الگوریتم بهینه سازی کلنی مورچه برای افزایش طول عمر شبکه (مقاله ترجمه شده)

چکیده

کاهش مصرف انرژی گره های شبکه یکی از مهمترین مشکلات بمنظور مسیر یابی در شبکه های حسگر بی سیم بدلیل محدودیت باطری در هر حسگر بشمار می رود. این مقاله یک الگوریتم مسیر یابی مبتنی بر بهینه سازی جدید کلنی مورچه که از پارامترهای ویژه ای در تابع صلاحیت بمنظور کاهش مصرف انرژی گره های شبکه استفاده می کند. در این الگوریتم پیشنهادی جدید بنام الگوریتم مسیر یابی آگاه طولانی مدت برای شبکه های حسگر بی سیم LTAWSN))، اپراتور بروز فرمون بمنظور یکپارچه کردن مصرف انرژی و پرش ها در انتخاب مسیر یابی طراحی گردید. با نتایج شبیه سازی چند گانه توانستیم LTAWSN را نشان دهیم، در مقایسه با الگوریتم مسیر یابی مبتنی بر بهینه سازی جدید کلنی مورچه پیشین، الگوریتم مسیر یابی کلنی مورچه آگاه از انرژی برای مسیر یابی شبکه های حسگر بی سیم، الگوریتم مسیر یابی آگاه از مکان و مبتنی بر بهینه سازی کلنی مورچه برای شبکه های حسگر بی سیم و الگوریتم کلنی مورچه سنتی و افزایش کارایی سیستم انتقال متعادل تر در میان گره ها بدست آورده و مصرف انرژی مسیر یابی را کاهش داده و طول عمر شبکه را افزایش می دهد.

مقدمه

یک شبکه حسگر بی سیم (WSN) متشکل از ده ها، صدها و هزاران گره های کوچک مرتبط می باشد که هر کدام مجهز به یک دستگاه سنجش می باشد. اکثر شبکه های حسگر از ارتباطات بی سیم استفاده می کنند، و گره ها با باطری کار می کنند. منابع محدود آنها، قابلیت های ارتباطی محدود و مصرف برق محدود ملزم می کند که در لیست معیارهای طراحی کارایی باید بالا باشد. در نتیجه پیشرفت در ارتباطات بیسیم و فن آوری های الکترونیکی، حسگر های بیسیم در حال کوچکتر ، ارزانتر و قدرتمند تر شدن هستند. بدلیل گسترش سریع ریز پردازنده ها، حسگر و فرستنده و گیرنده، برنامه های کاربردی پیش زمینه بسیار عالی در مورد WSNs وجود دارد. از آنجاییکه از این شبکه ها در محیط های دشوار و غیر قابل دسترس مانند میدان های جنگ، آتشفشان ها، جنگل ها و غیره استفاده می کنیم، احتمال ضعیفی در تغییر یا شارژ مجدد گره های ناقص یا از کار افتاده وجود دارد. از اینرو، تفاوت اصلی بین WSNs و دیگر شبکه های بیسیم کلاسیک اینست که WSNs دارای حساسیت فوق العاده و آسیب پذیر به انرژی هستند.

انرژی محدود مسئله اصلی تاثیر گزار بر عملکرد WSNs می باشد. بنابراین، چگونگی استفاده از انرژی محدود WSNs جهت افزایش حد اکثری طول عمر WSNs مشکل اصلی طراحی مسیر یابی بحساب می آید]3[. اکثر الگوریتم های مسیر یابی برای شبکه های حسگر نیازمند اطلاعات مکان برای گره های حسگر هستند. در بیشتر موارد، اطلاعات مکان بمنظور محاسبه فاصله بین دو گره ویژه مورد نیاز بوده تا بتوان مصرف انرژی را ارزیابی کرد. بنابراین اطلاعات مکان را می توان در داده های مسیر یابی بصورت انرژی کارآمد مورد استفاده قرار داد.

کارهای مرتبط

برخی از تحقیقات اخیر در مورد الگوریتم های مسیر یابی کلنی مورچه شبکه های حسگر بیسیم بصورت زیر ارائه شده است:

مولفان در بخش 5 یک الگوریتم مسیر یابی برای شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از بهینه سازی کلنی مورچه ارائه داده که مقایسه دو الگوریتم مسیر یابی مبتنی بر کلنی مورچه با توجه به مقادیر مصرفی انرژی تحت سناریوهای مختلف و گزارش معیارهای معمول برای مسیر یابی در شبکه های حسگر بیسیم را نشان می دهد.

الگوریتم مسیر یابی پیشنهادی مبتنی بر ACO (LTAWSN)

در این بخش قصد داریم ایده مربوط به الگوریتم LTAWSN را نشان دهیم. یک الگوریتم مبتنی بر بهینه سازی کلنی مورچه سنتی برای WSNs ارائه شده است. در مرحله بعد الگوریتم EAACA نشان داده می شود. در انتها الگوریتم مسیر یابی LTAWSN ارائه شده که سعی در بهبود انرژی و افزایش طول عمر شبکه دارد.

مسیر یابی مبتنی بر ACO اولیه برای WSNs (ACA)

شبکه های حسگر بیسیم WSN را میتوان به عنوان اتصال غیر مستقیم نمودار G (V,E) نشان داد. V مجموعه ای از گره های حسگر و E مجموعه ای از روابط بین گره ها می باشد. هر گره در ناحیه WSN دارای همسایه ای می باشد که در پوشش ارتباط بیسیم گره قرار داده میشوند. از فاصله اقلیدسی جهت محاسبه فاصله بین دو گره در ناحیه WSN استفاده می کنیم.

نتایج شبیه سازی

گره های WSN الگوریتم ها در ناحیه مشخصی بطور یکنواخت قرار داده شده است. پارامترهای استفاده شده در شبیه سازی در جدول یک نشان داده شده است. در این جدول، Rشعاع حسگر ارتباط بیسیم، میزان تبخیر، سطح اولیه فرمون برای گره های همسایه، Eانرژی اولیه گره ها، Etمصرف انرژی در هر بیت انتقال و Erمصرف انرژی در هر بیت دریافتی می باشد. گره های حسگر m در ناحیه مدل شبیه سازی قرار گرفته و مقدار m بین 125-300 بوده و تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی انجام می گیرد.

نتیجه گیری

در این مقاله یک الگوریتم مسیر یابی جدید مبتنی بر ACO ارائه می دهیم که از پارامترهای فضایی در تابع صلاحیت استفاده کرده و یک اپراتور بروز فرمون بمنظور یکپارچه سازی مصرف انرژی و هاپ ها در انتخاب مسیر طراحی گردید. در این طرح قصد داریم سیستمی را ایجاد کنیم که تضمین می کند اتلاف انرژی در همه گره های شبکه بطور یکسان تقسیم شده است. بر اساس نتایج، الگوریتم پیشنهادی جدید در مقایسه با EAACA، ACLR و مسیر یابی ACA، الگوریتم مبتنی بر ACOدارای انتقال متعادل تری در میان گره داشته و مصرف انرژی مسیر یابی را کاهش داده و طول عمر شبکه و کارایی سیستم را افزایش می دهد.

این مقاله ISI در سال 2015 در نشریه اسپرینگر و در مجله شبکه های بی سیم، توسط دانشکده مهندسی برق منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله الگوریتم بهینه سازی کلنی مورچه برای افزایش طول عمر شبکه در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.