عنوان

مدیریت کارآمد چاهک متحرک جهت افزایش کارایی شبکه های حسگر بی‌صسیم با استفاده از الگوریتم های هوش مصنوعی,‮‭Effective mobile sink management for performance enhancing of wireless sensor networks using artificial intelligence algorithms‬

Number

‭۲۳۰۵۳پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مدیریت کارآمد چاهک متحرک جهت افزایش کارایی شبکه های حسگر بی‌صسیم با استفاده از الگوریتم های هوش مصنوعی

Parallel Title Proper

‮‭Effective mobile sink management for performance enhancing of wireless sensor networks using artificial intelligence algorithms‬

First Statement of Responsibility

/صمد نجارقابل

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی برق وکامپیوتر

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۹‬

Name of Manufacturer

، راشدی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۰۲‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

علوم کامپیوتر

Date of degree

‮‭۱۳۹۹/۰۶/۰۳‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

شبکه‌های حسگر بی‌صسیم از همکاری و تعامل میان تعداد زیادی گره‌صهای حسگر بی‌صسیم تشکیل شده‌صاند که توسط ایستگاه پایه مدیریت می‌صشوند .گره‌صهای حسگر بی‌صسیم، داده‌صها را از محیط تحت نظارت شبکه جمع‌صآوری کرده، آن‌صها را پردازش نموده و جهت تجزیه‌ص‍ و تحلیل بیشتر به چاهک ارسال می‌صکنند .جمع‌صآوری داده آگاه به انرژی مهم‌صترین چالش در شبکه‌صهای حسگر بی‌صسیم به شمار می‌صرود .گره‌های حسگر بی‌صسیم برای تأمین انرژی خود، به باتری‌هایی با توان اندک متکی هستند .بنابراین، یکی از مهم‌صترین محدودیت‌ها در حوزه شبکه‌های حسگر بی‌صسیم، محدودیت انرژی است .استفاده از چاهک ایستا در این شبکه‌صها می‌صتواند سرعت جمع‌صآوری داده‌صها را بالا ببرد .ولی باعث ایجاد مشکل چاله انرژی می‌صشود .ازاین‌رو، استفاده از چاهک متحرک، جهت جمع‌صآوری داده از گره‌صهای حسگر بی‌صسیم در برنامه‌صهای کاربردی با تحمل‌صپذیری تأخیر بالا، رویکرد کارآمدی خواهد بود .درواقع، اگر مسیر طی شده توسط چاهک متحرک طولانی انتخاب شود، تأخیر غیرقابل‌صقبولی در روند جمع‌صآوری داده‌صها به وجود می‌صآید .درعین‌حال، انتخاب کوتاه‌صترین مسیر برای چاهک متحرک، ممکن است انرژی مصرفی گره‌صهای حسگر بی‌صسیم را افزایش دهد و درنتیجه، کارایی روش‌صهای جمع‌صآوری داده مبتنی بر چاهک متحرک را پایین آورد .پس مسیر مناسبی باید انتخاب شود تا هم تاخیر و هم انرژی قابل قبولی داشته باشد .در سال‌های اخیر، تحقیقات بسیاری در حوزه جمع‌صآوری داده در شبکه‌صهای حسگر بی‌صسیم با استفاده از چاهک متحرک جهت مقابله با مشکل چاله انرژی انجام شده است .این تحقیقات را می‌صتوان به دو دسته رویکردصهای جمع‌صآوری داده در شبکه‌صهای بدون مانع و رویکردهای جمع‌صآوری داده در شبکه‌صهای مانع‌صدار تقسیم‌صبندی کرد .هدف اصلی رویکردهای بدون مانع تعیین مسیر بهینه برای حرکت چاهک متحرک است تا تأخیر ارسال داده‌صها از گره‌صهای منبع به چاهک و انرژی مصرفی گره‌صها کاهش یابد .درنتیجه، طول عمر شبکه حسگر بی‌صسیم بیشتر شود .در رویکردهای مانع‌صدار، تعیین مسیر حرکت چاهک متحرک و نقاط ملاقات مناسب با در نظر گرفتن شرایط محیطی مانع‌صدار انجام می‌صگیرد که موانع موجود در محیط یافتن راه‌صحل را پیچیده‌صتر می‌صکند .برای مقابله با چالش‌صهای مذکور، در این رساله، راهکارهایی جهت بهبود کارایی شبکه‌صهای حسگر بی‌صسیم در محیطصهای بدون مانع و مانع‌صدار، طراحی و پیاده‌صسازی شده‌صاند .در راهکار اول، ابتدا گره‌صهای حسگر بی‌صسیم توزیع‌صشده در محیط بدون مانع، با استفاده از الگوریتم تکاملی خوشه‌صبندی می‌صشوند .سپس، با بهره‌صگیری از الگوریتم‌ص‍ یادگیری ماشین، مسیر بهینه‌صای بین سرخوشه‌صهای انتخاب شده ارائه می‌صشود .همچنین، در طول اجرای این راهکار، متد با پیچیدگی زمانی کم ارائه می‌صشود تا بتواند سرخوشه‌صها را به‌روزرسانی کرده و خوشه‌صبندی کل شبکه را تغییر دهد .انتخاب معیارهای مناسب برای به‌روزرسانی سرخوشه‌صها می‌تواند کارایی شبکه حسگر بی‌صسیم را به میزان قابل‌صتوجهی بهبود بخشد .در راهکار پیشنهادی دوم، توسعه راهکار اول با در نظر گرفتن موانع غیر قابل عبور بررسی شده است .در راهکار سوم شرایط واقعی‌صتری از محیط تحت نظارت) محیط مانع‌صدار (مدنظر قرار گرفته شده است .به‌صگونه‌صای که علاوه بر موانع غیرقابل عبور، سختی حرکت چاهک درنظر گرفته شده است .با درنظر گرفتن اطلاعات سه‌صبعدی محیط و توربندی کردن آن، خوشه‌صبندی کل شبکه و مسیری برای چاهک متحرک ساخته شده است .در این گام نیز از الگوریتم-های یادگیری ماشین، بهینه‌صسازی و یک سری متد جدید برای یافتن جواب استفاده شده است .راهکارهای پیشنهادی علاوه بر توانایی ارائه ساختار مناسب جهت جمع‌صآوری داده توانسته جهت افزایش کارایی شبکه، به-روزرسانی مناسبی برای سرخوشه‌صها و تور چاهک متحرک پیشنهاد دهد .نتایج حاصل از شبیه‌صسازی‌صها نشان می‌صدهد که هر سه راهکار پیشنهادی در حوزه‌صی بیان مسئله خود توانسته‌صاند نسبت به راهکارهای موجود، کارایی مناسب‌صتری داشته باشد .کارایی از نظر مصرف انرژی، طول عمر شبکه، تعادل مصرف انرژی گره‌صهای حسگر و سربار الگوریتمی بررسی شده است .در نهایت، با توجه به بهبودهای حاصله در هر یک از پارامترهای ارزیابی، هر سه راهکار پیشنهادی برای جمع‌صآوری داده توانسته‌صاند به تعادل مناسبی از مصرف انرژی و تاخیر ارسال داده برسند

Text of Note

Wireless Sensor Networks (WSNs) consist of collaboration and interaction between a large number of wireless sensor nodes that are managed by the base station. Wireless sensor nodes gather data from the environment and send it to the sink for further analysis. Data gathering is one of the most critical challenges in WSNs. Sensor nodes rely on low-power batteries to power themselves. Therefore, one of the essential constraints in the field of WSNs is the severe energy limit. Although using the static sink in these networks can speed up data gathering, it causes energy hole problems. Therefore, using a Mobile Sink (MS) to collect data from sensor nodes in high-delay-tolerance applications will be an efficient approach. If the path of the mobile sink is not optimally selected, there could be an unacceptable delay in the data collection process. However, choosing the shortest route for a MS may increase the power consumption of the sensor nodes; As a result, it reduced the efficiency of MS-based data gathering methods. In recent years, a large number of researches has been considered the data gathering in WSNs using MSs to deal with the problem of energy holes. This research can be divided into two categories; data gathering approaches in networks with obstacles and data gathering approaches in obstacle-free networks. The main goal of obstacle-free approaches is to determine the optimal path for the MS to reduce the delay in sending data from the nodes to the base station and the energy consumption of the nodes. As a result, the lifetime of the wireless sensor network is improved. In obstacle-based approaches, determining the MS tour and rendezvous points are one of the ongoing challenges in this field. To address the above-mentioned challenges, in this dissertation, obstacle-free and obstacle-based environments approaches are designed and implemented to improve the performance of WSNs. In the first approach, sensor nodes which are distributed in the free-obstacle environment, are clustered using an evolutionary algorithm. Then, the optimal path between the determined headers is provided using the machine learning algorithm. Also, an algorithm with low-time complexity is provided to be able to update the headers and change the clustering throughout the network. In the second approach of the proposed approach of the dissertation, the first approach is developed by considering the obstacles. Finally, In the third approach, we consider the more realistic conditions of the environment. Besides, the cost of moving the MS is considered. MS tour is constructed using unique methods by considering the 3D information of the environment. In this approach, machine learning algorithms, optimization, and novel methods are used to find the best solution. The proposed approaches provide a data transmission structure with balanced power consumption and data delivery delay. Furthermore, proper updating methods are proposed to update the clusters and MS tour. The results of the simulations show that all three proposed approaches have been able to be more effective than the existing solutions. Performance in terms of energy consumption, network lifetime, the energy balance of sensor nodes, and overhead have been investigated

Parallel Title

‮‭Effective mobile sink management for performance enhancing of wireless sensor networks using artificial intelligence algorithms‬

نجارقابل، صمد

Najjar-Ghabel, Samad

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی