ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

تقييم أداء خوارزميات تحديد الموقع في شبكات الحساسات اللاسلكية

Evaluation Performance Of Localization Algorithms in Wireless Sensor Networks

1287   0   38   0.0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2018
  مجال البحث الهندسة المعلوماتية
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل Shamra Editor




اسأل ChatGPT حول البحث

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: المعتمدة 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.


ملخص البحث
تتناول هذه الدراسة تقييم أداء خوارزميات تحديد الموقع في شبكات الحساسات اللاسلكية، حيث تُعد عملية تحديد موقع عقد الحساسات اللاسلكية المنتشرة في الوسط ضرورية لتطبيقات متعددة مثل الأمن والحماية وتتبع الأهداف. تصنف خوارزميات تحديد الموقع إلى نوعين: المعتمدة على المدى (Range-based) وغير المعتمدة على المدى (Range-free). ركزت الدراسة على الخوارزميات غير المعتمدة على المدى لأنها أقل كلفة من حيث متطلبات أجهزة العتاد الصلب المستخدمة. استخدم الباحثان برنامج الماتلاب لمحاكاة الخوارزميات وتقييم أدائها بناءً على عدد العقد الشبكية، عدد العقد المرجعية، ومجال اتصال العقد. أظهرت النتائج تفوق خوارزمية عدم الانتظام (Amorphous) في تحقيق دقة عالية في تحديد الموقع وكلفة أقل من حيث عدد العقد المرجعية المطلوبة لتحقيق خطأ موقع صغير. أوضحت الدراسة أن زيادة عدد العقد المرجعية يؤدي إلى انخفاض خطأ الموقع لجميع الخوارزميات، وأن زيادة مجال الاتصال تؤدي إلى زيادة خطأ الموقع. كما أن زيادة عدد العقد في الشبكة تؤدي إلى تحسين دقة تحديد الموقع لبعض الخوارزميات مثل خوارزمية شعاع المسافة بالقفزات وخوارزمية عدم الانتظام.
قراءة نقدية
تعتبر هذه الدراسة مهمة في مجال شبكات الحساسات اللاسلكية، حيث تقدم تحليلًا شاملاً لأداء خوارزميات تحديد الموقع غير المعتمدة على المدى. ومع ذلك، يمكن توجيه بعض النقد البناء للدراسة. أولاً، الدراسة تركز بشكل كبير على المحاكاة باستخدام برنامج الماتلاب، وكان من الممكن تعزيز النتائج بإجراء تجارب عملية على شبكات حساسات حقيقية. ثانياً، لم تتناول الدراسة بشكل كافٍ تأثير العوامل البيئية المختلفة مثل التداخل الكهرومغناطيسي والظروف الجوية على أداء الخوارزميات. ثالثاً، كان من الممكن تقديم تحليل أعمق لتأثير استهلاك الطاقة على أداء الخوارزميات، خاصةً أن استهلاك الطاقة يعتبر عاملًا حاسمًا في شبكات الحساسات اللاسلكية. بشكل عام، الدراسة تقدم إسهامًا قيمًا في مجالها، ولكن يمكن تحسينها بإضافة المزيد من التجارب العملية والتحليل الشامل للعوامل المؤثرة.
أسئلة حول البحث
  1. ما هي الخوارزميات التي ركزت عليها الدراسة ولماذا؟

    ركزت الدراسة على الخوارزميات غير المعتمدة على المدى لأنها أقل كلفة من حيث متطلبات أجهزة العتاد الصلب المستخدمة.

  2. ما هي الأداة التي استخدمها الباحثان لمحاكاة الخوارزميات؟

    استخدم الباحثان برنامج الماتلاب لمحاكاة الخوارزميات.

  3. ما هي الخوارزمية التي أظهرت تفوقًا في الدراسة؟

    أظهرت خوارزمية عدم الانتظام (Amorphous) تفوقًا في تحقيق دقة عالية في تحديد الموقع وكلفة أقل من حيث عدد العقد المرجعية المطلوبة.

  4. كيف تؤثر زيادة عدد العقد المرجعية على خطأ الموقع؟

    زيادة عدد العقد المرجعية تؤدي إلى انخفاض خطأ الموقع لجميع الخوارزميات.


المراجع المستخدمة
JEVTIC,M.;ZOONIC,N.Evaluation of Wireless Sensor Network Simulators. 17th Telecommunication forum TELFOR,Serbia, Belgrade, November 24-26, 2009
STOLERU,R.;HE,T.;STANKOVIC,J.A.Range-Free Localization. Secure Localization and Time Synchronization for Wireless Sensor and Ad Hoc Networks. Advances in Information Security, vol.30. Springer, Boston,vol.30,2007,3-33
SINGH,S.;SHAKYA,R.;YADUVIR,S.Localization Techniques in Wireless Sensor Networks International Journal of Computer Science and InformationTechnologie,vol.6, 2015,844-850
قيم البحث

اقرأ أيضاً

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.
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.
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 المستوح ى 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.
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.

الأسئلة المقترحة

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