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Entwicklung eines modifizierten energieeffizienten Clusters mit Aufteilung und Zusammenführung für drahtlose Sensornetzwerke unter Verwendung des Cluster-Head-Handover-Mechanismus

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Entwicklung eines modifizierten energieeffizienten Clusters mit Aufteilung und Zusammenführung für drahtlose Sensornetzwerke unter Verwendung des Cluster-Head-Handover-Mechanismus.

ABSTRACT

Energieeffizienz ist eine der wichtigsten Herausforderungen für drahtlose Sensornetzwerke (WSNs). Dies liegt an der Tatsache, dass Sensorknoten eine begrenzte Energiekapazität haben. Daher muss die Energie von Sensorknoten effizient verwaltet werden, um eine längere Lebensdauer des Netzwerks zu gewährleisten. Um den Energieverbrauch in WSNs zu senken, wurde in dieser Studie ein modifiziertes energieeffizientes Clustering mit Aufteilen und Zusammenführen (𝑚𝐸𝐸𝐶𝑆𝑀) für WSNs unter Verwendung des Cluster-Head-Handover-Mechanismus implementiert.

Dieses Modell verwendete Informationen zur Restenergie von Sensorknoten und einen geeigneten Schwellenwert für die Übergabe des Clusterkopfs (CH), um den Energieverbrauch im Netzwerk zu minimieren. Ein Backup-CH wurde in das Modell aufgenommen, um die Verantwortlichkeiten des CH zu übernehmen, sobald der CH-Übergabeschwellenwert erreicht ist. Die vom Verstärker des Knotens verbrauchte Energie wurde mit seiner Übertragungsentfernung variiert.

Für die Netzwerklebensdauer und das Restenergieverhältnis wurden durchschnittliche Verbesserungen von 7.5% bzw. 50.7% erzielt, was auf eine signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs der Netzwerkknoten hinweist. Außerdem wurden Skalierbarkeits- und Robustheitstests in Bezug auf die Netzwerklebensdauer durchgeführt, indem zufällig eine Anzahl von Knoten zum Netzwerk hinzugefügt und daraus entfernt wurden. Für den Skalierbarkeits- bzw. Robustheitstest wurden durchschnittliche Verbesserungen von 7.8% bzw. 10.3% erzielt.

EINFÜHRUNG

Drahtlose Sensornetzwerke haben sich in jüngster Zeit als wichtiges Mittel zum Studium und zur Interaktion mit der physischen Welt herausgestellt. Die jüngsten technologischen Fortschritte haben es ermöglicht, kleine drahtlose Sensorknoten mit geringem Stromverbrauch, geringer Bandbreite und multifunktionalen Funktionen einzusetzen, um Bedingungen und Ereignisse in ihrer lokalen Umgebung zu überwachen und zu melden (Liu & Ning, 2007; Sabet & Naji, 2015). .

Eine große Sammlung dieser Sensorknoten kann somit ad-hoc ein drahtloses Sensornetzwerk bilden und neue Arten von Informationssystemen schaffen (Liu & Ning, 2007). Ein Sensornetzwerk ist ein Netzwerk aus einer großen Anzahl winziger Sensorknoten und einigen leistungsfähigen Steuerknoten (auch Basisstationen genannt). Sensorknoten werden normalerweise zufällig im Feld eingesetzt und bilden ad hoc ein Sensornetzwerk, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen.

Es gibt normalerweise keine Infrastrukturunterstützung für Sensornetzwerke (Liu & Ning, 2007; Razaque et al., 2016). Jeder Sensorknoten in einem Sensornetzwerk verfügt über eine oder mehrere Erfassungskomponenten zum Erfassen von Bedingungen (wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck usw.) aus seiner unmittelbaren Umgebung, eine Verarbeitungskomponente zum Durchführen einer einfachen Berechnung der Rohdaten und eine Kommunikation Komponente zur Kommunikation mit den Nachbarknoten (Akyildiz et al., 2002; Tahir et al., 2013).

Anstatt Rohdaten an die für die Datenfusion verantwortlichen Steuerknoten zu senden, sind Sensorknoten mit einem integrierten Prozessor mit Verarbeitungsfähigkeiten ausgestattet. Dies ermöglicht es Sensorknoten, lokal einfache Berechnungen durchzuführen und nur die erforderlichen teilweise verarbeiteten Daten an die Steuerknoten zu übertragen. Die Steuerknoten können die von den Sensorknoten gesammelten Daten weiter verarbeiten, Steuerbefehle an die Sensorknoten weitergeben und das Netzwerk mit einem herkömmlichen drahtgebundenen Netzwerk verbinden.

REFERENZEN

Akyildiz, IF, Su, W., Sankarasubramaniam, Y. & Cayirci, E. (2002). Drahtlose Sensornetzwerke: Eine Umfrage. Computer Networks, 38 (4), 393 & ndash; 422.

A. Ari, A. Abba, A. Gueroui, N. Labraoui & BO Yenke (2015). Konzepte und Entwicklungen der Forschung auf dem Gebiet der drahtlosen Sensornetzwerke. Internationales Journal für Computernetzwerke und Kommunikation (IJCNC), 7 (1), 81 - 98. doi: 10.5121 / ijcnc.2015.7106

T. Camilo, C. Carreto, JS Silva & F. Boavida (2006). Ein energieeffizienter, auf Ameisen basierender Routing-Algorithmus für drahtlose Sensornetzwerke. Vortrag gehalten auf dem 5. Internationalen Workshop über Ameisenkolonieoptimierung und Schwarmintelligenz. 49-59

A. Castagnetti, A. Pegatoquet, TN Le & M. Auguin (2014). Ein gemeinsames Arbeitszyklus- und Übertragungsleistungsmanagement für die Energiegewinnung WSN. Ieee Transactions On Industrial Informatics, 10 (2), 928-936.

Dahnil, DP, Singh, YP & Ho, CK (2012). Topologiegesteuertes adaptives Clustering für Einheitlichkeit und längere Lebensdauer in drahtlosen Sensornetzwerken. IET Wireless Sensor Systems, 2 (4), 318-327.

Dietrich, I. & Dressler, F. (2009). Zur Lebensdauer von drahtlosen Sensornetzwerken. ACM-Transaktionen in Sensornetzwerken (TOSN), 5 (1), 1-38.

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