Fast Data Collection in Tree-based wireless Sensor Networks

های شبکه در سریع های داده آوری جمعدرختی بیسیم سنسور

: عزیزی محقق نسترن 

: ا راهنما امین ستاد سید دکتر آقای جنابحسینیسنو

حسگر های شبکه مورد در ای مقدمهبیسیم

. در کاربردها این است شده گسترده بسیار بیسیم حسگر های شبکه کاربرد امروزه

. نمایش نظامی، کاربردهای جمله از است گوناگون مصارف و مختلف قشرهای

محیطی های خانگی،نمایش حرکت،اتوماسیون یاب،کشف سالمتی،مکان

: . جمله... از گوناگونی مصارف شامل خود نظامی های کاربرد در البته است و

تجاوز در ، (intrusion detect)کشف آمادگی و اطالعات آوری محیط،جمع نمایش

. ... جزئی عنوان به بیسیم حسگر های شبکه امروزه باشود می و ناشناخته مناطق

. های شبکه کارشناسان از بسیاری گفته به است شده تبدیل ما زندگی از الینفک

های پردازنده و بیسیم کوچک embedded حسگر انقالب یک آمدن وجود به باعث

است شده تکنولوژی عرصه .در

دقیق اطالعات آوردن بیسیم،بدست حسگر های شبکه بکارگیری از اصلی هدف

است مختلف نقاط در حسگر نودهای توسط

مقدمه

روی بر رایج های سینک برای ها ازگیرنده حاصل های داده از ای ،مجموعه همگرایی

بی گیرنده های شبکه در الی عمل که باشد می درختی های شبکه مقیاس و موقعیت

.msnسیم ) باشد( می

راایفامی مهمی نقش تحویل زمان درباره ایجادضمانت برای کاربردها،این از دربسیاری

. به دارد محوری نقش هایی داده مجموعه چنین میزان افزایش در که گونه کندهمان

برای یرنده های گره که جایی یعنی تبلغی سالم و مهم درکاربردهای مثال، عنوان

. / ها کننده کنترل شوند می بکارگرفته گاز نفت یاچکه ساختاری های آسیب شناسایی

خاص های فرصت موجوددر های گیرنده ی همه از را هایی داده باید ها محرک و

بینی پیش غیرقابل و انگیز فاجعه حوادث به منجر است ممکن ها خراب کنند، دریافت

. عبارت. به باشند می شات تک های داده مجموعه طبقه زیرمجموعه ها این شوند

در ها داده سریع و ای دوره تحویل مستلزم عمقی های مخابره مثل کاربردهایی دیگر،

. باشد می مداوم مجموعه ی طبقه زیرمجموعه که باشد می زمان طوالنی های دوره

مرتبط تحقیقاتی کارهایمطالعه مورد همکارانش و آناماالیی توسط گرها مداخله بردن بین از برای قائم کدهای از استفاده

) ( ها گره نودها جا آن در که است گرفته به SIOTقرار درخت تحتانی قسمت از را زمان های

. نشان همکارانش و چن توسط که مشکلی آن و مشکل این دهد می تخصیص آن فوقانی قسمت

. وضعیت ما که جا آن از است شده داده نشان شات تک خام های داده همگرایی برای شد داده

امر routingهای این کنیم، می ایجاد ها داده مجموعه میزان افزایش برای را محدود ی درجه با

بخاطر این و شود نمی باشندمنجر می تاخیرکمی دارای که هایی جدول به همیشه است ممکن

. حداقل اگر بنابراین کند می تنزل آن ی درجه بعنوان که باشد می درخت در موجود های تعداد

و محدودیت بادرجه های درخت ایجاد مثل بهتر سازی مطلوب بنابراین باشد، الزام تأخیر، کردن

. کردن حداقل هدف با زمینه این در دیگر تحقیق باشد می نیاز مورد باقطرمحدود های درخت

امواج هدایت ی دوره ها آن که است قرارگرفته بررسی مورد سنگ وتی پان توسط تاخیر حداکثر

) ( ی همه از را ها داده تواند می که دهند می تخصیص زیگبی شبکه در موجود گره نود هر به را

. نماید دریافت ها بچه

الگوریتم و انرژی کارایی زمانی، مطلوبیت همکارانش و سانگ خام، های داده همگرایی برای

. ) ( کند می ارائه سینک به ها گره نودها از حاصل ای دوره ترافیک با را پاکت بندی جدول

مسأله بندی فرمول و سازی مدل

بندی ها TDMAجدول همگرایی

: همگرایی متراکم دوره ای

می متراکم و انباشته ها، پاکت که جایی در را بندی جدول مشکل ما ، بخش دراین . در استفاده مورد عمومی های تکنیک همچنین گیریم می نظر در را که WsNباشند را

گیریم می نظر در نماید حداقل را انتقاالت تعداد و ببرد بین از را افزایش تواند می . تراکم دهیم افزایش را شبکه عمر طول و نمایم ذخیره را انرژی توانیم می بنابراین . های تکنیک و ها داده فشار از استفاده مثل شود اجرا زیادی های روش به تواند می

. ها گیرنده در همبستگی مزایای یا پاکت ادغام

: همگرایی داده های خام تک شاتممکن یا و مطلوب است ممکن همچنین و باشد می مهم بسیار گیرنده هر جا این در

. سینک به صفحه هر در اختصاصی بطور باید ها پاکت از هریک بنابراین نباشد است . . ) کردیم) تمرکز جدول طول سازی حداقل روی ما قبل، در شوند بندی جدول صافی

نمایند بندی جدول را چندگانه های زمان توانند می ها لبه جا این در

مداخله اثر

اندازه -کنترل قدرت انتقال:1 از بیش مداخله ، سیم بی های شبکه در

برای . برود بین از ، انتقال قدرت کنترل قدرت از استفاده با تواند میحداکثر بجای کافی قدرت تنها با ها سیگنال انتقال ی بوسیله مثال

با را سریع های داده مجموعه روی انتقال قدرت کنترل اثر ما قدرت،در تواند می که کنیم می ارزیابی ، قدرت مجزای سطوح از استفادهآید . بدست غیرخطی قدرت تخصیص از استفاده با همزمان ظرفیت

برای - جدول بندی چندکاناله : 2 کافی مؤثرو روش ، چندکاناله ارتباطباشد . می مختلف های فرکانس انتقاالت بوسیله گرها مداخله حذف

رادیوهای شوند، wsnاگرچه می اجرا محدود باند پهنای در عادیو . فرکانس انتقاالت بنابراین شود تعدیل تواند می ها آن عملیاتی های

بیفتد اتفاق تواند می ها داده سریعتر تحویل

مسیریابی های درخت اثرتوانند می نیز اتصال درجه و شبکه وضعیت ، چندگانه های کانال و قدرت کنار در

وضعیت . ایجاد الگوهای ما بخش این در دهند قرار تثیر تحت را بندی جدول عملکردجدول طول کاهش به توانند می که دهیم می شرح را خاص های توانایی با هایی

نماید . کمک

( مجموعه داده های متراکم: -1 ایجاد ) را شده متوازن متعادل های درخت ابتدامشاهده . نماییم می مقایسه متعادل نا های درخت با را ها آن عملکرد و نماییم می

گردد می باال درجه با تنگناهایی ایجاد باعث صافی اغلب ، مورد دو هر در که کنیم میالگوریتم. در شودکه می پیشنهاد اکتشافی بحث یک ، امر این بر غلبه منظور 3به

است شده داده . نشان

مسیریابی های درخت اثر ادامهتر - مجموعه داده های خام: 2 موازی های انتقال اجازه که مسیریابی های درخت

. ، مثال بعنوان دهد می نتیجه کوچک جدول های طول در ضروری بطور دهد می راجدول درخت . Nطول باشد می حساس موقعیت یک بعنوان متصل شبکه برای

گره متوازن تعداد دارای شاخه ی همه که طور همان شود ایجاد باید کننده مسیریابیهای محدودیت و لینک . nk<(N+1)/2ها هر وزن ، ما بررسی مورد در باشد می 1می

نظر مورد ظرفیت و را . 2(/N+1)باشد استنتاجی روش یک ما ، جا این در باشد می. نماییم می پیشنهاد

الگوریتم در که طور نمودار 4همان مبنای بر الگوریتم این این و است شده اشارهمشکل تنوع که باشد می همکاران و وای توسط شده درخت CMsTارائه برای را

ی . مجموعه با را نمودار این ما نماید می حل شاخه هر در گره مساوی مقدار با هایو نماییم می تقویت قوانین از بوسیله hopجدیدی را لینک hopدرخت از بیرون های

نماییم . می تقویت

4الگوریتم

ارزیابی- اثر کنترل قدرت انتقال:1

شود می بررسی را مورد : دوو- 1 شوند می منتقل قدرت حداکثر در ها گره که قدرت- 2هنگامی ها گره که هنگامی

بخش در شده توصیف الگوریتم طبق بر را مورد . 5.1انتقال دو هر در نمایند می تعدیلحداقل با کننده مسیریابی های درخت از و دارند ارتباط کانال همان در ها hopگره

زمانی . صفحات طبق بر زمانی صفحات اول مورد در کنند می همچنین BFsاستفاده ویابند . می تخصیص خام های داده برای محلی زمانی صفحات تخصیص طبق بر

مقادیر (a)7شکل تراکم با جدول طول تغییرات دهنده نشانحداقل αمختلف با های درخت شکل . hopدر در باشد می

7(b) طول ، خام های داده همگرایی برای که کردیم مشاهدهافزایش مجزاتر های درخت گیرنده های شبکه بعنوان جدول

های . شبکه در زیرا ، باشد می بعدی نقابله یک این یابد میبتواند که باشد باالتر باید ها شکل از مجدد مجزاتراستفاده

که . هایی گره تعداد ، شود می مجزاتر شبکه که طور همان دهد کاهش را جدول طولدر باید ها پاکت و یابد می کاهش برسند صافی به مستقیم بطور توانند های HOPمی

شود منعکس بیشتر

ارزیابی ادامه -اثر جدول بندی چندکاناله:2رادیوهای دارای CC2420از . 16که کنیم می فرض ما شود می داده قرار تحلیل و تجزیه مورد را باشند می کانال

حداقل با های درخت از و شوند می منتقل قدرت حداکثر در ها گره در . hopکه کنند می و TMCPاستفادهRBCA زمانی فحات تخصیص طبق بر زمانی تخصیص BFsصفحات و یابد می تخصیص متراکم همگرایی برای

یابد می تخصیص خام های داده همگرایی را محلی زمانی صفحات: متراکم های همگرایی طول کانال تحقیق های هایی روش جدول طول از کمتر که آورند می بدست را جدولی

اثرات . کاهش در قدرت کنترل که دارد وجود حقیقت این که حالی در آیند می بدست قدرت کنترل با که استانتقال . قدرت محدود گستره و ها آن انتقال قدرت مجزای سطوح بخاطر مزیت این کند می کمک مداخله

میباشد بدست : خام های داده ها همگرایی گره از بسیاری زیرا باشد می کمتر بهسازی و بهبود ، متراکم بسیار سناریوهای در

) ( نیمه فرستنده گیرنده به محدودکننده فاکتورهای بنابراین و رسند می صافی سینک به مستقیم بطور توانند میرسند . می دوقسمتی

: نیاز مورد های کانال بعنوان ) JFTSSو RBCA باتعداد متراکم های شبکه برای نیاز مورد های کانال تعداد . ) که هنگامی بویژه باشد می کم ها گیرنده به L=20تعداد مستقیم بطور توانند می ها گره ی همه ،

. ) تعداد) شود، می مجزاتر شبکه که طور همان باشد می نیاز مورد تناوب یک تنها و شوند منتقل صافی سینکنیاز مورد ها، انتقال تناوب برای بیشتر تناوب بنابراین و یابد می افزایش ها گیرنده

باشد می: قائم های مدل و ای داخله های بخاطر مدل تواند می منفرد کننده منتقل یک تر، متراکم آرایش در

حداکثر . میزان به رسیدن از پس شود متراکم مداخله باالتر سطح و کمتر ای گره بین ی فاصله . . ) نتایج) ما سازی همزمان که دانیم می ما یابد می کاهش مداخله و شود می مجزاتر شبکه رأس

نماید . می اثبات را شود منتج جدی های مداخله در تواند می پروتکل مدل اینکه بر مبنی را قبلی

ارزیابی ادامه: ا- 3 مسیریابی های درخت های ثر درخت با بهبودها درباره ما زیر در

نماییم . می بحث مسیریابی

: محدود ی درجه با های درخت در متراکم کانال همگرایی ها، گره که هنگامیاز که را که RBCAهایی کنیم می مشاهده دهد، می تخصیص را کنند می استفاده

از بیش متراکم 2فاکتور های آرایش در جدول طول در که (l<120)کاهش دارد وجوداز که هایی گره با کنند RBCAاین می استفاده حداقل پوشای های درخت در

درجه . حداکثر از جدول های طول که کنیم می مشاهده همچنین ما شود می مقایسهمجزا سناریوهای با این و باشد می بیشتر متراکم های آرایش برای ها درخت

(L≥120) . شود می مقایسه

خام های داده مناسب JFTssو CMsT: RBCAهمگرایی درخت ساخت مکانیزم بااز بیش کاهش تواند می و شود می شود 50ترکیب باعث را جدول طول در درصدی

حداقل با پوشای های درخت در کاناله تک ارتباط با که طور می hopهمان مقایسهشود .

گیری نتیجه

در را همگرایی سریع بصورت ما ، مقاله این این WSNدر در که دادیم قرار بررسی موردپروتکل با جدول طول کردن حداقل برای ها گره بخاطر TDMAجا ما و یابد می ارتباط

اساسی ها محدودیت ها، گره در ای مداخله و دوقسمتی نیمه های فرستنده و گیرندهکشف را هایی تکنیک و فنون ، گرها مداخله همان بر غلبه برای و دهیم می نشان را

جدول . طول کاهش در انتقال نیروی کنترل که هنگامی که بریم می پی ما نماییم میمشاهده ماهمچنن و باشند می کاراتر و مؤثرتر چندگانه، های کانال ، نماید می کمک

لینک بر مبتنی های کانال تخصیص الگوهای که بر (JFTss)کردیم مبتنی های کانال ودرخت (RBCA)گره مختلف های شاخه در مختلف های کانال تخصیص با مقایسه در

(TMCP). باشند می مؤثرتر گرها مداخله حذف در

نیمه رادیوی با ما را شود می حذف کامل بطور گر مداخله بار یک برای که موضوع ایندهیم می انجام متراکم همگرایی برای مسیریابی درخت درجه حداکثر توسط دوبخشی

محدوده. که دهیم می نشان ما ، همگرایی بندی جدول های الگوریتم از استفاده باکاهش . ما ، گسترده های همزمانی طریق از باشد می دستیاب قابل ، پایینی های

کاهش و متراکم های داده همگرایی برای را دول طول در برای 50عمده را درصدیداده . متغیر مقادیر با سناریوهایی ما ، آینده در کنیم می اثبات خام، های داده همگرایی

نماییم . می ارزیابی و گرفته بکار را نظر مورد نماهای از ترکیبی و کنیم می کشف را