Two-tier particle swarm optimization protocol for clustering and routing in wireless sensor network

Two-tier particle swarm optimization protocol for clustering and routing in wireless sensor network
9,000 تومان

مشخصات فنی

tikago.ir
Elsevier
Word, PDF
13

جهت دریافت ترجمه و متن کامل مقاله لطفا نسبت به خرید اقدام فرمایید

Two-tier particle swarm optimization protocol for clustering and routing in wireless sensor network

Abstract

Many cluster-based routing techniques for Wireless Sensor Networks (WSNs) have been proposed in the literature. However, most of the proposed protocols emphasized on the Cluster Head (CH) selection ignoring how the CHs will send the aggregated data back to the Base Station (BS). Furthermore, they tend to use non-realistic parameters and assumptions. Such examples include the use of infinite transmission range and location awareness. They also used an energy model that is fundamentally flawed for modelling radio power consumption in sensor networks. In this paper, two Linear Programming (LP) formulations to the problems of clustering and routing are presented followed by two proposed algorithms for the same based on Particle Swarm Optimization (PSO). The clustering algorithm finds the optimal set of CHs that maximize the energy efficiency, cluster quality and network coverage. The routing algorithm is developed with a novel particle encoding scheme and fitness function to find the optimal routing tree that connects these CHs to the BS. These two algorithms are then combined into a two-tier protocol to provide a complete and practical clustering model. The effect of using a realistic network and energy consumption model in cluster-based communication for WSN will be investigated. Extensive simulations on 50 homogeneous and heterogeneous WSN models are evaluated and compared against well-known cluster-based sensor network protocols. The results demonstrate that the proposed protocol performs better than such protocols in terms of various performance metrics such as scalability, Packet Delivery Rate (PDR) at the CHs and delivery of total data packets to the BS.

Keywords: Clustering, Multi-hop, WSN, PSO, RSSI, CC2420

پروتکل بهینه‌سازی ازدحام ذرات برای خوشه‌بندی و مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم

بسیاری از تکنیک های مسیریابی مبتنی بر کلاستربندی برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN ها) در راه‌کارهای پیشین مطرح شده است. با این حال، بسیاری از پروتکل‌های پیشنهادی بر انتخاب سرخوشه (CH) تاکید کرده و چگونگی ارسال مجدد داده‌های جمع‌آوری شده توسط سرخوشه به ایستگاه پایه (BS) را نادیده می‌گیرند. علاوه بر این، آن‌ها تمایل به استفاده از اطلاعات غیر واقع‌بینانه و پارامترهای فرضی دارند. این نمونه‎ها شامل استفاده از محدوده انتقال متناهی و آگاه از مکان است. آن‌ها همچنین از یک مدل انرژی که اساساً برای مدل‌سازی قدرت رادیویی مصرفی در شبکه‌های بی‌سیم است استفاده می‌کنند. در این مقاله، دو فرموله بندی برنامه‌ریزی خطی (LP) برای مشکل کلاستربندی و مسیریابی ارائه‌شده است که شامل دو الگوریتم براساس الگوریتم ازدحام ذرات هستند (PSO). الگوریتم کلاستربندی، بهینه‌ترین مجموعه سرخوشه را می‌یابد به گونه‌ای که انرژی مصرفی، کیفیت خوشه‌بندی و پوشش شبکه بیشینه شود. الگوریتم مسیریابی با یک روش کدگذاری و تابع عملکرد توسعه‌یافته و بهینه‌ترین درخت مسیریابی را که این سر خوشه‌ها را به ایستگاه پایه (BS) متصل می‌کند را می‌یابد. این دو الگوریتم سپس با یک پروتکل دو لایه‎ برای ارائه کامل و عملی مدل خوشه‌بندی ترکیب می‌شوند. تأثیر استفاده از یک شبکه واقعی و الگوی واقعی انرژی مصرفی در ارتباطات مبتنی بر خوشه‌بندی برای WSN مورد بررسی قرار خواهد گرفت. شبیه‌سازی‌های گسترده‌ای در 50 مدل WSN همگن و ناهمگن ارزیابی و با پروتکل‌های مبتنی بر خوشه‌بندی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که پروتکل پیشنهادی در شرایط مختلف معیارهای عملکرد مانند مقیاس‌پذیری، نرخ تحویل بسته (PDR) در سرخوشه و تحویل بسته داده‌ها به BS بهتر از سایر پروتکل‌ها عمل می‌کند.

آدرس توليد کننده : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1084804515000429
اول صفحه
پیاده‌سازی و پشتیبانی توسط: هادیتک