ﻢﻴﺳﻲﺑ ﺮﮕﺴﺣ يﺎﻫﻪﻜﺒﺷ رد …[email protected]يدﺰﻳ ﺪ ﻤﺤﻣ :يروآدﺮﮔ و ﻪﻤﺟﺮﺗ ﻢﻴﺳ ﻲﺑ ﺮﮕﺴﺣ يﺎﻫ ﻪﻜﺒﺷ

http://f

farzad-yaz

م

zdi.com

سيمر بيClus

جمه:

mfya

ي حسگرstering in W

وري و ترج حمد يزدي

azdi@gma

هايشبكهWireless S

گردآومحail.com

ي در شSensor Net

بنديوشهtworks

خو

[email protected]د يزديترجمه و گردآوري: محم شبكه هاي حسگر بي سيم خوشه بندي در

1

پيشگفتار

و 2 انرژي-مسيريابي كارآ پروتكلهاي به اساسي چون نياز هاينياز )، كه 1WSNسيم ( هاي حسگر بي استفاده از شبكهدر ،دهند مورد توجه قرار مي )به خصوص در محيطهاي وسيع(را 4پروتكلهاي گردآوري و تجميع داده هاو 3مقياس پذير

هاي ارتباطي تك (كه در مقابل آن طرح 5پروتكلهاي خوشه بندي سلسله مراتبيدهه اخير رشد چشمگيري داشته است؛ اين پروتكلهااند. بعالوه، اي در جهت تحقق اهداف فوق الذكر، استفاده شده به طور گسترده قرار دارند)، 6مستقيم سطحي

، راهنما. در اين تاثيرگذار باشند ،پذيري سرتاسري سيستم، طول عمر و كارآيي انرژي در مقياس قابل توجهيتوانند بطور ميبزرگ مقياس، بيان WSNندي سلسله مراتبي براي محيطهاي ب جديدترين تكنولوژيهاي مربوط به رويكردهاي خوشه

اند. شدهالگوي شبكه سلسه مراتبي شرح مختصري از برانگيخته شده و به طور ضمني، WSNدر ابتدا، انگيزه نياز به خوشه بندي

در قسمت اصلي اين بخش، اند. تا حد امكان، مزاياي اساسي، اهداف و چالشهاي طراحي نيز بررسي شدهبيان شده است. به طور مختصر شرح ) LEACH(تحت عنوان الگوريتم ها WSNبندي موجود در مهمترين الگوريتمهاي خوشهيكي از

براي اي است كه در انتهاي اين راهنما بررسي شده است. ، مبناي مقايسه براي مقالهLEACH الگوريتم .استداده شده بندي، محدوديتها و تكنيكهاي آن و ... صورت پذيرفته و تحقيقاتي در زمينه لزوم انجام خوشه درك بهتر اين مقاله الزم بود

انجام گيرد. LEACHهمچنين آشنايي مقدماتي با پروتكل باشد كه البته بعضا و مي RFID AND SENSOR NETWORKS 7كتاب 12اين راهنما، تا حد بسيار زيادي، ترجمه فصل

اند. از منابع ديگري نيز بهره گرفته شده كه در انتها، به عنوان مراجع اصلي، ذكر شدهدر موارد ويژه،

تهيه اين راهنما تحقيق در اين زمينه و در پايان از استاد عزيزم جناب آقاي دكتر محسن جهانشاهي كه به حق، انگيزه اصلي نمايم. بوده اند، تشكر و قدرداني مي

1 Wireless Sensor Network 2 Energy-efficient 3 Scalable 4 Data gathering and aggregation protocols 5 Hierarchical clustering protocols 6 Direct single-tier communication schemes

مشخصات دقيق كتاب را در فهرست مراجع ببينيد ٧

mfyazdi@g

هاي وسيع حتي عمال گر بصورت تر) و يك ظر گرفتن ورد انتظار محدوديت آوري داده

ي و بطور مسيريابي تركيب و خوشه يك ا) را انجام

8 Node 9 Cluster10 Data 11 Cluste12 Senso

gmail.comد يزدي

دي) در محيطهيت شود و يا حگره هاي حسگ توسط هليكوپتشود، و با در نظ

ها مو 8 از گره ها م اي، گره كه

انرژي و جمع آ لي حفظ شود.

ف مقياس پذيريپروتكلهايد.

ند بطوري كهبي شبكه، هر خها و تجميع داده

د.

r fusion and a

er Head or Node

د و گردآوري: محم

(و بدون متصدطور كارآ مديري

، گWSN مهم د (مثال ريزش

د پوشش داده شجمعيت زيادي

. در چنين شبكيابي مبتني بر اه نحو قابل قبوده است تا هدف

WS تحقق يابدكنن داللت مي

تار سلسله مراتبي (مثل تركيب ووشه وجود دارند

ه

aggregation

ترجمه

كردن خودكاريا بط ريزي شود

از كاربردهايشوند پخش مي

مورد نظر بايدن پخش آنها، جزاران گره باشدوتكلهاي مسيريل عمر شبكه بهتي پذيرفته شد

SNهاي شبكه

وشهء حسگرها. در ساختاشود ي

اي ارهاي ويژه اعضاي آن خو

وشه و ايستگاه پايه

n

كامل در اداره كسادگي برنامه ري، در بسياريطقه مورد نظر په كل محدوده

ها در حين گرهي هزا و يا حت

ح است كه پروطول تاد نباشژه

جوامع تحقيقاتدر محيط ش شتر

ي مبتني بر خوانرژي ميتوجه

بطور معمول كاخوشه به عنوان

سرخوو گرهارتباط

ه بايد توانايي كگ نميتواند به سن انتظار بحراني كنترل در منط نظر به اين كهخسارت ديدني شامل صدها. بنابراين، واضح

ويژبه گونه ايتوسط وسيعي

طول عمر بيشتيك سازماندهيه ذخيره قابل ت

شود و بط فته ميSN ( 12در هر خ

سلسله مراتب: 1ل

بي سيم

WSNشبكه ،ن و مونيتورينگشد. بر اساس اينسبتا غير قابل

بعالوه، دهند. يگرها و امكان خچنين شبكه اي.ددا شارژ شوندگ مقياس، بايد ب

ها به طور 9هطو رژي باالتر

ها، به ي ي دادهو منجر به رديدهگف CH (11شه (

Nگره معمولي (

شكل

شبكه هاي حسگر ب

شتر كاربردهايدسترسي انسان

را داشته باش )!وسط وسايل نس

ad را شكل ميد باطري حسگيعي است كه چو نميتوانند مجدبكه هاي بزرگگره ها در خوشهي به كارايي انري و جمع آوري

گرممكن ها 10 به آن سرخوش

تعدادي گچنين

ش خوشه بندي در

مقدمهامروزه در بيش(كه در آنها دممكن نيستتصادفي و تو

d-hocشبكه

انرژي محدودطبي لذااست؛

انرژي دارند وها در اين شبكگروه بندي گ

دستيابيكلي سلسله مراتبي

0تجميع داده

رهبر دارد كهدهد. همچ مي

2

mfyazdi@g

C و سطح خودخوشه

و آنها را به صورت ها

لي) ارسال گره هاي ميان همه

درون 15 كه از گره در محلي

و BSيان هاي ه گره

) 19چاهك گره هاي

13 Two-le14 Base S15 Single16 Intrac17 Multi-h18 Interc19 Sink


CHهاي را گره

متناوبا به سرخهش مي يابد) و

هCH با ديگر هاي معمول گره

نرژي در مياندر طول زمان م

گام-تباط تكهايي است داده

ايستگاهال اين دروازه هايي ميامولي براي همه

Cسينك (يا چ ،كل يافته ميان

evel hierarcStation

e-hop cluster hop

cluster


ح بااليي آن ر هاي خود را م

بازپخشي كاهشرت واسطه ايري (نسبت بهتوازن مصرف ا

د CHنقش ت،

ه (با فرض ارتمحل پردازش د

شود؛ معموال مياقع به عنوان دكاركردهاي معم

CHارت ديگر،

اين ساختار شك

hy

ترجمه

كند كه سطح يي حسگر، داده

هاي تعداد بستهقيم يا به صورافت طوالني تر

جهت ت رايجلدر اين حالتد (

گر ها

بندي شده خوشهايستگاه مبنا، محنهايي دستيابي

در وا CHهاير شد، انجام كا

باشد؛ به عبا ميبه عالوه، شود.

را ايجاد مي 13يهاي دهند. گره ي(و در نتيجه ته

د بصورت مستقيشان را به مساست. يك راه حل

شوندانتخاب اً

حسگكلي وظايف

هاي خ شبكهرا .دهد ميايش

، توسط كاربر نگره ه شود. مي

كه قبال هم ذكرم )BSشان به

ش محسوب مي

تب دو سطحيشه تشكيل ميجمع آوري كرده

ميتواند BS به زماني داده هاي

ر آنها باالتر استمجددر خوشه،

:2شكل

اي در باط دادهنما را ) 18 اي شه

ي است كه دادهسگر، طراحي م

، چنانكCHهرها قبل از ارسالش

ها CH براي

بي سيم

سلسله مراتكهاي عضو خوش

C ج اداده ها ررستند. ارسال

در هر CHيصرف انرژي درها متناوبا در هر

از مفهوم ارتبميان خوش 17ام

همچنين جاييز گره هاي حسكنند. عملكرد ه

هاي آنه ع داده، سينكBS و


يكدهي خوشه، (بقيه) حسگره

Hهاي ند. گره

)BS (14 فر ميهاي گره ايي كه

راين سرعت مصها CHست كه

شود). ميض

ك مثال نوعيگا- ارتباط چند

دريافت شده وسافت طوالني اك سگر عمل مي

(از قبيل تجميعي خوشه است


د فرايند شكلپاييني آن راكنن ارسال مي

ايستگاه مبنااز آنجا پذيرد.كنند، بنابر مي

شبكه اين اسها تعويض گره

يك، 3شكل و 16اي خوشه

هاي حسگر دثابت و با مسگره هاي حسدرون خوشه

براي گره هاي3

mfyazdi@g

W سلسله

سرتاسري متر انرژي قابل، يك نين اضافه طحي براي رها قابليت نياز باشد،

همچنين ع)، به طور فاده كنند.

بندي، وشه ،يگري نيز

20 Multi-l21 Single22 Overlo23 Gatew24 Load


WSNك شبكه

قياس پذيريهت مصرف كم

در مق ا ميباشد.چن ها شود.23زه

ماري تك سطح معموال حسگر يا هزاران گره

نمايد. مي روريك منطقه وسيع

بندي استف خوشهخو .كنند هاد مي

ياي بيشمار دي

level cluster

e tier oad way balancing


را در يك ن اليه

در مق توجهيل روش كارا جه به ايستگاه مبنا

درواز 22ضافه بارعالوه، اين معمي ندارد چرا كهي كه به صدها

ضر از منابع را يان شده در يكوانند از روش خ كوچك پيشنه

ها)، مزاي يع داده

r hierarchy

ترجمه

ر شده و چندين

شه بندي شده

هاقابلواند بطور

ه مراتبي، يكامهاي ارسالياض باعث ايجاد

ادها گردد. به عياس پذيريت مق

در كاربردهاييرداري مناسب

ر پرتوهاي نماياتو ريابي نيز ميي كارآمد اشياءاز طريق تجمي

ياز است، تكرار د.

شبكه خودر ده اي

ه WSNي درWSN تو ها مي

سيريابي سلسلهكاهش تعداد پياباكم حسگرها،ي ناموفق رخدا

دهند، قابليت يتبي، بخصوص

و بهره بر 24بارمحاسبه حداكثرروتكلهاي مسير

يابي مكان جهتصرف انرژي (ا

دي كه مورد ني) ايجاد نمايد20

: ارتباط داد3شكل

خوشه بنديNه مراتبي در

. مسرگذار باشددر جهت ك هاافزايش ترا گام

رتباط و پيگيريعي را پوشش ميدي سلسله مراتنياز به توازن باها دارند (مثل م

پر ندي هستند.جك ابزار موثر

كه و كاهش مص

بي سيم

اند به هر تعداده چند سطحي

هاي طراحيبندي سلسله شه

تاثيري انرژي، و تركيب دادهن است به هنگجاد تاخير در اركه منطقه وسيع

بند خوشه ندارند.در اين زمينه، نيع موثر داده ه روش خوشه بن

به عنوان يكراس پذيري شبك


C وBS توا ميله مراتب خوشه

لي و چالشها گفته شد، خوشل عمر و كاراييوشه و تجميع

ممكن 21 سطحي است باعث ايجگي از گره ها كسير طوالني را نقياس پذيري دكه نياز به تجميلب استفاده از

ر بندي ، خوشهتيباني از مقياس


CHحسگر و

مراتبي (سلسل

اهداف اصلهمانطور كه

سيستم، طولدرون يك خو

سشبكه تك باري ممكن

مجموعه بزرگارتباط در مسيموثر است. مقكاربردهايي كطبيعي، داوطلبرخي مراجع،عالوه بر پشت

4


5

و در هدودرون خوشه را متمركز و محلي نم 25 ازي مسيرتواند برپاس . به عنوان مثال ميدمتناسب با اهداف متفاوت ديگر، دارتواند پهناي باند ارتباطي را حفظ همچنين مي گره را كاهش دهد. ذخيره شده در هر 26 ، اندازه جدول مسيريابيآن نتيجه

هاي حسگر، ميان گره ي تبادليها محدود نموده و از افزونگي پيامها CHاي را به نمايد زيرا حوزه تعامالت ميان خوشهو مخارج كلي 27تواند توپولوژي شبكه را در سطح حسگرها پايدار ساخته و سربار بندي مي به عالوه، خوشهكند. جلوگيري مي

شوند و به هايشان نگهداري ميCHنگهداري از توپولوژي را كاهش دهد؛ به اين معني كه حسگرها تنها در زمان اتصال به تواند استراتژيهاي مديريتي بهينه مي CH، گيرند. همچنين ها، تحت تاثير قرار نميCHهنگام تغييرات در سطوح ميانِ

ها و در نتيجه افزايش طول اي را پياده سازي كند كه اين كار ارتقاي عملكرد شبكه و افزايش طول عمر باطري گره شدهها بندي كند كه در نتيجه آن، گرهميتواند فعاليتهاي درون خوشه را زمان CHعمر شبكه را در پي خواهد داشت. يك

ها بعالوه، گره سوئيچ كنند و نرخ مصرف انرژي را كاهش دهند. 28 خواب) مصرف-(يا كم توانِ-كمتوانند به حالت ميتعيين گردد؛ در نتيجه و زمان مشخصي جهت ارسال و دريافت شوند رفته، به كار گ29توانند در يك ترتيب نوبت چرخشي مي

(داده) در منطقه تحت پوشش، كاهش يافته و از تصادم در دسترسي رسانه اي 30از ارسال مجدد جلوگيري شده و افزونگي شود. اجتناب مي 31

WSN اين چالشها مشابه مشكالتي است مواجه هستند.با چندين چالش ويژه دوره هاي طراحي و پياده سازي طول ها درو طبيعي است كه بسياري از ايده هاي مرتبط (مثل مورد توجه قرار هوجود داشت 32سيار ad-hocدر شبكه هاي هم كه قبال

هاي حسگر ، قابليت محدود گرهWSNدر قابل ذكر است، دادن پروتكلهاي خوشه بندي و ...) از اين زمينه الهام گرفته شود. آميخته ،ي باطري، نرخ انتقال، سخت افزار پردازش و حافظه استفاده شده و ...)، با شرايط ويژه وابسته به منطقه(مثل انرژ

هاي ذكر است كه در شبكه شاياننمايد ( تر مي را به مراتب بحراني قابليت مقياس پذيريو كارايي انرژيشده و دو عامل WSN همچنين مشكل افزايش طول عمر شبكه حتي اگر قابل اجرا باشد، فاكتور بحراني نيست). 33، پشتيباني از سياري

برطرف ،فقط به كمك تكنيكهاي سنتياين مشكل، قرار باشد كهدشوارتر خواهد بود زماني تحت محدوديتهاي فوق الذكر، در مقايسه با پروتكلهاي ند (كهگرد مياستفاده از تكنيكهاي ديگري كه منجر به ايجاد پروتكلهاي كارآتر ،در نتيجه شود.

، اجتناب ناپذير است.)ها تفاوتهاي بيشماري دارندMANETاستفاده شده در

25 Route setup 26 Routing table 27 Overhead 28 Low-power sleep mode 29 Round-Robin 30 Redundancy 31 Medium Access Collision 32 Mobile Ad-hoc Networks - MANET 33 Mobility


6

قابليتهاي محدود شده و طول ، محدود چالشهاي نوعي (و در عين حال حياتي) كه در باال اشاره شد (از جمله انرژي فراتر ازها بايد مد نظر قرار داده WSNبندي براي ، برخي مالحظات مهم ديگري در فرايند طراحي الگوريتمهاي خوشه)عمر شبكه

شوند؛ از جمله:و شكل دهي خوشه بايد بهترين خوشه هاي ممكن را ايجاد كنند (مثال CH: رويه هاي انتخاب 34دهي خوشه شكل ■

باشند و ...). به هر حال آنها بايد قادر باشند تعداد پيامهاي تبادلي را كم نگه دارند و پيچيدگي زماني كلي 35وازن تمخوشه ها اين يك توافق بسيار چالش برانگيز است.كه ؛بايد (در صورت امكان) يك مقدار ثابت و مستقل از رشد شبكه باشد 36بايد در ،ها، توانمندي كاربردWSN: به هنگام طراحي پروتكلهاي خوشه بندي و مسيريابي براي 37وابستگي به كاربرد ■

مورد نظر پذيري با انواع مختلف نيازمنديهاي كاربرد تطبيقاولويت بااليي قرار داشته و پروتكلهاي طراحي شده بايد قابليت را داشته باشند.

نيز حائز اهميت WSNهاي هاي سنتي اهميت دارد، در شبكه شبكهدر ها به همان ميزان كه : امنيت داده 38ارتباط امن ■زماني كه اين شبكه ها براي كاربردهاي بمنظور فراهم كردن ارتباط امن، ،WSNهاي شبكهبندي است. توانايي طرح خوشه

.شود ميبسيار پر اهميت تر نظامي در نظر گرفته ميشوند، )، گره TDMA 41( بصورت زماني(يا رسانه) تقسيم كانال انند) م40طرح هاي انتقالي شياري (اسالتي :39همگام سازي ■

چنين در هاي زماني خواب را (بمنظور كاهش انرژي مصرفي) زمانبندي كنند. د تا به طور منظم، فاصلهنساز ها را قادر مي ها مورد توجه قرار گيرد. اين مكانيزمهاي همگام سازي و تاثير مكانيزم بايدهايي طرحرا فراهم كرده است، تا به امروز، همچنان به 43كه اين فرايند، امكان بهينه سازي انرژي : از آنجايي42تجميع داده ها ■

ياده به هر حال، پ هاي بيسيم)، باقي مانده است. ترين چالشهاي طراحي (در بسياري از طرحهاي شبكه عنوان يكي از اساسيهاي آسان و سرراستي نيست و بايد متناسب با نيازمنديهاي كاربرد مورد 44سازي موثر آن براي بسياري از كاربردها، رويه

نظر، بيشتر بهينه شود.

34 Cluster formation 35 Well balanced 36 Total time complexity 37 Application dependency 38 Secure communication 39 Synchronization 40 Slot را ببينيد 5شكل 41 Time Division Multiple Access 42 Data aggregation 43 Energy optimization 44 Procedure


7

دسته بندي الگوريتمهاي خوشه بندي: پارامترهاي خوشه بندي -الف

هاي برخي پارامترهاي مهم كه در همه رويه ها، بهتر استWSNبندي در بندي الگوريتمهاي خوشه قبل از دستهبندي پروتكلهاي بندي مطرح هستند، معرفي شوند. اين پارامترها به عنوان ابزار اساسي جهت مقايسه و دسته خوشه گيرند. مورد استفاده قرار مي ،بندي خوشهو فرايند شكل CHتصادفي اخير، انتخاب /احتماالتي بنديِ خوشه ): در اكثر الگوريتمهاي46ِ(شمار خوشه 45خوشه ها تعداد ■

در برخي رويكردهاي منتشر ،با اين وجودگردند. هاي متفاوتي مي دهي خوشه، به طور طبيعي، منجر به ايجاد تعداد خوشهدر ها از قبل مشخص شده است. معموال، ها از قبل تعريف و تعيين شده و بنابراين تعداد خوشهCHشده، مجموعه

شود. محسوب مي يك پارامتر بحرانيها ، تعداد خوشه 47كارايي پروتكل مسيريابيضوعات مربوط به مو

آن، بطور مستقيم CHبندي، ارتباط ميان يك حسگر و در برخي رويكردهاي اوليه خوشه : 48ارتباط درون خوشه اي ■؛ گامه مورد نياز است-اي چند در حالي كه امروزه در اغلب موارد، ارتباط درون خوشه ؛گام) در نظر گرفته شده است-(تك . كمها CHهاي حسگر بسيار زياد است و تعداد هاي حسگر، محدود است و يا تعداد گره مواردي كه بازه ارتباطي گره مثلهاي ها ساكن (و بدون حركت) هستند، بطور طبيعي با خوشه CHها و اگر فرض كنيم كه گره : هاCHها و سياري گره ■

اي در آن تسهيل شده است. در مقابل، اي و ميان خوشه اي درون خوشه شويم كه مديريت شبكه متعادل و ثابتي مواجه ميكند و مي صورت پويا (ديناميكي) تغييره ها را سيار در نظر بگيريم، عضويت در خوشه براي هر گره ب CHها و اگر گره

كند كه در هر لحظه عضو گيري كنند و احتماال در اين صورت، نيازمند نگهداري دائم خواهند شد. خوشه ها را مجبور ميشود )، فرض مي49نامتجانس-اي پيشنهاد شده (مثل محيطهاي ناهمگن در برخي مدلهاي شبكه ها و نقش آنها : انواع گره ■

در بسياري از مدلهاي ليكن، اند. ها، با منابع ارتباطي و محاسباتي بيشتري تجهيز شده گرهها، نسبت به ديگر CHكه به عنوان ها گرهاين ها قابليتهاي يكساني دارند و تنها زيرمجموعه اي از )، همه گره50اي معمول (محيطهاي همگن شبكهCH شوند. برگزيده مي ها فقط گره هاي حسگر معمولي هستند، و CHدر بسياري از رويكردهاي اخير، وقتي متدولوژي شكل دهي خوشه : ■

و بدون هماهنگي انجام 52بندي به روش توزيع شده رود، خوشه ، يكي از معيارهاي اصلي طراحي به شمار مي51بازده زماني

45 Number of clusters 46 Cluster count 47 Efficiency of the total routing protocol 48 Intracluster communication 49 heterogeneous 50 Homogeneous environments 51 Time efficiency 52 Distributed


8

يروي شده است؛ به اين معني كه از ) پ54(يا تركيبي 53متمركز شده ششود. ليكن در برخي رويكردهاي اوليه، از يك رو مي، و كنترل كردن عضويت در خوشه57 كل شبكه بصورت منفصل 56جهت تفكيك كردن 55يك يا چند گره هماهنگ كننده

د.وش استفاده ميها (يعني هاي رهبر خوشه در برخي الگوريتمهاي پيشنهاد شده (بخصوص براي محيطهاي ناهمگن)، گره ها :CHانتخاب ■

CH ،(مثال در محيطهاي همگن) ها)، ميتوانند از قبل تعيين شوند. در حالي كه در بسياري مواردCH ها از ميان مجموعههاي پراكنده شده، به روشهاي احتماالتي يا به روشهاي كامال تصادفي و يا بر اساس معيارهاي خاص ديگري (مثل گره

شوند. ميانرژي باقي مانده يا قابليت اتصال و ...)، انتخاب پروتكل اجرا شده، يكي از اهداف اصلي طراحي 59در بسياري از الگوريتمهاي اخير، پايان سريعِ :58پيچيدگي الگوريتم ■

مقداري ثابت است (و يا فقط 60است. بنابراين امروزه در بيشتر رويه هاي پيشنهادي، پيچيدگي زماني يا نرخ همگراييست). در حالي كه در برخي پروتكلهاي اوليه، پيچيدگي زماني به تعداد حسگرهاي ا گامهاها يا تعداد CHوابسته به تعداد

به عنوان اولويتهاي اصلي متمركز بودند. يمعيارهاي ديگر براين پروتكلها، ،و از طرف ديگر هشبكه بستگي داشت(و در مقابل آن خوشه 62سطحيمفهوم سلسله مراتب خوشه چند ، در برخي رويكردهاي منتشر شده : 61چند اليه گي ■

بندي چند خوشهاستفاده از به چشم ميخورد؛ هدف از اين رويكردها، توزيع و مصرف بهتر انرژي است. بندي تك سطحي)،چرا كه در اين ؛ ستقرار گرفته اتوجه بيشتري مورد كه با يك شبكه بزرگ مواجهيم، در مواقعيبخصوص سطحي،

برخوردار است. بسزاييها) از اهميت CHاي (ميان كارايي ارتباط ميان خوشه ها، شبكههاي مختلف (در جهت كارايي بهتر اي به مفهوم همپوشاني گره در خوشه برخي پروتكلها، توجه ويژه : 63همپوشاني ■

مسيريابي يا براي اجراي سريعتر پروتكلِ شكل دهيِ خوشه و يا به داليل ديگر) دارند. هنوز هم بيشتر پروتكلهاي شناخته .(تحت هيچ شرايطي) دارندهمپوشاني از عدم پشتيبانيشده، سعي در كمينه كردن همپوشاني و يا

با هم مقايسه شوند. در همين راستا، بر اساس پارامترهاي فوق الذكر، سعي بر اين است تا بيشتر الگوريتمهاي مطرح شده، معرفي مختصر و مقدماتي برخي از اين پروتكلها در جدول يك آورده شده است.

53 Centralized approach 54 Hybrid approach 55 Coordinator node 56 Partition 57 Off-line 58 Algorithm complexity 59 Fast termination 60 Convergence rate 61 Multiple levels 62 Multi-level cluster hierarchy 63 Overlapping

mfyazdi@g

gmail.comد يزدي د و گردآوري: محم

ترجمه

شه بندي ارائه شده(

ي الگوريتمهاي خوش...)ه در صفحه بعد

: مقايسه برخي1ل(ادامه

بي سيم

جدو

شبكه هاي حسگر ب ش خوشه بندي در

9

mfyazdi@g

gmail.comد يزدي د و گردآوري: محم

ترجمه

شه بندي ارائه شده

ي الگوريتمهاي خوش : مقايسه برخي1ل

بي سيم

جدو


10


11

بندي هاي خوشه طبقه بندي پروتكل-ببندي وجود دارند. دو دسته WSNبندي بندي كردن الگوريتمهاي خوشه راههاي مختلفي جهت متمايز كردن و سپس دسته

به صورت زير هستند: مراجعاوليه و رايج در ناهمگنهاي بندي در شبكه الگوريتمهاي خوشه وهاي همگن بندي در شبكه خوشهالگوريتمهاي -1

توزيع شدهبندي الگوريتمهاي خوشه وبندي متمركز شده الگوريتمهاي خوشه -2

روش استفاده شده براي بر در خوشه است، در حالي كه ديگري هاي حسگر مشخصه و كاركرد گرهاولين دسته، بر پايه هاي حسگر ناهمگن، در حالت كلي دو نوع حسگر وجود دارد، نوع اول، حسگرهايي با در شبكه داللت دارد. خوشهدهي شكل

در داخل 64 كه به طور كلي جهت ايجاد نوعي ستون فقراتهستند قابليتهاي پردازشي باالتر و سخت افزار پيچيده WSNهاي از قبل به عنوان گره اين حسگرها، اند. ها استفاده شدهCH ها و به عنوان جمع كننده داده واند؛ انتخاب شده

هاي هاي معمولي با قابليت نوع دوم، گره كنند؛ هاي حسگر، انجام وظيفه مي رههاي دريافتي از ساير گ مراكز پردازش دادهر همگن، همه هاي حسگ شوند. اما در شبكه محيط، استفاده مي ورد نظركه در واقع براي حس كردن خواص مهستند كمتر هاي پخش شده در محيطهاي جنگي). در اين (مثل گره ها، مشخصات و سخت افزار و قابليتهاي پردازشي يكساني دارند گره

CHها، نقش باشد. بعالوه در اين شبكه CHتواند ، هر گره ميندستههاي امروزي دها، كه رايجترين مورد در كاربر شبكه ها تعويض شود. تر انرژي)، ميان گره جهت ايجاد توازن بار بهتر و مصرف يكپارچهاي (و در تواند بصورت دوره مي

بصورت توزيع CHدهي خوشه و انتخاب ها قابليتهاي يكساني دارند (در محيطهاي همگن)، فرايند شكل زماني كه همه گرهمستقل از تعداد گره زمانهاي سريعتر اجرا يا همگراييِو تر شده، صحيح ترين تكنيك (در راستاي كسب انعطاف پذيري بيش

كنند كه در آنها يك يا چند باشد. در مقابل، تعداد كمي از رويكردها از تكنيكهاي متمركز شده يا تركيبي استفاده مي ها) ميبه خوشه ها هستند. هماهنگ كننده يا ايستگاه مبنا، مسئول تفكيك كردن تمام شبكه بصورت منفصل و كنترل عضويت در

همه منظوره مناسب نيستند (و تنها براي بزرگ مقياسِ WSN هر حال اين شبكه ها براي كاربردهاي عملي شبكه هايِ. در اينجا اساسا روي خاص منظوره كه كيفيت باالي اتصال و تفكيك شبكه مورد نياز است، كاربرد دارند) هاي كوچك شبكه

هاي همگن (كه محيط درپروتكلهاي خوشه بندي توزيع شده (كه مخصوصا در شبكه هاي بزرگ كارايي بيشتري دارند)، كنيم. امروز همه منظوره و پر استفاده هستند)، تمركز مي

است هرگاه شامل انتخاب "پويا"، دهي خوشه بندي است. رويه شكل خوشه ايستا يا پويا بودندسته بندي متعارف ديگر، ها، اين رويهها باشد. هاي سازماندهي مجدد خوشه ) باشد يا شامل رويه65 ها بصورت منظم (دوره اي يا رخدادگراCHمجدد

تنظيم صحيح توپولوژي خوشه در نتيجه، ثر به تغييرات توپولوژي شبكه و ؤمنشان دادن به منظور عكس العمل ممكن است معماريهاي .دنباشطراحي شده ،كسب كارايي انرژيدر نتيجه، و ها در ميان گره CHبا هدف گردش صحيح نقش يا و

64 backbone 65 Event driven


12

حسگرها گرديده و بطور طبيعي منجر به پيشرفت در مديريت مصرف انرژي و طول عمر از خوشه پويا، سبب استفاده بهتر شوند. شبكه مي

بندي بر اساس معيارهاي توانند به دو دسته اصلي تقسيم شوند؛ اين دسته بندي، مي بيشتر الگوريتمهاي شناخته شده خوشهبندي يا الگوريتمهاي خوشهگيرد و به اين ترتيب، صورت مي CHدهي خوشه و پارامترهاي استفاده شده جهت انتخاب شكل

).70(قطعي 69يتغير احتماالو يا هستند ) 68، تركيبي 67(تصادفي 66احتماالتيشود. البته هاي آغازين، يك احتمال به هر گره تخصيص داده ميCHبندي احتماالتي، جهت تعيين الگوريتمهاي خوشهدر

ريزي شده باشند اما آنچه كه مسلم است اين است كه ، برنامههاي ديگري جهت انتخاب تصادفي ممكن است رويهبه ( CH گيري در مورد انتخاب عنوان معيار اصلي تصميم ها (مطابق هر اصولي)، اغلب، به تخصيص احتماالت اوليه به گره

ممكن است معيارهاي ثانوي با اين حال،رود. پذير، يكپارچه، سريع و كامال توزيع شده) به شمار مي يك روش انعطاف كمكنزديكي يا دهي خوشه (مثل در طول فرايند شكل و چه(مثل انرژي باقي مانده) CHدر خالل فرايند انتخاب هم چه ديگري

الگوريتمهاي وجود داشته باشند. -در جهت رسيدن به مصرف انرژي بهتر و طول عمر شبكههمگي و - هزينه ارتباط)همگرايي و كاهش حجم /بندي احتماالتي، فراتر از بازدهي انرژي باالتر، معموال باعث سريع شدن زمانهاي اجرا خوشه

گردند. مي تبادليپيامهاي و شكل دهي خوشه، CHبندي غير احتمالي، اصوال معيارهاي (قطعي) ويژه بيشتري براي انتخاب الگوريتمهاي خوشه در

ها (مثل اتصال و درجه و ...) و اطالعات اند؛ اين معيارها اساسا مبتني بر نزديكي و مجاورت گره مورد توجه قرار گرفتهها با همسايگانشان دهي خوشه، بر مبناي ارتباط گره اين حالت، رويه شكلباشند. در تر مي هاي نزديك دريافت شده از گره

تر پيامها و در برخي موارد گراف پيمايش است؛ هاي تك گامه يا چند گامه) و عموما نيازمند تبادل فشرده است (همسايهدر د.نگرد حتماالتي/تصادفي ميبندي ا موارد منجر به پيچيدگي زماني بدتر نسبت به الگوريتمهاي خوشه عضيبدر بنابراين

ها، قابل ه با وضعيتهاي پيش بيني نشده و همچنين در مورد توازن خوشههعين حال، معموال، اين الگوريتمها به هنگام مواجاي (مثل ها، برخي از الگوريتمهاي غير احتماالتي، از تركيب معيارهاي اندازه تر هستند. عالوه بر معيار نزديكي گره اطمينان

)، جهت رسيدن به 71دهي خوشه بر اساس وزنهاي تركيب شده و معيارهاي سياري (شكل ل)رساانرژي باقي مانده و قدرت ادر اين دسته از الگوريتمها، يك كالس نسبتا جديد و كامال كنند. تر نسبت به پروتكلهاي تك معياره استفاده مي اهداف كلي

است و تا به امروز 73هوش گروهيمعرفي شده كه بر پايه 72از زيست شناسي پروتكلهاي الهام گرفتهچالش برانگيز به نام به شمار مي رود. WSNبندي احتماال اميدبخش ترين رويكرد قابل انتخاب براي خوشه

66 Probabilistic 67 Random- Stochastic 68 Hybrid 69 Non-probabilistic 70 Deterministic 71 Combined weights 72 Biologically inspired protocols


13

از دهه اخير)، كه بندي، به طور مختصر به پروتكلهاي سابق (حتي قبل هاي اصلي خوشه در ادامه، قبل از شرح جزئيات دسته شد، پرداخته شده است. ها استفاده ميWSNبندي در خوشه

سيم، به طور طبيعي الهام گرفته از (و يا كامال مبتني بر) هاي حسگر بي بندي براي شبكه خوشه هاياولين الگوريتم) MANETسيار (يعني ad-hocهاي در زمينه شبكه هاهاي حسگر سيمي يا بعد الگوريتمهاي بودند كه قبال در زمينه شبكه

هاي حسگر سيمي ايجاد شد)، بندي (كه در ابتدا براي شبكه يكي از اين الگوريتمهاي خوشه مطالعه و استفاده شده بوند.، تك گام و 75شناسهبندي توزيع شده مبتني بر ، يك الگوريتم خوشهLCA. است) LCA 74الگوريتم خوشه لينك شده (

ها CHكه عموما منجر به افزايش بيش از حد استاين LCAاز معايب . استكردن اتصال شبكه ايستا با هدف بيشينه كرد)، هاي كمتري توليد مي CH(كه تعداد LCA. به همين دليل، بعدها يك رويكرد پيشرفت داده شده مبتني بر گردد مي

ها، سطح ديد محدودي WSNايجاد شد. هر دوي اين الگوريتمها به عنوان الگوريتمهاي خوشه بندي براي LCA2با نام - هاي تك . بعالوه، هر دوي اين الگوريتمها، خوشهاستها در آنها لحاظ نشده WSNند؛ چرا كه مشكل انرژي محدود ردا

هاي بزرگ مقياس، غيرقابل قبول است.WSNاست كه عموما در O(n)كنند و پيچيدگي زماني آنها گام ايجاد ميها هم به WSNايجاد شد و بعدا براي MANETنمونه ديگري از پروتكلهاي خوشه بندي كه در ابتدا براي شبكه هاي

كه در ابتدا براي ،الگو بنديِ الگوريتمهاي خوشهديگر از .است) Adaptiveپذير ( تطابقبندي كار برده شد، الگوريتم خوشهMANET ها طراحي شده بودند، ميتوان به الگوريتمهايMAX-MIN ،HC وWCA اشاره كرد. در نهايت، برخي از

ها بودند كه عموما خوشه 76ها پيشنهاد شدند، مبتني بر نوعي شكل دهي دستيWSNكه براي اوليهبندي طرحهاي خوشههاي همه منظوره امروزي، WSNدهي دستي خوشه براي بطوركلي، طرحهاي شكلهاي ناهمگن كاربرد داشتند. براي شبكه

كاربردي نيستند؛ مگر اينكه شرايط ويژه اي حاكم باشد.

77رويكردهاي خوشه بندي احتماالتيدر مناطق وسيع، طي دهه گذشته رشد چشمگيري داشته است، پروتكلهاي WSNهاي كه كاربرد بهينه شبكه از آنجايي

بندي ويژه بيشتري براي برآوردن نيازهاي اضافي (از قبيل افزايش طول عمر شبكه، كاهش يا حتي توزيع انرژي خوشهين پروتكلهاي اند. در اين قسمت يكي از مهمترين و كاربردي ترين ا مصرفي، قابليت مقياس پذيري و ...) ايجاد شده

) و گاها مبناي مقايسه در مقاله بررسي شده (در انتهاي بخش) LEACHبوده (ها متمركز WSNبندي كه روي خوشه)، طبيعتي احتمالي داشته و HEEDو EEHCاين الگوريتم و الگوريتمهاي مشابه ديگر (مثل .، معرفي شده استباشد مي

و تعميم EEHCو LEACHبرخي از آنها (مثل طول عمر شبكه است. اهداف اصلي آنها كاهش انرژي مصرفي و افزايش 73 Swarm Intelligence 74 Linked Cluster Algorithm 75 ID-based , ID: identifier 76 Manual 77 Probability Clustering Approaches


14

كنند (يعني، مقادير احتمالي تخصيص داده شده، مبناي پيروي مي CHهاي آنها) از يك رويكرد احتمالي براي انتخاب و رويكردهاي مشابه آن) از يك متولوژي HEEDهاست) در حالي كه ديگر اين پروتكلها (مثل CHانتخاب تصادفي

ها، مورد توجه قرار CHكنند (كه در آنها معيار ديگري مثل انرژي باقي مانده هم در انتخاب تركيبي (هيبريد) استفاده مي گيرد). مي

مشهوربندي احتماالتي پروتكلهاي خوشه )LEACH78( سلسله مراتب خوشه بندي تطبيق پذير كم انرژي -الف

LEACHبندي پيشنهاد شده براي ، يكي از اولين و مشهور ترين پروتكلهاي خوشهWSN.اين پروتكل، احتماال ها استرا در نظر گرفته و از گره هاي حسگر ساكن همگن WSNبندي پوياست كه بطور ويژه، نيازهاي اولين پروتكل خوشه

، هنوز هم به عنوان مبنايي براي ديگر پروتكلهاي پيشرفته LEACHاند؛ كند كه بطور تصادفي پخش شده استفاده ميشود. بطور كلي، اين پروتكل، يك پروتكل سلسله مراتبي، احتماالتي، توزيع يافته ها در نظر گرفته ميWSNبندي در خوشه گام است كه دو هدف عمده دارد:-و تك .هاي شبكه مصرف انرژي در ميان تمام گره سعي در توزيعاز طريق WSNهاي افزايش طول عمر شبكه -1

.كاهش تعداد پيامهاي تبادليو در نتيجه آن، تجميع دادهبا انجام عمل هاي شبكه كاهش مصرف انرژي در گره -2

) مبنا، به عنوان مسيرياب (تا ايستگاه CHشكل داده و از گره هاي ،اساس سيگنالهاي دريافتياين رويكرد، خوشه ها را بر گيرند. همه پردازشهاي داده اي از قبيل تجميع و تركيب داده ها در خوشه، بصورت محلي انجام مي كند. استفاده ميLEACHگره ها به طور مستقل و بدون ،دهد كه در آن ، خوشه ها را با استفاده از الگوريتمهاي توزيع شده، شكل مي

ها )، همه گره79(راندكامل انرژي مصرف شده هر گره در هر دور كنند. به منظور توازن گيري مي كنترل متمركز تصميمكند. مي 80شود و اين تصميم را پخش فراگير CHگيرد كه تصميم مي Pشدن دارند. در ابتدا يك گره با احتمال CHشانس

نيست)، CHكنند و هر گره (كه پخش فراگير مي ،به ديگر گره ها 81ها يك پيام اعالنيCH، همه CHپس از انتخاب كند كه بتواند با اي انتخاب مي اش را به گونه كند؛ هر گره، خوشه خواهد عضو آن باشد، مشخص مي اي را كه مي خوشه

گيرد. در صورت مي CHآن ارتباط برقرار كند؛ اين كار بر اساس قدرت سيگنال پيام ارسال شده هر CHكمترين انرژي، با دهي خوشه بصورت واضح بيان شده است. ، طرح شكل4شكل

78 Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy 79 Round 80 Broadcast 81 Advertisement Message

mfyazdi@g

ب يك عدد T از آستانه

82 Load


خش با انتخابTشود اگر عدد

Balancing


اين چرخ گيرد. ش مي CHعلي،

ترجمه

LEACHدر

صورت 82ن باردور چرخشي فع

شكل دهي خوشه د

چرخد تا توازن يد. يك گره در د

ها

: فلوچارت ش4شكل

طور متناوب ميگيرد صورت مي

جمعيت حسگره

بي سيم

ش

هاي خوشه بهك) توسط گره ص

CH جميان در


ه دن، ميان گرهبين صفر و يك

د:

لوب گره هاي


شد CHنقش

(ب Tتصادفي زير كمتر باشد

كه در آن:

pدرصد مطل :

15

mfyazdi@g

بصورت ل،

قادر است محلي يگكه شود ي

ن پروتكل صت براي ك منطقه ين در اين همچنين ، اين يك ر دسترس يرد كه هر

هايي شبكه


ي كامل دورها

به عالوه، مايد.ه، طرح هماهنگ

مييادآوري جددا LEACHاين ،

ت، بنابراين فرصي انتخابي در يك

؛ بنابرايرسد) ميخواهند داشت.

برسد! هميشه ها در ي همه گره

گي ي شكل ميور موثري در ش


و زمان انجام

گام فراهم نما- به اضافه اينكه

مجكند؛ هم ميHهاي مطلوب

احتماالتي استهايCHت اس

ه هاي دورتر نممحدوده خود نخ

BSستقيما به

مستقيما برايو درون خوشه اي

تواند بطو ن نمي

ترجمه

) و4يند شكل

-ي حسگر تكها ايجاد نمايد.هي خوشه فراه عليرغم كارايي

و چرخش آن،ن دليل ممكنم است و به گره

اي در مCHچتواند مس داده مي

در اغلب مواردخوشه اي و ان؛ بنابراينBSه

ده اند(بر اساس فراي

چه در شبكه هايهCHتصادفي

ده براي شكل اين وجود و ع

و CH انتخابد دارد. به همينهاي ارسالي كمخي گره ها هيچند و بنابراين، د

BS هستند و

گام ميا-ي تكبهها) CHوسط

: تقسيم زماني5ل

نشد CHدورها،شوند ( هي مي

ر كامال يكپارچسيله چرخش ت

پذيري بهتري سدهد. با ش مي

گيري در موردCكماكان وجود ،

ت سيگنال پيامهين نيست و برخطي وسيعي دار

هاي عادي گرهدر يك توپولوژي

(توو بعد از آن شود.

شكل

بي سيم

د p/1ر آخرينده ت پويا شكل

ت يك توزيع باانرژي نيز به و قابليت مقياس

را افزايش شبكهگ اينكه تصميم

CH به عنوان

ند (يعني قدرتCها قابل تضمين

ا محدوده ارتباطها گCHچرا كهLEA ، داساسا

ا ارسال نمايد واند استفاده شده


فعليهايي كه د گره

هر دور بصورت شود. اب مي

عموما قادر استناسب مصرف ا

شود، ستفاده ميتر، طول عمرم دارد. به دليلهاي كم انرژيكه متمركز باشن

CHيع مناسب

هاCHست كه گرايانه نيست چ

ACHه بر اينها،

هاCHتقيما به ق بزرگ ايجاد ش


rشماره دور :Gمجموعه :

ها در ه خوشهتصادفي انتخا

LEACHع ،يك توازن منكه در آن استتوازن بار بهتاشكاالتي همه انتخاب گره

خاصي از شبكپروتكل، توزيفرض شده اسفرض واقع گنيست. عالوهگره بايد مستكه در مناطق

16


17

بررسي مقاله موضوع:

Cluster Based Hierarchical Routing Protocol for Wireless Sensor Network (2010)

:محققانMd. Golam Rashed, M.Hasnat Kabir, Muhammad Sajjadur Rahim, Sheikh Enayet Ullah

چكيده مقاله:

اشاره شد، يكي از مهمترين روشهاي افزايش طول عمر شبكه، استفاده بهينه از انرژي بارهاهمانطور كه در قسمتهاي قبلي پروتكل "اين مقاله به معرفي و پيشنهاد يك پروتكل مسيريابي سلسله مراتبي دو اليه تحت عنوان است. در همين راستا،

، در LEACHپروتكل با پروتكل ) مي پردازد. تفاوت عمده اينCBHRP 83( "مسيريابي سلسله مراتبي مبتني بر خوشه CH) پويا و تعداد ديگري CH) است كه شامل يك سرخوشه (Head-Setمفهوم جديدي به نام مجموعه سرخوشه ها (

، مسئول كنترل و مديريت شبكه هستند. Head-Setهمكار در يك خوشه است. اعضاي ، مصرف انرژي را به طور قابل توجهي كاهش LEACHنويسندگان اين مقاله ادعا ميكنند كه اين پروتكل، در مقايسه با

دهد. داده و در نتيجه طول عمر شبكه را افزايش مي

و معماري آن CBHRPتشريح پروتكل CBHRP يك پروتكل دواليه اي است كه در آن مفهوم ،Head-Set به جاي ،CH شود. معرفي و پيشنهاد مي

، فعال H-Sيك عضو باشد. در هر لحظه فقط ) مي85هميار (يا همكار CHفعال و تعدادي CH، شامل يك H-S 84 هر شود: ها ايجاد مي هستند. در اين پروتكل، چندين حالت براي گره 86است و بقيه در حالت خواب

.91، حالت هميار غيرفعال90، حالت هميار89، حالت فعال88، حالت غير كانديد87حالت كانديداند تا مصرف انرژي كاهش يافته و در بطور سيستماتيك تنظيم شده H-Sهاي موجود در شبكه، اعضاي براي مجموعه گره

نتيجه طول عمر شبكه افزايش يابد.

83 Cluster Based Hierarchical Routing Protocol

از اين نماد استفاده ميشود Head-Setاز اين به بعد به جاي مجموعه سرخوشه ها يا ٨٤

85 Associate Cluster Heads 86 Sleep 87 Candidate state 88 Non-candidate state 89 Active state 90 Associate state 91 Passive associate state


18

، شامل دو مرحله 92اند. تكرار در نظر گرفته شده nو kها به ترتيب ها و تعداد گره در مدل پيشنهادي، از قبل تعداد خوشهها CHاند. اين ها بصورت تصادفي انتخاب شده CHاز اي ارسال. در شروع فاز انتخاب، مجموعهاست: فاز انتخاب و فاز

هاي حسگر، پيامهاي اعالني را دريافت كرده و بر اساس قدرت گره كنند. پخش مي 93يك پيام اعالني فراگير كوتاه برداش ارسال انتخابي CHبه 94يك پيام تصديقكنند. سپس، هر گره حسگر، خود را انتخاب مي CHسيگنال پيامهاي اعالني،

ها نيز بر اساس قدرت سيگنالهاي تصديقي دريافت شده، مجموعه همياران خود را انتخاب CHكند. در هر تكرار، مياست. هر )epoch(هر فاز ارسال داده، شامل چند دوره ، مسئول ارسال پيام به ايستگاه مبنا هستند.H-S يكند. اعضا مي

) است. در iterationشامل چندين تكرار ( )Round(شود. يك دور كامل مي CH، يكبار epoch، در طول يك H-Sعضو يكسان جهت 95، در يك شكاف زمانيH-Sشود. همه اعضاي مي H-S، هر گره حسگر براي يكبار عضو Roundيك

كنند. ارسال فريمهايشان شركت ميهر گره حسگر به عنوان يك كانديد به شبكه ملحق نمايش داده شده است. 6حالتهاي مختلف يك گره حسگر در شكل

هاي CHاند. اين انتخاب شده CH)، تعداد ثابتي از گره هاي حسگر به عنوان iterationشود. در شروع هر تكرار ( ميدر يك H-Sز انتخاب، تعداد كمي از گره ها به عنوان اعضاي در پايان فا آورند. انتخاب شده، حالت فعال را به دست مي

آورند. بنابراين يكي از آنها در حالت فعال و بقيه در حالت اند. اين گره ها حالت همياري را بدست مي خوشه انتخاب شدهكند و به ارسال مي) در فاز ارسال داده، گره حسگر فعال، يك فريم به ايستگاه مبنا epochدر يك دوره (هميار هستند.

آورد. بنابراين در طول يك رود. در همان لحظه، عضو هميار بعدي، حالت فعال را به دست مي حالت هميار غيرفعال ميepoch اعضاي ،H-S :به صورت زير توزيع شده اند

اعضا در حالت هميار و بقيه در حالت هميار غيرفعال هستند. در زمان ارسال از يك عضو در حالت فعال است و تعداد كمي، يك عضو فعال بوده و بقيه، هميار غيرفعال هستند. بنابراين هيچ عضوي در حالت هميار epochآخرين فريم در يك

هميار هستند. با تكميل ، حالت فعال را به دست مي آورد و بقيه در حالت H-Sبعدي، يك عضو epochنيست. براي شروع اعضايي كه در حالت غير كانديد هستند، ، حالت غير كانديد را به دست مي آورند.H-S)، همه اعضاي iterationيك تكرار (

) بعدي، همه گره هاي حسگر غير كانديد، حالت Roundنيستند. براي شروع دور كامل ( H-Sواجد شرايط عضويت در آورند. كانديد را به دست مي

شود. در اين مقاله تعدادي نمودار ارائه شده است كه در ادامه به بررسي آنها پرداخته مي

92 iteration 93 Short range advertisement broadcast message 94 Acknowledgment 95 Time slot

mfyazdi@g

شكل، با بعالوه، در شده زمان


هد. با توجه بهب است. 60تا 2

تكل پيشنهاد ش


ده نمايش مي20د خوشه ها

؛ چرا كه، پروتد

ت تا ايستگاه مبنا

ترجمه

CBHRP در

و قطر شبكههينه براي تعداد

يابد كاهش مي

خوشه ها و مسافت

مختلف گره حسگر

ها تعداد خوشههمچنين بازه به

ها،H-Sندازه

متناسب با تعدادد،

: حالتهاي مخ6شكل

را متناسب بايابد. ه هش مي

ي با افزايش ا

رف شده در هر راند

بي سيم

ش

نرژي در گرهرف انرژي كاه

كه مصرف انرژي

: انرژي مصر7شكل


مصرف ا يراتمصرها، د خوشه

شخص است ك دهد. ش مي

ش


تغيي، 7شكل

افزايش تعداداين شكل مشتكرار را كاهش

19

mfyazdi@g

اين شكل گرفت كه

به H-Sه ابل رؤيت

د.كه، نشان مهمي در

96 Alive


ابتي قرار دارد

دهد. مايش مي ميتوان نتيجه

ني نسبت اندازهقا ، قطر شبكه

دازه خوشه باشده ها و قطر شبك

، نقشH-Sه


گاه مبنا در منطقه ثا

و قطر شبكه نم دو شكل فوق

.كنندها (يعنيH-Sزه

و Einitي اوليه %) اند50صف (

با تعداد خوشهحالي كه اندازه

ترجمه

H- و وقتي ايستگ

و H-Sبا اندازه يافته است. از

LEAك ) ايفا ميه درصد انداز ب

تناسب با انرژي، نصH-S اندازه

iteرا متناسب (ين ندارد؛ در ح

Sطر شبكه و اندازه

Rرا متناسب ب (H-Sكاهش ،

ACHسبت به

شبكه و با توجهزمان تكرار، مت

است كه 96ريerationكرار (

بكه با قطر معي

راند، متناسب با قط

Round كامل (

م افزايش اندازهصرف انرژي (نساسب با قطر شدر اين شكل، زين حالت برقداي براي يك تك تكرار يك شب

بي سيم

صرف شده در هر ر

رفي در هر دوررژي، به هنگامرا در كاهش مصي تكرار را متنا

همچنين د هد.زماني در بيشتري

زمان تخمينيكهثيري در زمان


: انرژي مص8شكل

ت انرژي مصرد كه مصرف انر

H نقش مهمي رن تخميني براي

ده نمايش مي ، شكل، شبكه زموداري است ك

ها، تاثي د خوشه تكرار دارد.


، تفاو8شكل

دهد نشان ميS-Hاعضاي

، زمان9شكل اندازه خوشه)

مطابق است.، نم10شكل

دهد. تعداد ميافزايش زمان

20

mfyazdi@g



ه

ترجمه

H-Sكه و اندازه

وشه ها و قطر شبكه

متناسب با قطر شبك

متناسب با تعداد خو

: زمان تكرار، 9كل

: زمان تكرار، م10

بي سيم

شك

شكل


21

mfyazdi@g

ل پيشنهاد نمايد. در

اين اندازه ترهاي دور

ي به اندازه

BS ارسالمبنا) بيشتر

ظر گرفتن جاد فرايند


هد. اين پروتكليكسان) ارسال

به اين معنا كهحتماال خوشه هم تا حد زيادي

S مستقيما به

ر (از ايستگاه مب

با در نظخاب، را سد به دليل ايج


ه تا ايستگاه مبنا

ده بنا نشان مي(و در شرايط ي

97.ه است

پذيري ندارد. بعطاف پذيري احگر، اين الگوريتم

هاCH يعني شه هاي دورتر

امها در فاز انتخرس ل به نظر مي

ترجمه

قطر شبكه و فاصله

ه از ايستگاه مبLEACH با

.

شد بيان، رديدهHeaانعطاف ،

انعيل اين عدم از طرف ديگ د.

نيامده است؛رف انرژي خوش

خش فراگير پيا. اما، در مقابل

است.

.تند

هر دور، متناسب با ق

فاصله شبكه وي را در مقايسه

اي است ي دادهمطرح گرمقالهad-Setاندازه

ان است. به دليرف خواهند كرد

حبتي به مياناشاره شد، مصر

LEAيعني پخ ،است. فع كرده

م افزايش يافته

ده و قابل استناد نيست

مهاي ارسالي در ه

متناسب با قطراي بيشتري داده

ارسال فريمهاي خصوص اين م شده، در مورد اخوشه ها يكساي بيشتري مصر

اي صح ن خوشهه در بند يك ا

ACHوجود در

تا حدودي ر ،د اجراي الگوريتم

دگاه هاي مترجم بود

بي سيم

: تعداد فريم11شكل

رسال شده را مست فريمهاي دسئول افزايشبراي مترجم دروريتم پيشنهاد

ه و براي همه خهمچنان انرژي

دارد.

از ارتباط ميان مشابه آنچه كه

ي از عيبهاي موراگير كوتاه برد

، زمانهمياري

ها، منعكس كننده ديد


ش

داد فريمهاي ار شكل، قادر اس

، مسH-S اندازه خي مسائل كه برنظر ميرسد الگوقبل تعريف شده

ه )مبناايستگاه Hها بستگي د

اين الگوريتم،كنند؛ بنابراين

ت.

الگوريتم، يكيپيامهاي فرال

حسگرهايخاب

ت كه اين مسائل، تنه


، تعد11شكل

شده، مطابقاين پروتكل،

در پايان، برخيبه ن -1

از قب(از-S

در -2ك مي

استاين -3

ارساانتخ

قابل ذكر است ٩٧

22


23

اندازه %50بايد دقيقا H-S، براي اينكه به بيشترين زمان برقداري شبكه دست يابيم، اندازه 9با توجه به شكل -4يابد. بنابراين خوشه باشد؛ بيشتر يا كمتر از اين مقدار باشد، طول عمر شبكه به ميزان قابل توجهي كاهش مي

وابسته است. H-Sهمانطور كه در موارد قبلي گفته شد، اين شبكه بيش از حد به اندازه

كند كه در سطح يك نظريه باقي اين الگوريتم تنها يك روش تئوري به منظور افزايش طول عمر شبكه معرفي مي -5مانده است؛ چرا كه از اعداد و احتماالت و الگوريتمها و ... سخني به ميان نيامده است. به عالوه، توضيحي در مورد

داده نشده است. LEACHچگونگي رسم نمودارها و مقايسه آنها با

فهرست مراجع:

1- Yan Zhang, Laurence T.Yang, Jiming Chen, “RFID AND SENSOR NETWORKS”,

AUERBACH Pub, CRC Press, 2010 2- Sudip Misra, Issac Woungang, Subhas Chandra Misra, “Guide to Wireless Sensor

Networks”, Springer, 2009

Documents

ﻢﻴﺳﻲﺑ ﺮﮕﺴﺣ يﺎﻫﻪﻜﺒﺷ رد …[email protected]يدﺰﻳ ﺪ ﻤﺤﻣ :يروآدﺮﮔ و ﻪﻤﺟﺮﺗ ﻢﻴﺳ ﻲﺑ ﺮﮕﺴﺣ يﺎﻫ ﻪﻜﺒﺷ