حيزاً هاماً من اهتمام مراكز الأبحاث والمعاهد العلمية المختصة. كما أن الاهتمام ببنى هذه الشبكات كمدخل إلى تحسين أدائها يعدُّ واحداً من أهم التقنيات والأساليب التي أعطت نتائجَ جيدةً في هذا المجال، وتُعدُّ البنية العنقودية واحدة من أهم البنى التي حظيت بالاهتمام المتزايد على مدى السنوات الأخيرة.
اقتُرح في هذا البحث تعديل بنية شجرة العناقيد Cluster tree بتقسيم العناقيد المكونة لشجرة العناقيد إلى مجموعات فرعية، وكل مجموعة من هذه المجموعات الفرعية تعمل كشجرة صغيرة من العقد. وتشير النتائج التي تم الحصول عليها بطريقة المحاكاة، إلى تحسن كبير على صعيد تقليل استهلاك الطاقة ومن ثمَّ زيادة في زمن حياة الشبكة، أي ضمان عمل الشبكة لفترات إضافية أطول، وذلك مقارنة بشجرة العناقيد التقليدية. ولكن ذلك كان على حساب انخفاض معدلات الإرسال ونسبة التسليم قليلاً في هذه الشبكات. مما يدفعنا إلى التوصية باستخدام هذه الطريقة بناء الشبكات المستخدمة في مراقبة الزراعات المحمية وغيرها من الشبكات ذات معدلات الإرسال المنخفضة
تلعب بروتوكولات التحويل دورا أساسيا في تلبية متطلبات جودة الخدمة في الشبكة، إلا أن تحقيق هذا الأمر قد يتطلب عمليات إرسال و استقبال متكررة و بناء جداول تحويل تستهلك مصادر الحساسات إذا أخذنا بالاعتبار محدودية شبكات الحساسات اللاسلكية من حيث الطاقة المت
وفرة و كمية التخزين.
تم في هذا البحث مقارنة أداء بروتوكول التحويل AODV و بروتوكول التحويل الهرمي HR من ناحية معدل إيصال و خسارة الحزم، و زمن التأخير و التأرجح، و كمية الطاقة المصروفة في شبكة حساسات لاسلكية تعمل وفق المعيار 802.15.4 في الحالة التي تخرج فيها قسم من الحساسات عن العمل لفترات محددة.
بينت النتائج أن بروتوكولات التحويل الهرمية تحقق أداء أفضل من حيث زمن التأخير و معدل النقل و كمية الطاقة المستهلكة من بروتوكول التحويل AODV، لكنها تعاني من فقد أكبر للحزم نتيجة انقطاع مسار التحويل الناتج عن تعطل الحساسات.
يشكل استخدام شبكات الحساسات اللاسلكية في مراقبة الزراعات المحمية، والتحكم بها، واحداً من المجالات التي لاقت رواجاً واسعاً في الآونة الأخيرة، لما تقدمه هذه الشبكات من خدمات، وتسهيلات، ووثوقية على مستوى المراقبة والتحكم.
يسهم هذا البحث في دراسة تطبي
ق هذه التقنية على البيوت البلاستيكية المنتشرة في بلدنا، وعلى مساحات واسعة. ويقدم حلولاً لعمل شبكات المراقبة والتحكم الخاصة بذلك في الزمن الحقيقي، وبما يضمن أداء جيداً وفقاً لمعايير تقييم أساسة، مثل تخفيض التأخير الزمني، وزيادة في النفاذية ، وزيادة نسبة تسليم الرزم، وتخفيض عدد الرزم المفقودة، مع زيادة حمل الشبكة.
وضِع من أجل ذلك عدد من السيناريوهات التي تماثل واقع بناء وتشغيل البيوت البلاستيكية في منطقتنا، اعتماداً على تقنية ZigBee. وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية، باستخدام المحاكاة، بما يسمح باستنتاج التوصيات للاسترشاد بها حين العمل على تركيب مثل هذه الشبكات في أماكنها لتعمل بالشكل الأفضل، وذلك من أجل مساحات مختلفة وعدد كبير من الصالات
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
