دانلود رایگان ترجمه مقاله پروتکل مسیریابی چند مسیره برای WSN ها مبتنی بر الگوریتم خوشه بندی – ACM 2015

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
شبکه های حسگر بی سیم از گره های حسگر با قدرت کم تشکیل شده است. انرژی , محدودیت اصلی گره های حسگر است. در این مقاله هدف ارائه پروتکلی چند مسیره مبتنی بر کلاستر است که از خوشه بندی و چند مسیره برای کاهش انرژی مصرفی و افزایش امنیت استفاده می کند.ایده اصلی برای کاهش بار گرههای حسگر ,دادن مسئولیت بیشتر به ایستگاه پایه است.
معرفی
شبکه حسگر از گره هایی با قدرت و هزینه کم تشکیل شده است.گره ها محیط را حس می کنند و داده هایی برای فشار,حرکت, آتش سوزی, رطوبت و غیره تولید می کنند.گره های حسگر داده ها را به ایستگاه پایه از طریق گرههای میانی میفرستند.با محدودیت انرژی در این شبکه ها, شبکه حسگر به پروتکل مسیریابی با انرژی کارامد برای انتقال داده ها نیاز دارد.داده ها باید از طریق یک مسیر مطمئن به ایستگاه پایه برسند.یک مسیر مطمئن انتقال مجدد داده ها را کاهش می دهد که می تواند ازدحام و انرژی مصرفی را کاهش دهد.
در این مقاله هدف ارائه پروتکل CMRP است که نیازمندی های مذکور را براورده می سازد.روش خوشه بندی ترافیک داده ها در شبکه را کاهش می دهد. استفاده از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها امنیت را افزایش می دهد.اگر مسیر بین سینک و گره حسگر خراب شد, گره مبدا می تواند از بین مسیرهای در دسترس مسیر دیگری را انتخاب کند.روش خوشه بندی و چند مسیره امنیت و کارایی انرژی را افزایش می دهد.
کارهای مرتبط
Bagheriدر [2] پروتکلی را ارئه داد که در آن گرهها توسط سیستم GPS فعال هستند.انتخاب سرکلاستر بر اساس انرژی باقی مانده گرههاست.مسیرهای چند مسیره از طریق سرکلاستر ساخته میشوند.اگر یک مسیر با شکست مواجه شود و خراب شود ,سر کلاستر مسیر دیگری را انتخاب می کند.Quang در [9] یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره مبتنی بر رویداد را ارائه داد.هنگامی که یک رویداد تشخیص داده شدهمه گرههای نزدیک رویداد فعال می شوند.یکی از گرههای نزدیک رویداد که انرژی باقی مانده بیشتری دارد خودش را به عنوان سرکلاستر معرفی میکند و گرههای فعال به سر کلاستر میپیوندند و کلاستر شکل می گیرد.سرکلاستر گره تقویت کننده را انتخاب می کند و از آن در جهت سینک برای شکل گیری مسیرهای متعدد بکاپ می گیردMazaheri در [7] هدفش یک پروتکل مسیریابی ترکیبی چند مسیره مبتنی بر کیفیت بود. در این روش از بین گرههایی که در محدودهr هستند ,سر کلاستر بر اساس انرژی باقی مانده و فاصله تا سینک انتخاب میشود.برای شکل گیری مسیرهای متعدد, سرکلاستر مجموعه ای از سرکلاسترها که در محدوده R هستند براساس انرژی باقیمانده,سایز بافر, فاصله تا سینک و نسبت سیگنال به نویز انتخاب می کنند.Jin در [24] هدفش یک پروتکل خوشه بندی چند مسیره غیر فعال بود.در این پروتکل گرههای نزدیک به رویداد به عنوان کاندیدهای سرکلاسترانتخاب میشوندو تا مدت زمانی منتظر می مانند اگر در این زمان مشخص هیچ آگهی از سرکلاسترهای دیگر دریافت نکنند خود به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و در محدود خود(R) آگهی مربوط به سرکلاستر بودنش را پخش می کند.گرههایی که در محدوده R/2 هستند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را شکل می دهند و بقیه گرهها در محدوده R به عنوان کاندید برای کلاستر شدن انتخاب میشوندو همان فرایند را برای شکل گیری خوشه دنبال می کنند و از روش انشعاب سیل آسا برای ایجاد مسیرهای متعدد بین لینک و گره مبدا استفاده می کنند.برای دفعه بعد اگر هیچ منبعی ,رویدادی را شناسایی نکردهمان مجموعه از خوشه ها استفاده میشوند و لی مجموعه جدید از مسیرهای متعدد برای انتقال داده ها نیاز است.
در پروتکل های موجود در[2و9و7و4] سرباربسته های کنترلی بیشتر میشود که منجر به مصرف انرژی میشود که بر طول عمر شبکه تاثیر می گذارد.این پروتکل تاکید بیشتری بر قابلیت اطمینان از طریق مسیرهای چندگانه دارد اما تعدادی پارامترهای مربوط به کیفیت مانند تاخیر انتها به انتها ,سربار کنترلی و طول عمر شبکه را نادیده میگیرد.
Zaman در [12] پروتکلی پیشنهاد داد که در آن شبکه به چندین سطح تقسیم میشود در هر سطح یک سرکلاستر انتخاب میشود.سرکلاستر داده ها را از همان سطح جمع آوری می کند و آن را به کلاستر سطح پایین تر با استفاده از روش سیل آسا می دهد.Almalkawi در [1] یک پروتکل ترکیبی ارائه داد که در آن گرهها ناهمگن هستند و به طور تصادفی توسعه داده شده اند. سینک کلاسترهایی را تشکیل می دهد و با پخش بسته های کنترلی مبتنی بر قدرت دریافت سیگنال کلاسترها را تشکیل می دهد و گرههایی که انرژی بیشتری دارند به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند.سرکلاستر ها در سطح های مختلف طبقه بندی میشود.گرهها داده ها را ازطریق لایه های بالاتر به سرکلاستر تحویل میدهند.برای شکل گیری کلاستر ایستگاه پایه به طور تصادفی تعداد خاصی از سرکلاستر های کاندید با احتمال اعتمادشان را انتخاب می کند .سرکلاسترها وضعیت نقض یکدیگر را چک میکنند.هنگامی که گرهی معیوب تشخیص داده شد آن گره را از شبکه حذف میکند.در میان کاندیدها ,سرکلاستری که انرژی باقیمانده بیشتری داردبه عنوان سرکلاستر انتخاب میشوندو گرههایی که سرکلاسترنیستند به نزدیکترین سرکلاستر متصل میشوند و کلاستر را ایجاد میکنند.برای ایجاد مسیرهای متعدد یک سرکلاستر,سرکلاستری را درمحدوده 2R که کوتاهترین فاصله تا سینک را داشته باشد انتخاب میکند.
Wang در [10] یک پروتکل مسیریابی ترکیبی پیشنهاد داد.هر گره یک شمارش گام (هاپ) دارد که فاصله تا سینک را نشان میدهد. بر اساس تعداد گام ها هر گره , گره والد و چندین گره والد جایگزین را برای ساخت مسیرهای متعدد انتخاب میکند.شبکه به صورت یک درخت است و گره سینک به عنوان گره ریشه در نظر گرفته میشود. با استفاده از ساختار ترکیبی , این روش مقدار ترافیک داده ها انری مصرفی را کاهش میدهد.
Yang در[11] یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر رویداد را ارائه داد به این صورت که گرههای نزدیک رویداد به عنوان سرکلاستر انتخاب میشوند و گرههایی که مقدار آستانه را براورده کنند به سرکلاستر میپیوندند و کلاستر را تشکیل می دهند و از الگوریتم مورچه برای ایجاد مسیرهای متعدد بین سرکلاستر و سینک استفاده میکنند.سرکلاستر به طور پویا مسیری را برای انتقال داده های جمع آوری شده به سینک انتخاب می کند. پروتکلهای[1و7و6و11و10] از هیچ تعادل باری بین گرهها استفاده نمی کنند که بر پایه سوء مدیریت در شبکه است و توان عملیاتی را کاهش میدهد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

ABSTRACT

Wireless Sensor Network (WSN) consists of low power sensor nodes. Energy is the main constraint associated with the sensor nodes. In this paper, we propose a cluster based multipath routing protocol, which uses the clustering and multipath techniques to reduce energy consumption and increase the reliability. The basic idea is to reduce the load of the sensor node by giving more responsibility to the base station (sink). We have implemented and compared the protocol with existing protocols and found that it is more energy-efficient and reliable.

1. INTRODUCTION

WSN consists of low power and low cost embedded devices called sensor nodes. Sensor nodes sense the environment and generate the data for temperature, pressure, motion, fire, humidity and so on. The sensor node sends the data to the base station through the intermediate sensor nodes in multihop environment. In the sensor network with energy constraint environment, the network often requires energyefficient routing protocol to send the data. The data should reach the base station through a reliable path. The reliable path significantly reduces the retransmission of data, which can decrease congestion and energy consumption. So, the sensor node requires appropriate energy-efficient and reliable path for data transmission. In this paper, Cluster base Multipath Routing Protocol (CMRP) is proposed, which addresses the mentioned requirements. In WSN, the clustering technique reduces the data traffic in the network. It helps to minimize the energy consumption in the network. Multipath routing increases the reliability of the network, through many available paths. If the path between the source node and the sink fails, then the source node can choose the path from the available paths. The clustering and multipath technique increases the reliability and energy-efficiency of the network. The rest of the paper is organized as follows: related work is discussed in Section 2. The working principle and algorithm of the proposed model is discussed in Section 3. In Section 4 simulation parameter, results and analysis are discussed.

2. RELATED WORK

Bagheri et al.[2] have proposed the protocol, where nodes are enabled by the GPS system. The cluster head section is based on the remaining energy of the node. The multipath routes are constructed through the cluster heads. A cluster head selects another path, if it fails. Quynh et al.[9] have proposed an event-based multipath clustering protocol. When an event is detected, all nodes near the event will become active. One of the nodes close to the event having maximum residual energy elects itself as the cluster head. The rest of the active nodes join the cluster head and form the cluster. The cluster head chooses the relay node and backup relay node towards the sink to form the multipath. Mazaheri et al.[7] have proposed a QoS base multipath hierarchical routing. Among the nodes in the range r elect the cluster head based on the remaining energy and the distance from the sink. For multipath construction, cluster head chooses the set of cluster heads within the range R (R > r) based on the residual energy, remaining buffer size, signal to noise ratio and distance to the sink. Jin et al.[4] have proposed a Passive Cluster based Multipath Protocol (PPCMP). In this protocol, the node near to the event becomes the candidate cluster head and waits for a certain time. If it does not receive any cluster head advertisement, it becomes the cluster head and broadcasts the advertisement in its range (R). The node resides within R 2 range joins the cluster and rest of the nodes up to the range R become the candidate cluster head and follow the same procedure for cluster formation. Branch aware flooding method [8] is used to construct the mutipath between the sink and the source node. For the next time if any source detected the event, the same available set of clusters are used, but new set of multipath is required for data transmission. In the existing protocols [2, 9, 7, 4] the control packet overhead is more, which leads to the higher-energy consumption. It directly affects the lifetime of the network. This protocols give more emphasis on reliability through the mutipath but neglect some QoS parameters such as end-to-end delay, control overhead and network lifetime. Zaman et al.[12] have proposed a protocol where the network is divided among the number of levels. One cluster head is elected in each level. The cluster head collects the data from the nodes of that level and transmits it to the lower-level cluster head using directional flooding technique [5]. Almalkawi et al.[1] have proposed a cross layer based clustered multipath routing. The nodes are heterogeneous and randomly deployed. The sink initiated the cluster formation by broadcasting the control packet and based on received signal strength, the powerful nodes become the cluster heads. The cluster heads are classified in different levels. They send the data through the upper level cluster head. A diagnosis based clustering and multipath routing are proposed in [1]. For cluster formation, base station randomly chooses a specific number of candidate cluster heads on certain probability. The candidate cluster head checks the faulty status of each other. Once the faulty node is detected, it is removed from the network. Among the neighbor candidate cluster head having the highest residual energy becomes the cluster head and the non-cluster head nodes join the closest cluster head and form the cluster. For multipath construction, a cluster head chooses the cluster head within the 2R range having the lowest distance from the sink. The protocols [12, 5, 1] do not maintain the proper path. They only have the information regarding neighbor nodes. They have to choose a node among the neighbor list without knowing their current residual energy or connectivity with the other nodes. It decreases the reliability of the networks. Wang et al.[10] have proposed a hierarchical multipath routing protocol. Each node has a hop count value which indicates the distance to the sink. Based on the hop count the node selects the parent and alternate parent node to make the multipath. The network looks like a tree with the sink as the root node. Using hierarchical structure, it reduces some amount of data traffic and energy consumption. Yang et al.[11] have proposed an event based routing protocol. The node closest to the event becomes the cluster head and the node which satisfies certain threshold joins the cluster head. The ant colony algorithm was used to create multipath between the cluster head and the sink. The cluster head dynamically chooses the routing path between the available path to send the aggregated data to the sink. The protocols [7, 1, 6, 10, 11] have not used any load balancing technique among the nodes. It leads to mismanagement of the network and reduces the throughput and the network lifetime.