Skip to main content
SUPERVISOR
Majid Nabi
مجید نبی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Marzieh Nankali
مرضیه نانکلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

A Link Quality based Clustering Technique for Wireless Sensor Networks
A Wireless Sensor Network (WSN) is composed of a number of wireless sensor nodes that collect data and send it to a base station for processing, storage, and further communication. In many applications of W, the sensor nodes use a small-size battery as their power source. At the same time, a very long life time for the nodes, and thus the WSN, is expected. For instance, in some applications, the deployed WSN is expected to properly operate for years without any human intervention . Therefore, energy efficiency is of paramount importance in design of both hardware and communication protocol stack. Using ultra-low power transceivers are usually used to reduce the energy consumption of the wireless nodes. This fact together with other issues (e.g., interference and medium impact) make the wireless links in W unreliable and time-varying. As a result, it is difficult to guarantee quality-of-service in terms of end-to-end packet delivery in these networks. Clustering methods are presented as a solution to save energy in W. In these mechanisms, a number of nodes in the network are selected as Cluster Head (CH) and the other nodes join one of these CHs for their communication. Each node sends its data only to its CH. The CHs receive data from the nodes in their cluster and forward it, after aggregation, to a base station. Since CHs play a critical role in the performance of the clus tered W, cluster head selection is an important aspect of these mechanisms. This thesis proposes an efficient clustering method that considers end-to-end communication reliability in addition to the energy efficiency provided by clustering. To achieve such reliability in data delivery, the quality of wireless links is measured and taken into account in addition to the remaining energy as parameters for selecting proper cluster heads. Moreover, in order to facilitate this decision-making and deal with the uncertainty in link quality, which is one of the inherent characteristics of W, fuzzy logic and fuzzy inference systems are exploited to calculate the chance of each node for becoming cluster head. The nodes with the highest chance in their neighborhood are then decide to play the role of cluster head. The proposed mechanism is implemented in MATLAB and several simulation setups are tested to evaluate the performance of the proposed method and compare it with that of related mechanisms in literature. The achieved results confirm that the proposed mechanism improves the end-to-end data delivery ratio, which means more reliable communication. Also, various options that are available to be exploited at different stages of clustering are tested via extensive simulations and the results are discussed. Keywords: Wireless sensor network, Clustering, Link quality
شبکه‌های حسگر بیسیم، از تعدادی گره حسگر تشکیل شده است که با اهداف مختلف، به جمع‌آوری داده و ارسال آن‌ها به یک ایستگاه مرکزی جهت پردازش و انجام اقدام مناسب، می‌پردازند. معمولاً گره‌های حسگر، از باتری‌های غیر قابل شارژ مجدد، به عنوان منبع تغذیه استفاده می‌کنند. از طرف دیگر، به منظور رسیدن به بیشترین بهره‌وری، انتظارمی رودیک شبکه حسگر بیسیم، طول عمر بالایی داشته باشد. به عنوان مثال، گاهی انتظار می‌رود یک شبکه بتواند تا چندین سال نیز عملکرد مناسبی داشته باشد. به همین دلیل، تلاش می‌شود مصرف انرژی در این شبکه‌ها، چه در بخش سخت افزار هر گره حسگر و چه در بخش طراحی پروتکل‌های ارتباطی، تا حد ممکن کاهش یابد. در سخت‌افزار یک گره حسگر، برای کاهش مصرف انرژی، از فرستنده/گیرنده‌های کم توان استفاده می‌شود که این امر و دیگر عوامل محیطی، باعث غیر قابل اطمینان بودن اتصال‌های ارتباطی بین گره‌ها می‌شود. در نتیجه، تضمین کیفیت سرویس در شبکه‌های حسگر بیسیم، از نظر صحت دریافت بس ته‌ها در ایستگاه مرکزی، کاری مشکل است. روش‌های خوشه‌بندی، به عنوان یک راه‌حل برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، ارائه شده‌اند. در این روش‌ها، تعدادی از گره‌های شبکه، به عنوان سرخوشه انتخاب می‌شوند و بقیه گره‌ها، به یکی از این سرخوشه‌ها ملحق می‌شوند. هر گره، داده‌های خود را برای سرخوشه خود ارسال می‌کند. سرخوشه‌ها نیز داده‌های جمع‌آوری شده را پس از مجتمع سازی، برای ایستگاه مرکزی ارسال می‌کنند. چون سرخوشه‌ها، نقش حیاتی در روش‌های خوشه‌بندی ایفا می‌کنند، معیارهای ارزیابی شرایط یک گره، برای انتخاب آن گره به عنوان سرخوشه، بسیار اهمیت دارد. هدف از این پژوهش، ارائه یک روش خوشه‌بندی کارا است که علاوه بر داشتن مزایای مدیریت مصرف انرژی روش‌های خوشه‌‌بندی، بتوان با استفاده از آن، کیفیت سرویس در شبکه را نیز بهبود داد. بدین منظور، برای انتخاب سرخوشه‌ها در شبکه، از ترکیب پارامترهای کیفیت اتصال و انرژی باقیمانده در گره، استفاده می‌کنیم. همچنین، به جهت سهولت در تصمیم‌گیری و پشتیبانی از عدم قطعیت، که یکی از ویژگی‌های ذاتی شبکه‌های حسگر بیسیم است، از منطق و سیستم استنتاج فازی، برای محاسبه شانس هر گره، بهره می‌گیریم. گره‌هایی که در یک شعاع همسایگی، ب الاترین شانس را داشته باشند، به عنوان سرخوشه، انتخاب خواهند شد. عملکرد روش پیشنهادی، با استفاده از شبیه‌سازی به وسیله برنامه متلب، با روش‌های مرتبط مقایسه شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی، نشان‌دهنده افزایش تعداد بسته‌های دریافت شده در ایستگاه مرکزی و در نتیجه، افزایش کیفیت سرویس، با استفاده از روش پیشنهادی است. همچنین، روش‌های مختلفی که در مراحل مختلف خوشه‌بندی می‌توانند استفاده شوند، با استفاده از شبیه‌سازی، با یکدیگر مقایسه شده‌اند و بهترین روال برای اهداف مختلف، معرفی شده‌اند. کلمات کلیدی: 1- شبکه حسگر بیسیم 2- خوشه‌بندی 3- کیفیت اتصال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی