یک روش ابتکاری برای انتشار و جمع‌آوری داده با ایجاد خط مجازی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم با چاهک متحرک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رفسنجان، رفسنجان، ایران.

2 گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران.

چکیده

در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، گره‌های اطراف چاهک ثابت به دلیل اینکه در مسیر انتقال داده از سایر گره‌های شبکه به سمت چاهک هستند، انرژی خود را بسیار زودتر از بقیه گره‌های شبکه از دست می‌دهند و این امر باعث می‌شود ارتباط بسیاری از گره‌های فعال با چاهک قطع شود و نیز، شبکه به چند پاره تقسیم شود. برای حل این مسأله، میتوان از چاهک متحرک استفاده نمود؛ استفاده صحیح از چاهک متحرک باعث تعادل بار در شبکه می‌گردد. اما مسأله‌ای که وجود دارد این است که داده‌ها چگونه به سمت چاهک متحرک ارسال شوند که کیفیت سرویس در حالت مطلوبی قرار گیرد و پارامترهای کارایی مانند نرخ تحویل داده، انرژی مصرفی، سربار و تأخیر، بهینه شوند. در این مقاله، یک الگوریتم ابتکاری انتشار و جمع‌آوری داده مبتنی بر خط‌مجازی برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم با چاهک متحرک پیشنهاد می‌شود. در الگوریتم پیشنهادی، یک خط مجازی در وسط شبکه درنظر گرفته می‌شود و بقیه سطح شبکه نیز ناحیه-بندی می‌گردد؛ خط ایجاد شده، برای تسهیل در مرحله جستجو، بخش‌بندی می‌شود و همچنین داده‌های حس شده در ناحیه‌های مختلف شبکه، فقط در بخش‌ متناظر خود در خط مجازی دریافت می‌شوند. این روش، با ارسال دسته ای درخواست‌های چاهک، کاهش محدوده جستجوی داده در خط مجازی و همچنین تجمیع و کاهش حجم داده‌های ارسالی به چاهک، عملیات جمع‌آوری داده‌ها و انتقال آنها به چاهک انجام می‌گیرد. نتایج ارزیابی‌ها نشان می‌دهند که الگوریتم پیشنهادی از لحاظ مصرف انرژی، تأخیر، سربار و نرخ تحویل داده در مقایسه با الگوریتم‌های مشابه کارایی بالاتری از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Heuristic Data Diffusion and Gathering Scheme Using Virtual Line for Wireless Sensor Networks with Mobile Sink

نویسندگان [English]

  • A. Nadinejad 1
  • M. Alaei 2
1 Computer Engineering Department,, Rafsanjan Branch, Azad University, Rafsanjan, Iran.
2 Computer Engineering Department, Vali-e-Asr University of Rafsanjan
چکیده [English]

In wireless sensor networks (WSNs), the nodes around the sink deplete their energy considerably earlier than the other network nodes because they forward all the data packets toward the sink. Hence, the active nodes of the network and the sink are disconnected and also the network is divided to sub-networks. Utilizing mobile sink is a solution for this problem; using a mobile sink can balance the load of network but the manner of data transmission toward the mobile sink to have desired QoS and optimize delivery ratio, energy conservation, overhead and delay, is a challenge. In this paper, In this paper, a heuristic algorithm for data diffusion and gathering based on virtual line is proposed in WSNs with mobile sink. In the proposed algorithm, a virtual line is considered in the middle of the network and the rest of the network Area is zoned. The virtual line is segmented to facilitate the search phase. Also, the sensed data in different areas of the network are received only in the corresponding part of the virtual line. In this method, by sending sink requests in batches, reducing the data search area in the virtual line, as well as aggregating and reducing the final data volume, the data transfer operation to the mobile sink is performed. The evaluations show the proposed scheme overcomes the recent related works presenting more efficient energy conservation, delay, overhead and delivery ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wireless Sensor Networks
  • Data diffusion
  • Data Gathering
  • Virtual line
  • Mobile Sink
  • Data Aggregation

مراجع

[1].   A. Hawbani et al., “Sink-oriented tree based data dissemination protocol for mobile sinks wireless sensor networks,” Wireless Networks, vol. 24, no. 7, pp.    2723-2734, 2018.##
[2].   H. I. Kobo, A. M. Abu-Mahfouz, and G. Hancke, “A survey on software-defined wireless sensor networks: Challenges and design requirements,” IEEE access, vol. 5, pp.    1872-1899, 2017.##
[3].   C. Tunca, S. Isik, M. Y. Donmez, and C. Ersoy, “Distributed mobile sink routing for wireless sensor networks: A survey,” IEEE communications surveys & tutorials, vol. 16, no. 2, pp. 877-897, 2013.##
[4].   P. Rawat, K. D. Singh, H. Chaouchi, and J. M. Bonnin, “Wireless sensor networks: a survey on recent developments and potential synergies,” The Journal of supercomputing, vol. 68, no. 1, pp. 1-48, 2014.##
[5].   J. Yan, M. Zhou, and Z. Ding, “Recent advances in    energy-efficient routing protocols for wireless sensor networks: A review,” IEEE Access, vol. 4, pp. 5673-5686, 2016.##
[6].   Y. G. Yue and P. He, “A comprehensive survey on the reliability of mobile wireless sensor networks: Taxonomy, challenges, and future directions,” Information Fusion, vol. 44, pp. 188-204, 2018.##
[7].   S. Wu, J. Niu, W. Chou, and M. Guizani, “Delay-aware energy optimization for flooding in duty-cycled wireless sensor networks,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 15, no. 12, pp. 8449-8462, 2016.##
[8].   H. H. R. Sherazi, L. A. Grieco, and G. Boggia, “A comprehensive review on energy harvesting MAC protocols in WSNs: Challenges and tradeoffs,” Ad Hoc Networks, vol. 71, pp. 117-134, 2018.##
[9].   C. Konstantopoulos, N. Vathis, G. Pantziou, and D. Gavalas, “Employing mobile elements for    delay-constrained data gathering in WSNs,” Computer Networks, vol. 135, pp. 108-131, 2018.##
[10].          S. Al-Sodairi and R. Ouni, “Reliable and energy-efficient multi-hop LEACH-based clustering protocol for wireless sensor networks,” Sustainable Computing: Informatics and Systems, vol. 20, pp. 1-13, 2018.##
[11].          M. Alaei and J. M. Barcelo-Ordinas, “A collaborative node management scheme for energy-efficient monitoring in wireless multimedia sensor networks,” Wireless networks, vol. 19, no. 5, pp. 639-659, 2013.##
[12].          M. Alaei and F. Yazdanpanah, “EELCM: An Energy Efficient Load-Based Clustering Method for Wireless Mobile Sensor Networks,” Mobile Networks and Applications, vol. 24, no. 5, pp. 1486-1498, 2019.##
[13].          R. Yarinezhad and A. Sarabi, “Reducing delay and energy consumption in wireless sensor networks by making virtual grid infrastructure and using mobile sink,”                     AEU-International Journal of Electronics and Communications vol. 84, pp. 144-152, 2018.
[14].          S. Vahabi, M. Eslaminejad, and S. Dashti, “Integration of geographic and hierarchical routing protocols for energy saving in wireless sensor networks with mobile sink,” Wireless Networks, vol. 25, no. 5, pp. 2953-2961, 2019.##
[15].          R. Mitra and S. Sharma, “Proactive data routing using controlled mobility of a mobile sink in Wireless Sensor Networks,” Computers & Electrical Engineering, vol. 70, pp. 21-36, 2018.##
[16].          D. Sethi and P. P. Bhattacharya, “A Comparative analysis of various mobile sink routing protocols and performance comparison of clustered routing protocols in mobile sink scenario,” Majlesi Journal of Electrical Engineering, vol. 12, no. 3, pp. 11-22, 2018.##
[17].          C. Zhu, G. Han and H. Zhang, “A honeycomb structure based data gathering scheme with a mobile sink for wireless sensor networks,” Peer-to-Peer Networking and Applications, vol. 10, no. 3, pp. 484-499, 2017.##
[18].          C. L. Tseng, et al., “Optimal mobile sink path planning for heterogeneous wireless sensor networks,” in proceedinds of International Automatic Control Conference (CACS), 2018.##
[19].          J. Wang, Y. Cao, B. Li, H. j. Kim, and S. Lee, “Particle swarm optimization based clustering algorithm with mobile sink for WSNs,” Future Generation Computer Systems, vol. 76, pp. 452-457, 2017.##
[20].          M. Alaei, P. Sabbagh, and F. Yazdanpanah, “A QoS-aware congestion control mechanism for wireless multimedia sensor networks,” Wireless Networks, vol. 25, no. 7, pp. 4173-4192, 2019.##
[21].          J. Zhang, J. Tang, T. Wang, and F. Chen, “Energy-efficient data-gathering rendezvous algorithms with mobile sinks for wireless sensor networks,” International Journal of Sensor Networks, vol. 23, no. 4, pp. 248-257, 2017.##
[22].          M. Davoodi Monfared, E. Delfaraz Pahlevanlo, S. Ghobadi Babi, and M. Masoori, “A Centralized Algorithm Based on Voronoi Diagram for Hole Detection Problem in Wireless Sensor Networks,” Journal of Electronical & Cyber Defence, vol. 5, no. 3, pp. 39-51, 2017. (In Persian)##
[23].          J. Pournazari, M. Alaei, and F. Yazdanpanah, “An energy efficient autonomous method for coverage optimization in wireless multimedia sensor networks,” Wireless Personal Communications, vol. 99, no. 2, pp. 717-736, 2018.##
[24].          E. B. Hamida and G. Chelius, “Analytical evaluation of virtual infrastructures for data dissemination in wireless sensor networks with mobile sink,” In proceedings of the first ACM Workshop on Sensor and Actor Networks, pp.  3-10,  2007.##
 
 
 
 
پدافند الکترونیکی و سایبری
دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 34
شماره پیاپی 34، فصلنامه تابستان
تیر 1400
صفحه 195-207

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 25 فروردین 1399
  • تاریخ بازنگری: 09 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش: 22 دی 1399
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار