ترجمه سمینار درس شبکه بی سیم: پروتکل ناهمگن HEED برای شبکه های سنسور بی سیم

ترجمه سمینار درس شبکه بی سیم: پروتکل ناهمگن HEED برای شبکه های سنسور بی سیم
چکیده
یکی از مهم ترین پروتکل های افزایش عمر شبکه در شبکه های سنسور بی سیم پروتکل توزیع شده کارا در انرژی HEED میباشد.این پروتکل برای تشخیص cluster head  دو پارامتر در نظر میگیرد. باقیمانده انرژی و چگالی نود. البته برای شبکه های WSN  همگن طراحی شده است.در این مقاله ما پیاده سازی HEED  برای شبکه های نا همگن را در نظر رفته ایم.با توجه به نوع نود ها ۳ سطح یک ، دو ، سهنا همگن  را دارد. و با توجه به نوع پیاده سازی به سه نوع hetHEED-1 ، hetHEED-2 ، hetHEED-3،تقسیم میگردد.البته ما یک پارامتر بیشتر نیز در نظر گرفتیم فاصله و اضافه کردن منطق فازی  برای مشخص نمودن کلاستر هدها و این سه را به صورت hetHEED-FL، hetHEED-FL-2، hetHEED-FL-3 نامگذاری کردیم.نتایج شبیه سازی نشان داد که همان قدر که سطح ناهمگنی  در شبکه بالا میرود نودها زمان بیشتری را در شبکه باقی میمانند. و همچنین این بالا بردن سطح به ارسال بیشتر پکت ها به سمت ایستگاه مرکزی و بالا بردن عمر شبکه کمک میکند.بالا بردن انرژی شبکه عمر شبکه را چند برابر میکند.در واقع استفاده از منطق فازی در HEED  اصلی بدون هیچ گونه افزایش انرژی عمر شبکه را ۱۱۴٫۸۵ % زیاد میکند. بنابراین hetHEED-FL-3  بیشترین عمر شبکه (افرایش ۳۸۷٫۹۴ درصدی در عمر شبکه با افرایش ۱۹ درصدی انرژی شبکه) ارسال بیشترین تعداد بسته ها به سمت ایستگاه مرکزی وکمترین مبزان اتلاف انرژی  را فراهم میکند.

مقدمه
ارتباط وایرلس یکی از مهمترین انواع ارتباطات است که نیازی به ساختار ثابت ندارد.شرایط بسیاری هست که ارتباط وایرلس میتواند پیاده سازی شود مثل آتشفشان ،مدیریت شرایط  جنگی ، ساختمان های قدیمی .در واقع زمانی استفاده میشود که استفاده از شبکه های کابلی سخت یا از نظر مالی غیر عملی است. شبکه های وایر لسی که از سنسور استفاده می‌کنند وایرلس سنسور نت ورک WSN  نامیده میشوند.این شبکه ها به سادگی قابل گسترش ، بدون نیاز به تعمیرات می‌باشد و همچنین برای جمع آوری اطلاعات از محیط یک پلت فرم تحمل پذیر خطا فراهم میاورند.آنها از نظر هزینه کارا هستند زیرا سنسور ها بسیار ارزان هستند و به هیچ ساختاری احتیاج ندارند.سنسورها توانایی احساس محیط برای وقایعی مانند صدا ،نور،رطوبت ،دما ، لرزش و غیره را دارند.آنها داده را با محاسبه شرایط جامع اطراف خود جمع میکنند و به سمت سینک یا مرکز پردازش داده که از اینترنت استفاده میکند میفرستد. در حال حاضر سیستم های وایرلس با این موارد سر و کار دارد:پیاده سازی ارتباطات با توان پایین، احساس ، ذخیره انرژی و محاسبات. در WSN  ارتباطات میتواند به صورت تک گامی یا چند گامی صورت پذیرد.در ارتباطات تک گامی (یا ارتباطات peer to peer) نود های سنسور به طور مستقیم با هم یا ایستگاه مرکزی ارتباط برقرار میکنند.درارتباطات چند گامی ممکن است هرنود  توسط چند گام به ایستگاه مرکزی متصل شود.پیاده سازی سنسور ها در WSN  میتواند با توجه به نوع برنامه کاربردی  به دو صورت  قطعی  یا رندوم صورت پذیرد.همچنین آنها میتوانند ساکن و یا در مکان های مختلف باشند.به صورت ذاتی همگن یا ناهمگن باشند.ازآنجایی که باتری سنسور ها تمام میشود انرژی آنها برای مدبریت بیشتر منطقه  باید به صورتبسیار کارا استفاده شود.یکی از راه حل های ممکن برای افزایش عمر WSN استفاده از سنسور های بیشتر میباشد. اما این ممکن است باعث  افزایش تصادم شود در این مورد مکانیزم زمانبندی مناسب  باید استفاده شود.راه حل دیگر برای افزایش عمر بکار گرفتن ناهمگنی در نود های سنسور میباشد.سه نوع ناهمگنی داریم محاسباتی ،لینک و انرژی.در نا همگنی محاسباتی، نود ناهمگن منابع بیشتری دارد مانند میکرو پروسس های قدرتمند و حا فظه بیشتر.پس بنابر این پردازش داده پیچیده تر و حافظه بیشتری دارد.در ناهمگنی لینک نود ناهمگن پهنای باند بیشتر و  شبکه فرستنده و گیرنده با فاصله بیشتر دارد.پس بنابراین میتواند ارتباطات مطمئن بیشتری را فراهم کند. ناهمگنی انرژی یعنی نود های سنسور دارای سطوح مختلف انرژی هستند.ناهمگنی محاسباتی و لینک صریحا وابسته به انرژی هستند بنابراین ناهمگنی انرژی به عنوان بهترین نامزد برای ناهمگنی در WSN  در نظر گرفته میشود .گزارش شده که بر قراری ناهمگنی در سنسورها عمر را بالا میبرد، قابلیت اطمینان ارتباط را افزایش میدهد و تاخیر ارتباط داده ها را کاهش میدهد.پروتکل های مختلفی برای WSN  که دسته بندی های مختلفی دارد وجود دارد. یکی از مهم ترین آنها پروتکل های خوشه بندی یا سلسله مراتبی میباشد.مثل ساسله مراتب خوشه ای انطباقی با انرژی پایین LEACH . و اصلاحات مختلف آن مانندLEACH-C، LEACH-M، و همچنین پروتکل های دیگر مانند  TEEN، APTEEN، SEP ، EECS، DEEC، HEED . بین این پروتکل ها HEED  از معروفترین ها میباشد.