ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

خوارزمية شعاع العناوين متعددة القفزات (AV-MH) لتحديد الموضع في شبكات الحساسات اللاسلكية

Address Vector Multi Hop (AV_MH) Algorithm for Localization in Wireless Sensor Networks

1159   0   8   0.0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2017
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل مهند عيسى




اسأل ChatGPT حول البحث

تعتبر عملية تحديد الموضع عملية أساسية في الكثير من تطبيقات الحساسات اللاسلكية كتطبيقات المراقبة البيئية وكشف حرائق الغابات، حيث ترمى الحساسات عشوائيا في الأماكن التي يصعب الوصول اليها، وباعتبار محدودية الحساسات اللاسلكية من حيث الطاقة المتوفرة وقدرة المعالجة تبرز الحاجة إلى خوارزمية غير مكلفة من الناحية المادية ومن ناحية استهلاك الطاقة لتحديد موضع الحساسات.


ملخص البحث
تتناول هذه الورقة البحثية خوارزمية جديدة لتحديد الموضع في شبكات الحساسات اللاسلكية، والتي تُعرف بخوارزمية شعاع العناوين متعددة القفزات (AV_MH). تُعتبر عملية تحديد الموضع ضرورية في العديد من التطبيقات مثل مراقبة البيئة وكشف حرائق الغابات. تستند الخوارزمية المقترحة إلى الاستفادة من عملية توزيع العناوين القصيرة في الشبكات التي تدعم العنونة الهرمية، مثل شبكات ZigBee و6LowPAN التي تعتمد على المعيار IEEE802.15.4. تُظهر النتائج أن الخوارزمية قادرة على تحديد موضع تقريبي للحساسات بطريقة سريعة وغير مكلفة من حيث عدد الرسائل المرسلة والحسابات المطلوبة. تعتمد الخوارزمية على بناء الشبكة هرميًا وتوزيع العناوين، مما يُمكن الحساسات من تحديد موضعها بناءً على متوسط المسافة والميل للفروع التي تنتمي إليها. تُوفر الخوارزمية دقة مقبولة في تحديد الموضع وتُقلل من استهلاك الطاقة بفضل تقليل عدد الرسائل المرسلة.
قراءة نقدية
تُعد هذه الورقة البحثية خطوة مهمة في مجال تحديد الموضع في شبكات الحساسات اللاسلكية، إلا أن هناك بعض النقاط التي يمكن تحسينها. أولاً، تعتمد الخوارزمية بشكل كبير على توزيع العناوين الهرمي، مما قد يكون غير فعال في البيئات ذات التوزيع العشوائي الكبير للحساسات. ثانيًا، لم تتناول الورقة بشكل كافٍ تأثير العوامل البيئية المختلفة مثل التداخل الكهرومغناطيسي والعوائق الفيزيائية على دقة تحديد الموضع. ثالثًا، كان من الممكن تقديم مقارنة أكثر تفصيلًا بين الخوارزمية المقترحة والخوارزميات الأخرى الموجودة في الأدبيات لتوضيح الفروق والميزات بشكل أفضل. وأخيرًا، يُفضل إجراء تجارب ميدانية إضافية للتحقق من فعالية الخوارزمية في بيئات متنوعة ومعقدة.
أسئلة حول البحث
  1. ما هي الخوارزمية المقترحة في الورقة البحثية؟

    الخوارزمية المقترحة هي خوارزمية شعاع العناوين متعددة القفزات (AV_MH) لتحديد الموضع في شبكات الحساسات اللاسلكية.

  2. ما هي الفائدة الرئيسية لاستخدام خوارزمية AV_MH؟

    الفائدة الرئيسية هي القدرة على تحديد موضع تقريبي للحساسات بطريقة سريعة وغير مكلفة من حيث عدد الرسائل المرسلة والحسابات المطلوبة، مما يُقلل من استهلاك الطاقة.

  3. ما هي التقنيات التي تدعم العنونة الهرمية المستخدمة في الخوارزمية؟

    التقنيات التي تدعم العنونة الهرمية المستخدمة في الخوارزمية هي شبكات ZigBee و6LowPAN التي تعتمد على المعيار IEEE802.15.4.

  4. ما هي النقاط التي يمكن تحسينها في البحث؟

    يمكن تحسين البحث من خلال تناول تأثير العوامل البيئية المختلفة على دقة تحديد الموضع، وتقديم مقارنة أكثر تفصيلًا بين الخوارزمية المقترحة والخوارزميات الأخرى، وإجراء تجارب ميدانية إضافية.


المراجع المستخدمة
ﻻ يوجد مراجع
قيم البحث

اقرأ أيضاً

تعد عملية تحديد موقع عقد الحساسات اللاسلكية المنتشرة في الوسط ضرورية من أجل التطبيقات التي تعد فيها المعلومات المتعلقة بموقع التحسس معلومات مهمة كتطبيقات الأمن و الحماية و تتبع الأهداف و غيرها من التطبيقات. تصنف خوارزميات تحديد الموقع إلى نوعين: المع تمدة على المدى Range-based و غير المعتمدة على المدى (Range-free). ركزت الدراسة على الخوارزميات غير المعتمدة على المدى لأنها أقل كلفة من حيث متطلبات أجهزة العتاد الصلب المستخدمة. استخدم الماتلاب في محاكاة الخوارزميات، حيثُ جرى تقييم أدائها في ظل تغيير عدد العقد الشبكية، عدد العقد المرجعية، إضافة الى مجال اتصال العقد بغيةَ توضيحِ اختلافات الأداء من ناحية خطأ الموقع. أظهرت النتائج تفوق خوارزمية عدم الانتظام (Amorphous)، محققة دقة عالية في تحديد الموقع، و كلفة أقل بالنسبة الى عدد العقد المرجعية المطلوبة لتحقيق خطأ موقع صغير.
غالباً ما يتم نشر شبكات الحساسات اللاسلكية بشكل عشوائي مما يجعل إمكانية تحديد مواقع العقد المنشورة أمراً غاية في التعقيد، و هو ما يسمى مشكلة تحديد مواقع العقد. إن أهمية معلومات مواقع العقد تأتي من السهولة التي تقدمها هذه المعلومات في عمليات التوجيه و التحكم بالشبكة، الأمر الذي ينعكس بشكل من الأشكال على عمل الشبكة بشكل صحيح. في الوقت الحاضر، ظهر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي يعد أهم نظام تحديد المواقع، لكن تكلفة إضافته إلى كل عقدة باهظة، لاسيما في التطبيقات التي تعتمد على شبكات كبيرة الحجم، كما سيتسبب بزيادة حجم العقدة، لذا يمكن تجهيز عدد قليل من العقد بـ GPS، و التي ستساهم بدورها في مساعدة العقد الأخرى على معرفة مواقعها.سندرس في هذه البحث خوارزمية نظام تحديد الموقع (APS) المستخدمة في شبكة الحساسات اللاسلكية تحت الماء، و فيها تكون هناك بعض العقد مجهزة بـ GPS، و التي تساهم في تحديد مواقع العقد الأخرى المتبقية في الشبكة. و سيتم اختبار فعالية استخدام هذه الخوارزمية في تحديد موقع العقدة اعتماداً على المسافة المحسوبة من قبل عقد المرساة القادرة على تحديد موقعها.
غالباً ما يتم نشر شبكات الحساسات اللاسلكية بشكل عشوائي باستخدام طائرة على سبيل المثال، لذا لا يمكن الحصول على مواقع غالبية هذه العقد بشكل مسبق. لذلك، سينتج لدينا ما يسمى مشكلة تحديد الموقع، أي كيف يتم الحصول على معلومات موقع العقد المجهولة، و يعد هذا الموضوع من أهم مواضيع هذه الشبكات. لا يمكن لشبكات الحساسات اللاسلكية أن تعمل بشكل صحيح دون معلومات الموقع. يعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نظام تحديد المواقع الأكثر استخداماً و نضجاً في الوقت الحاضر. و لكن لأن العقد عادة ما يكون عيبها هو ارتفاع نفقاتها، و حجمها الكبير، و ارتفاع تكلفتها، كما أنها تتطلب بناء قاعدياً خاصاً بالـ GPS، لذا فإن GPS غير قابل للتطبيق في هذه الشبكات التي هي بطبيعتها ذاتية التكوين منخفضة التكلفة، و كذلك فإنه من المستحيل أن يتم تثبيت GPS لكل عقدة حساس. سندرس في هذه البحث آليات تحديد الموقع غير المعتمدة على GPS و المستخدمة في شبكات الحساسات اللاسلكية، و سيتم اختبار فعالية استخدام خوارزمية ميوزيك MUSIC في تحديد زوايا ورود الإشارة اعتماداً على تكنولوجيا SDMA و هوائي ESPAR.
تتكون شبكة الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة (WMSN) من عدد كبير من العقد الحساسة صغيرة الحجم، منخفضة الطاقة، ومحدودة الموارد، تنشر في حقل الاختبار. تمتلك هذه العقد القدرة على تحسس معطيات الوسائط المتعددة من البيئة المحيطة، وتخزينها، ومعالجت ها وإرسالها في الزمن الحقيقي. تُعدّ قضية الأمن في هذه الشبكات إحدى القضايا المهمّة للدراسة، وذلك نظراً لطبيعتها الخاصّة، إضافة إلى أهمية تحقيق متطلبات الأمن الأساسية للمعلومات المُرسَلة عبر الشبكة. يُعدّ استخدام تقنيات التشفير من الأساليب الفعالة لتحقيق متطلبات الأمن الأساسية في هذه الشبكة. إنَ خوارزمية MQQ التي اقترحت حديثاً، هي إحدى خوارزميات المفتاح العام PKC، والتي حققت هذه الخوارزمية أداءً جيّداً مقارنةً مع نظيراتها من خوارزميات المفتاح العام الأخرى. نقدّم في هذا البحث دراسة تحليلية لتطبيق خوارزمية التشفير غير المتناظر MQQ في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة. لتحقيق هدفنا استخدمنا صوراً حقيقية ملتقطة من قبل عقدة حساس لاسلكي داعم للوسائط المتعددة، وتم دراسة بعض البارامترات الهامّة التي تقيم أداء هذه الخوارزمية مثل حجم المفاتيح المولدة والصور المشفرة، وزمن التنفيذ، والحيز المحجوز من ذاكرة الحساس، إضافة إلى درجة تعقيد الخوارزمية المدروسة. أظهرت النتائج أن خوارزمية MQQ-ENC قدمت أداءً جيداً، إذ أن زمن تنفيذ العمليات أفضل مما هو عليه في خوارزمية RSA. كما بينت النتائج أيضاَ ضرورة أخذ الحجم الكبير للمفتاح العام بالحسبان عند تطبيقها في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة.
تقدم برامج المحاكاة المستخدمة ضمن مجال شبكات الحساسات اللاسلكية تمثيلاً عن النظام الحقيقي دون الحاجة للقيام بعملية نشر فعلية للعقد وما يترافق مع ذلك من تكاليفٍ باهظة, وتكون العمليات المباشرة المعرفة ضمن الطبقة الفيزيائية في معظم هذه البرامج ضمنية وغي ر مقدمة بشكلٍ واضح، وهذا ما دفعنا إلى بناء نواة لنظام منصة محاكاة افتراضية، لنكون بذلك قادرين على محاكاة عمليات البروتوكولات والخوارزميات المطبقة ضمن شبكات الحساسات على مستوى وحدة المعالجة المركزية. تهدف منصة المحاكاة المقترحة إلى مراقبة تنفيذ العمليات على المستوى المنخفض للبنية الفيزيائية لعقد الحساسات مع القدرة على التعديل عند هذا المستوى. وباعتبار أن أمن التوجيه يشكل أحد أهم التحديات ضمن شبكات الحساسات، لذا سنطبق ضمن هذا العمل إحدى خوارزميات أمن التوجيه ضمن الواجهة المتعلقة بمنصة المحاكاة المقترحة ومراقبة التنفيذ على المستوى المنخفض لعمليات المعالج، الأمر الذي يتيح لنا إمكانية اكتشاف نقاط الضعف والعمل على تحسين الخوارزميات وتطويرها. طُبِّقت ثلاثة سيناريوهات لتقييم أداء منصة المحاكاة المقترحة، حيث بينت النتائج مرونة وفعالية عالية لهذه المنصة في تتبع سير العمليات المنجَزة ضمن عقد الحساسات على مستوى لغة الـ Assembly.
التعليقات
جاري جلب التعليقات جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
mircosoft-partner

هل ترغب بارسال اشعارات عن اخر التحديثات في شمرا-اكاديميا