کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با متلب

در این بخش پروژه شبیه سازی کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN یا شبکه حسگر بی سیم با الگوریتم قلمرو رنگی را در نرم افزار متلب به همراه داکیومنت کامل فارسی و فیلم آموزشی فارسی آماده کره ایم که الگوریتم استفاده شده در آن یک الگوریتم کاملا جدید بوده برای اولین بار در این مورد استفاده قرار گرفته است. در ادامه به معرفی شبکه حسگر بی سیم و الگوریتم قلمرو رنگی پرداخته و بخش هایی از فیلم آموزشی پروژه همراه با تصاویر خروجی در محیط متلب قرار داده شده است.

شبکه حسگر بی سیم (WSN)

یک شبکه حسگر بی سیم (Wireless Sensor Network – WSN) شامل مجموعه ای از گره های حسگر یا سنسور می باشد که تحت یک الگوریتم تعریف شده و به صورت بی سیم، اطلاعت را جمع ‌آوری کرده و پردازش می‌ کند. مزیت اصلی این شبکه‌ ها در مقیاس پذیری و در دسترس بودن آنها است و در عوض عیبی این شبکه ها دارد، محدودیت های سخت افزاری و همچنین محدودیت در مصرف انرژی می ‌باشد. تحقیقات گسترده ای در مورد ارائه الگوریتم های بهینه سازی مصرف انرژی، برای شبکه ‌های حسگر بی سیم (WSN) ارائه شده که هر یک از آنها نقطه قوت و ضعفی را داشه اند، لذا در پروژه حاضر نیز هدف ارائه راهکاری بهتر از روش های پیشین با تکیه بر الگوریتم قلمرو رنگی (ابداع شده توسط ما)، به منظور کاهش مصرف انرژی در مقابل محدودیت های سخت افزاری می ‌باشد.

معرفی پروژه

تکنیک استفاده شده در این پروژه، بکارگیری الگوریتم قلمرو رنگی جهت کاهش مصرف انرژی شبکه است که در آن تلاش شده تا حداقل نیاز برای تبادل اطلاعات در میان گره ها و تبادل اطلاعات در میان نود ها با سینک مرکزی انجام شود. در سناریو پروژه پس از ایجاد شبکه، ابتدا همه گره ها به شکل همگن مقدار دهی می شوند، سپس تعداد دور روی حداکثر مقدار ۱۰۰۰۰ دور تنظیم می شود. در طول هر دور، ابتدا سرخوشه ‌ها با استفاده از پارامتر های تنظیم کننده که در داکیومنت فارسی نیز تشریح شده، انتخاب می شود. قلمرو هر سرخوشه (Cluster Head)، با در نظر گرفتن ناحیه سرخوشه و نیز ناحیه محیط شبیه سازی تعیین می‌ شود تا در این قلمرو، هیچ سرخوشه دیگری تعیین نشود. پس از انتخاب سرخوشه ‌ها، گره های عادی با در نظر گرفتن فاصله، به صورت یک گام سرخوشه بهینه خود را بر اساس انرژی باقی مانده و فاصله انتخاب می ‌کنند و تبادل اطلاعات در یک دور انجام می شود که در طول هر دور، هر یک از گره ها یا نودها عادی فقط یک بار اطلاعات خود را ارسال می‌ کند.

نودها یا گره های سرخوشه، همه اطلاعات را از دیگر گره ها دریافت می کند و با حذف اطلاعات مشترک و خوشه، اطلاعات اساسی را به نود سینک ارسال می‌ کنند، در مرحله بعدی انرژی مصرفی نودهای عادی با تکیه بر فاصله از سرخوشه و انرژی مصرفی سرخوشه‌ ها با تکیه بر فاصله و نیز تعداد نود هایی که آنها را به عنوان سرخوشه‌ ها انتخاب کرده ‌اند، ارزیابی می شود و در آخر این انرژی ارزیابی شده، از انرژی باقی مانده گره های عادی و سرخوشه کم می شود.

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل طرح کلی پروژه

پارامترهای اساسی شبیه سازی

  1. در این پروژه طول و عرض ناحیه، برای کنترل ناحیه کاری شبکه و نیز تعیین قلمرو هر سرخوشه مورد استفاده قرار گرفته ‌اند.
  2. تعداد نودها برای تعیین نودهای کل شبکه و نیز تنظیم تعداد سرخوشه‌ ها که برابر با ۱۱% کل نودها می ‌باشد، مورد استفاده قرار گرفته ‌اند.
  3. انرژی اولیه نودها برای تعیین کل انرژی شبکه و نیز رنگ نودها در مراحل مختلف شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته است.
  4. پارامترهای ثابت مصرف انرژی که بر گرفته از الگوریتم لیچ می ‌باشد و شامل مصرف انرژی در حین ارسال هر بیت، مصرف انرژی تقویت، مصرف انرژی جمع ‌آوری داده و … می‌ باشد.
  5. انرژی به عنوان مقدار انرژی باقی ماندها نودها.
  6. چگالی به عنوان تعداد نودهای موجود در قلمرو هر نود.
  7. وزن به عنوان متوازن کننده سرخوشه شدن نودها در هر دور.
  8. میانگین فاصله به عنوان معیاری مشابه معکوس چگالی که زیاد بود آن برخلاف چگالی، شانس سرخوشه شدن نود را کاهش می‌ دهد.

نتایج شبیه سازی با نرم افزار MATLAB

نتایج پروژه با تاکید بر پایداری شبکه، بر مبنای دو فاکتور اساسی کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه حسگر بی سیم ارزیابی شد، خروجی ها شبیه سازی با نرم افزار MATLAB نشان دهنده افزایش توازن مصرف انرژی و نزدیک شدن عمر شبکه (زمان اولین مرگ) و عمر قطعی شبکه (زمان آخرین مرگ)، است که نشان دهنده عملکرد بالای شبکه نسبت به الگوریتم LEACH و دیگر روش ها می ‌باشد.

تصاویر خروجی پروژه در محیط MATLAB

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۲

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۱۱

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۴۱

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۷۵

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۹۸

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل اجرای شبیه سازی در دور ۱۴۲

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل الگوی تغییر نودها

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل الگوی تغییر سرخوشه ها

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل الگوی طول عمر شبکه

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

شکل الگوی مصرف انرژی شبکه

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

تصویر بخشی از داکیومنت پروژه که خطوط برنامه نویسی تشریح شده است

کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

تصویر بخشی از داکیومنت پروژه که خطوط برنامه نویسی تشریح شده است کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

تصویر بخشی از داکیومنت پروژه که خطوط برنامه نویسی تشریح شده است کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر در شبکه WSN با الگوریتم قلمرو رنگی در MATLAB

تصویر بخشی از داکیومنت پروژه که خطوط برنامه نویسی تشریح شده است


مشاهده ویدئو در این باره

خوشحال خواهیم شد اگر نظر خودتون رو درباره این مطلب ثبت کنید

خطا!دکمه ریفریش را بزنید