اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدتقييم أداء البروتوكولات الحيوية للتحكم بالوصول للوسط في شبكات الحساسات اللاسلكية
Evaluation of Bio-inspired MAC Protocols in Wireless Sensor Networks
1340
0 28
0
(
0
)
نشر من قبل
جامعة البعث ورقة بحثية
تاريخ النشر
2015
مجال البحث
الحاسبات والتحكم الآلي
والبحث باللغة
العربية
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
في هذا البحث قمنا بدراسة أكثر البروتوكولات الحيوية للتحكم بالوصول للوسط استخداماً في شبكات الحساسات اللاسلكية, و اخترنا في دراستنا كل من البروتوكول المستوحى من مستعمرة النمل المثلى, و البروتوكول المستوحى من مستعمرة النحل المثلى, و البروتوكول المستوحى من أسراب الطيور, و قمنا بعمليات مقارنة لهذه البروتوكولات الحيوية فيما بينها و مع بروتوكول تقليدي غير حيوي, و ذلك وفق معايير أداء الشبكة و نسبة التسليم (الوثوقية) و طول عمر الشبكة.
In this research we study some of the most Bio-inspired MAC protocols widely used in WSNs. we select the protocols which depends on ant colony optimization behavior (ACO), bee colony optimization behavior (BCO) and particle swarm optimization.
مراجعة الذكاء الصنعي:
ملخص البحث
تتناول هذه الدراسة تقييم أداء البروتوكولات الحيوية للتحكم بالوصول للوسط (MAC) في شبكات الحساسات اللاسلكية (WSNs). تتضمن الدراسة مقارنة بين البروتوكولات المستوحاة من سلوك مستعمرة النمل (ACO)، ومستعمرة النحل (BCO)، وأسراب الطيور (PSO)، مع بروتوكول تقليدي غير حيوي (LEACH). تم تطبيق هذه البروتوكولات على حساسات من نوع XBEE S2، وتم الحصول على النتائج باستخدام برنامج XCTU. أظهرت النتائج أن البروتوكول المستوحى من سلوك النحل (BCO) يقدم أداءً أفضل في البيئات المغلقة قصيرة المدى، بينما البروتوكول المستوحى من سلوك الطيور (PSO) يقدم أداءً أفضل في البيئات المفتوحة. كما أظهرت الدراسة أن البروتوكول المستوحى من سلوك النمل (ACO) مناسب للتطبيقات الدورية وعمليات المراقبة. تم تقييم البروتوكولات بناءً على معايير أداء الشبكة، نسبة التسليم، وطول عمر الشبكة، وتم تقديم توصيات لاستخدام كل بروتوكول بناءً على نوع التطبيق والبيئة المحيطة.
قراءة نقدية
دراسة نقدية: تعتبر هذه الدراسة شاملة ومفيدة في مجال تقييم البروتوكولات الحيوية في شبكات الحساسات اللاسلكية، حيث تقدم مقارنة مفصلة بين عدة بروتوكولات مستوحاة من الطبيعة. ومع ذلك، يمكن تحسين الدراسة من خلال تضمين تجارب إضافية في بيئات متنوعة أكثر، مثل البيئات الصناعية أو البيئات ذات التداخل الكهرومغناطيسي العالي. كما يمكن أن تكون الدراسة أكثر شمولية إذا تضمنت تحليلًا اقتصاديًا لتكلفة تنفيذ كل بروتوكول، بالإضافة إلى دراسة تأثير العوامل البيئية المختلفة على أداء البروتوكولات. بشكل عام، الدراسة تقدم مساهمة قيمة في مجال شبكات الحساسات اللاسلكية، ولكن يمكن تعزيزها بمزيد من التجارب والتحليلات.
أسئلة حول البحث
-
ما هي البروتوكولات الحيوية التي تمت دراستها في البحث؟
تمت دراسة البروتوكولات المستوحاة من سلوك مستعمرة النمل (ACO)، ومستعمرة النحل (BCO)، وأسراب الطيور (PSO).
-
ما هو البروتوكول الذي أظهر أفضل أداء في البيئات المغلقة قصيرة المدى؟
البروتوكول المستوحى من سلوك النحل (BCO) أظهر أفضل أداء في البيئات المغلقة قصيرة المدى.
-
ما هي المعايير التي تم استخدامها لتقييم أداء البروتوكولات؟
تم تقييم أداء البروتوكولات بناءً على معايير أداء الشبكة، نسبة التسليم، وطول عمر الشبكة.
-
ما هي التوصيات لاستخدام البروتوكولات بناءً على نوع التطبيق؟
ينصح باستخدام البروتوكولات المستوحاة من مستعمرة النمل (ACO) للتطبيقات الدورية وعمليات المراقبة، والبروتوكولات المستوحاة من أسراب الطيور (PSO) للتطبيقات في البيئات المفتوحة، والبروتوكولات المستوحاة من مستعمرة النحل (BCO) للتطبيقات التي تتطلب استهلاك طاقة منخفض.
المراجع المستخدمة
Joseph K, M. Calle, " MAC Protocols Used byWireless Sensor Networks and a General Method of Performance Evaluation ", International Journal of Distributed Sensor Networks, 2012
M. Bani Yassein, A. Al-zou'bi, Y. Khamayseh, W. Mardini. "Improvement on LEACH Protocol of Wireless Sensor Network", International Journal of Digital Content Technology and its Applications, Volume 3, Number 2, June 2009
Dorigo M., Stuzle T. (2004) "Ant Colony Optimization"- the MIT Press, 2004. – p. 33-41
قيم البحث
اقرأ أيضاً
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.
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.
في هذا البحث قمنا بدراسة و مقارنة أشهر مقاييس جودة الوصلات داخل شبكات الحساسات
اللاسلكية التي تعتمد على بروتكول التوجيه الشجري (CTP) المضّمن داخل نظام التشغيل
(TinyOS) و ذلك من أجل عدة نماذج لشبكة حساسات لاسلكية، و قمنا بإجراء محاكاة لهذه
المقايي
س باستخدام محاكي الشبكات (TOSSIM) و ذلك من أجل تقييم أدائها.
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.
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
