SUPERVISOR
Mehdi Mahdavi
مهدی مهدوی (استاد راهنما)
STUDENT
Shohreh Ahvar
شهره اهور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
An Energy aware Query-Based Routing algorithm for Wireless Sensor Networks
Wireless Sensor Networks (W) have drawn considerable attention in recent years due to their potential applications. These applications include monitoring active volcano eruption, monitoring the stability of dams, bridges and roads, monitoring sensitive areas of military battlefield, and planetary exploration projects such as lunar exploration for water/ice. W are Ad hoc wireless networks which consist of a large number of densely deployed miniature disposable sensor nodes in the region of interest to monitor and capture physical environmental conditions such as pressure, temperature, humidity, etc. In such a network, environmental data is transmitted in multi hop manner to the base station/sink node for further processing through a wireless link. As the sensors’ placement can be random, such nodes can be placed in dangerous or inaccessible places. Since the sensors are battery powered devices, energy efficiency is considered as one of the main factors in designing routing protocols in W. Power failure of a node affects the node itself and also its ability to forward packets on behalf of others as well as the overall network lifetime. The lifetime of a sensor network can be increased significantly if the operating system, MAC layer and the network layer protocols and even higher layers are designed to be energy aware. From the energy point of view, routing protocols in W are very challenging due to their significant effect on the energy consumptions of nodes. This is because a routing protocol is responsible to deliver data packets in an infrastructure-less network with a large number of nodes which might have mobility. The routing protocols can be divided into five categories including multipath-based, query-based, negotiation-based, QoS-based, and coherent-based. In recent years, various energy efficient routing protocols have been proposed to increase the networks' lifetime. Methods for increasing lifetime of sensor networks through the routing protocols are divided into two categories. In the first category, the routing protocols try to reduce the overall energy consumption. However, in the second category, such protocols try to distribute energy consumption in the entire network. It should be noted that most of the energy-aware routing protocols attempt to decrease the energy consumption of the entire network. Nevertheless, the balance of the energy consumption in the network is more important, which can prevent the network from partitioning. In this way, the query based protocols are efficient from energy consumption perspective. The present thesis proposes an energy efficient query-based routing protocol called EEQR. EEQR is able to reduce the overall energy consumption as well as to balance the energy consumption throughout the network. In addition, EEQR is intended for contexts in which geographic routing criteria are not applicable. Since the positioning systems consume energy, this feature helps to save more energy. The proposed protocol is evaluated using simulation. The simulation results of EEQR are compared with some well-known query-based routing protocols. Simulation results show that the proposed protocol improves network lifetime compared to other query-based routing algorithms in sensor networks. Furthermore, EEQR increases network lifetime by decreasing the packet size and by balancing the energy consumption between network nodes. Keywords: Sensor network, Routing, Energy Aware, GlomoSim, Query-based
شبکه های حسگر بی سیم به دلیل کاربردهای فراوان آنها به صورت گسترده مورد توجه محققان قرار گرفته است. کاربردهایی نظیر پایش فوران یک کوه آتشفشان فعال، پایش مناطق مرزی صعبالعبور، پایش استحکام سدها، پلها و جادهها، پایش میدان جنگ یا مناطق حساس نظامی و از این قبیل. یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گرههای حسگری است که دریک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمعآوری اطلاعات از محیط میپردازند. لزوماً مکان قرار گرفتن گرههای حسگری، از قبل تعیینشده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم میآورد که بتوانیم آنها را در مکانهای خطرناک ویا غیرقابل دسترس رها نمود. از آنجایی که حسگرها با باطری کار می کنند انرژی موضوع مهمی در طراحی پروتکل های مسیریابی در شبکه های حسگر است. اتمام انرژی یک حسگر نه تنها بر عملکرد خود حسگر بلکه بر توانایی ارسال بسته ها به بقیه ی گره ها، در نتیجه طول عمر شبکه تاثیر می hy;گذارد. طراحی آگاه از انرژی سیستم عامل، لایه ی MAC، لایه ی شبکه و حتی لایه های بالاتر تاثیر به سزایی در افزایش طول عمر شبکه خواهد گذاشت. در این شبکه ها مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم بدلیل تعداد زیاد گره ها و تحرک آن ها و همچنین نبود ساختار متمرکز، موضوعی چالش برانگیز است. پروتکلهای مسیریابی در شبکه های حسگر، از نظر کاربرد و عملکرد آن ها، به پنج دسته ی پروتکلهای مبتنی بر مسیرهای چندگانه، مبتنی بر پرسش، مبتنی بر مذاکره، مبتنی بر کیفیت سرویس و مبتنی بر اتصال، تقسیم میگردند. روش های افزایش طول عمر شبکه های حسگر از طریق مسیریابی به دو روش کلی تقسیم می شوند. گروه اول با کاهش مصرف کلی انرژی و گروه دوم با توزیع مصرف انرژی بین گره ها به افزایش طول عمر شبکه کمک می کنند. اکثر الگوریتم های مسیریابی آگاه از انرژی، تنها مصرف انرژی کلی شبکه را کاهش می دهند و به مدیریت مصرف انرژی توجهی ندارند. مدیریت مصرف انرژی، منجر به توزیع عادلانه مصرف انرژی در بین تمام گره ها، در نتیجه افزایش طول عمر شبکه می گردد. در این میان پروتکل های مبتنی بر پرسش از نظر مصرف انرژی بهینه هستند. این پایان نامه یک الگوریتم مسیریابی مبتنی بر پرسش آگاه از انرژی (EEQR) را برای شبکه های حسگر ارائه می دهد. این الگوریتم جهت کاهش و توازن مصرف انرژی به طور همزمان، ارائه شده است. کاربرد این الگوریتم استفاده در مواردیست که اطلاعات مکانی گره ها موجود نیست. از آنجایی که سیستم های موقعیت یابی خود انرژی مصرف می کنند عدم استفاده از آن ها به ذخیره ی انرژی کمک می کند. کارایی الگوریتم پیشنهادی با انجام شبیه سازی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی EEQR، با تعدادی از الگوریتم های مبتنی بر پرسش مطرح مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی توانایی الگوریتم پیشنهادی را در افزایش طول عمر شبکه در مقایسه با سایر الگوریتم ها، نشان می دهد. همچنین EEQR، با کاهش اندازه ی بسته ها و توازن مصرف انرژی بین گره ها به افزایش طول عمر شبکه کمک کرده است.