اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديددراسة أداء خوارزمية APS في تحديد الموقع في شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء
Performance Study of APS Algorithm for position Determination in Underwater Wireless Sensor Networks
1666
0 47
0
(
0
)
تأليف
بشرى معلا( باحث )
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
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.
Wireless Sensor Networks (WSNs) are often deployedrandomly;this makes the positiondetermination of deployed nodes a very difficult issue, which is called localization problem. The importance of node localization information becomes from the facility of routing operation and the network control, that makes the network works correctly. Nowadays, Global Position System (GPS) is appeared as the most important position system, but it is inapplicable for the low-cost self-configure sensor networks, and also it is impossible to install GPS for each sensor nodebecause of high cost, large volume and high complexity required of adding it to nodes, especially for large network.Therefore, a few number of nodes may be configured with GPS. In this paper,we will study the localization algorithmAd-hoc Positioning System (APS) algorithmused inUnderwater WSN, andwill testthe effectiveness of usingitin determining the node position based on the distance calculated by anchor nodes. These nodes are the nodes which know their positions.
مراجعة الذكاء الصنعي:
ملخص البحث
تتناول هذه الورقة البحثية دراسة أداء خوارزمية APS في تحديد المواقع في شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء. تُعتبر شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء من التقنيات الحديثة التي تُستخدم لمراقبة البيئة المائية وجمع البيانات عنها. تُعد مشكلة تحديد مواقع العقد في هذه الشبكات من التحديات الكبرى نظرًا للطبيعة العشوائية لنشر العقد. تُستخدم خوارزمية APS لتحديد مواقع العقد العادية بمساعدة عدد قليل من العقد المجهزة بنظام GPS، والتي تُعرف بعقد المرساة. تعتمد الخوارزمية على حساب المسافات بين العقد باستخدام عامل التصحيح الذي يتم حسابه من قبل عقد المرساة. تم اختبار فعالية الخوارزمية باستخدام المحاكاة الحاسوبية في بيئة مائية تمثل بحيرة سد الحويز. أظهرت النتائج أن الخوارزمية قادرة على تحديد مواقع العقد بدقة مع نسبة خطأ صغيرة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب تحديد المواقع بدقة في البيئات المائية.
قراءة نقدية
تُعد هذه الدراسة خطوة مهمة نحو تحسين تقنيات تحديد المواقع في شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء. ومع ذلك، هناك بعض النقاط التي يمكن تحسينها. أولاً، تعتمد الدراسة بشكل كبير على المحاكاة الحاسوبية، وكان من الأفضل إجراء تجارب ميدانية للتحقق من دقة النتائج في بيئة حقيقية. ثانيًا، لم تتناول الدراسة تأثير العوامل البيئية المتغيرة مثل التيارات المائية ودرجة الحرارة والملوحة بشكل كافٍ، والتي قد تؤثر على دقة تحديد المواقع. أخيرًا، يمكن تحسين الخوارزمية لتكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، خاصة في البيئات التي تكون فيها إعادة شحن البطاريات صعبة.
أسئلة حول البحث
-
ما هي أهمية تحديد مواقع العقد في شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء؟
تحديد مواقع العقد يسهل عمليات التوجيه والتحكم في الشبكة، مما ينعكس بشكل إيجابي على أداء الشبكة وفعاليتها في جمع البيانات ومراقبة البيئة المائية.
-
لماذا لا يمكن استخدام نظام GPS في جميع عقد الحساسات اللاسلكية تحت الماء؟
نظام GPS غير مناسب للعقد الصغيرة والمتعددة في الشبكات الكبيرة بسبب التكلفة العالية، الحجم الكبير، والتعقيد في إضافته إلى كل عقدة.
-
كيف تساهم عقد المرساة في تحديد مواقع العقد الأخرى في الشبكة؟
عقد المرساة مجهزة بنظام GPS وتبث مواقعها إلى العقد الأخرى. تعتمد العقد العادية على هذه المعلومات لحساب مواقعها باستخدام خوارزمية APS وعامل التصحيح.
-
ما هي التحديات الرئيسية التي تواجه تصميم شبكات الحساسات اللاسلكية تحت الماء؟
تشمل التحديات محدودية عرض النطاق الترددي، ضعف القنوات تحت الماء، محدودية طاقة البطارية، معدلات عالية لخطأ البت، تأثير التبعثر والامتصاص، وتأخير الانتشار الطويل.
المراجع المستخدمة
MohsinMurad, Adil A. Sheikh, Muhammad Asif Manzoor, EmadFelemban, and SaadQaisar, “A Survey on Current Underwater Acoustic Sensor Network Applications”,International Journal of Computer Theory and Engineering, 7(1): 51-56, February 2015
J. Liu, Z. Wang, M. Zuba, Z. Peng, J. Cui, and S. Zhou, “JSL: Joint time synchronization and localization design with stratification compensation in mobile underwater sensor networks”, 9th Annual IEEE Communications Society Conference onSensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks (SECON), pp. 317-325, 2012
A. Syed and J. Heidemann, “Time Synchronization for High LatencyAcoustic Networks”, Twenty-five AnnualJoint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies(INFOCOM), Barcelona, Spain, 2006
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.
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.
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.
أدت كل من التكلفة المنخفضة و سهولة نشر شبكات الحساسات اللاسلكية إلى جعلها خياراً جذاباً للعديد من التطبيقات مثل تطبيقات مراقبة البيئة و التعقب في الزمن الحقيقي و الأمن و غيرها. و لكن في الواقع تتغذى عقد هذه الشبكات من البطاريات و تملك قيودا على الذاك
رة , و عرض الحزمة المتاح , و القدرة على المعالجة, مما جعلها توصف بأنها شبكات ذات طبيعة مقيدة للموارد و هذا ما فرض مجموعة من التحديات على تصميم و أداء هذه الشبكات . إن سعة البطارية المحدودة في عقد الحساسات جعل موضوع استهلاك الطاقة بفعالية و كفاءة تحدٍ رئيسي في هذه الشبكات. لذا توجب على بروتوكولات التوجيه أن تستخدم الطاقة بفعالية بهدف إطالة عمر الشبكة .
قمنا في هذه البحث بإجراء محاكاة لمجموعة من بروتوكولات التوجيه الهرمية و هي LEACH,SEP,DEEC,TEEN و تقييم أدائها مقارنة ببروتوكول النقل المباشر DT و ذلك في شبكات WSN المتجانسة و المتباينة باستخدام الماتلاب.
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
