ارائۀ روشی بهینه، مبتنی بر کاربرد جهت حرکت سینک در شبکه های سلسله مراتبی حسگر بی سیم
محورهای موضوعی : مجله فناوری اطلاعات در طراحی مهندسی
کلید واژه: Wireless Sensor Network, mobile sink, شبکههای حسگر بیسیم, حرکت سینک مبتنی بر کاربرد, شبکههای سلسله مراتبی, مدل MILP, deadline-based application and MILP model,
چکیده مقاله :
چکیده: استفاده از سینک متحرک یکی از مهمترین تکنیکها در جهت مصرف بهینۀ انرژی و به دنبال آن افزایش عمر شبکههای حسگر بیسیم می باشد. کارهای زیادی در خصوص قرارگیری سینک متحرک در شبکه و همچنین تعیین مسیری برای حرکت آن ارائه شده است. از آنجایی که ساختارهای سلسله مراتبی نیز به عنوان یکی از پرکاربردترین توپولوژیهای شبکههای حسگر بیسیم محسوب میگردد، ما در این مقاله حرکت سینک را در شبکههای سلسله مراتبی دو سطحی مورد بررسی قرار دادهایم. روش پیشنهادی که مبتنی بر مدل برنامه نویسی ریاضی MILP) Programming Linear Integer Mixed (میباشد، انعطاف پذیری مؤثری در خصوص نوع کاربرد شبکۀ حسگر دارد؛ به طوری که با توجه به نوع کاربرد شبکه و به تبع آن سطح بحرانی بودن زمان گزارش داده های شبکه ( tar (مسیری بهینه برای حرکت سینک در شبکه تعیین میکند و در زمان تعیین شده (tar (دادههای هر خوشه با مصرف بهینۀ انرژی توسط سینک جمع آوری میشوند. روش ارائه شده برای تعیین مسیر حرکت سینک، تعدادی نقطۀ بهینه را در شبکه مشخص میکند و برای هر نقطه، زمان توقف و سرخوشههای ارسال کننده را نیز تعیین میکند. در قسمت شبیه سازی، ابتدا به تحلیل کامل روش ارائه شده پرداختهایم، سپس روش ارائه شده را با روشهای دیگر کنترل حرکت سینک متحرک و همچنین روش حرکت سینک در مسیرهای مقید مقایسه نمودهایم. نتایج شبیه سازی نشان دادهاند که ایدة سینک متحرک در شبکههای سلسله مراتبی دو سطحی مبتنی بر روش ارائه شده، میتواند عمر شبکۀ حسگر را نسبت به مسیر های مبتنی بر قید بین دو تا چهار برابر و نسبت به روش سینک ثابت بین هشت تا ده برابر افزایش دهد.
Abstract Remarkable lifetime improvement has been revealed by controlling sink movement in Wireless Sensor Network (WSN). This paper proposes a framework to be utilized in deadline-based and constant bit rate applications for maximizing lifetime of WSN where a sink can move in the network, freely. By dividing all sensor nodes into clusters, a Mini Data Collector (MDC) node which is responsible for data collection is selected in each cluster; then, the mobile sink must harvest sensory data from each MDC at some Harvesting-Points (HPs) in a specific deadline. Optimal transmission range and sending time of MDCs is strictly related to the prescribed deadline which is purely perceived as criticalness level of applications. Proposing a Mixed Integer Linear Programming (MILP) analytical model for maximizing lifetime of WSN in deadline-based applications through designing sink trajectory and determining mobile sink sojourn time at harvesting-points is the novelty of this paper. Comprehensive investigation on proposed algorithm parameters has been accomplished in simulation section and the proposed algorithm superiority to the stationary sink scheme and predefined trajectory algorithms has been revealed.
1. W. Heinzelman, “Application-specific protocol architectures for wireless networks”, Ph.D. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, June 2000. 2. O. Younis, M. Krunz and S.Ramasubramanian, “Node clustering in wireless sensor networks: recent developments and deployment challenges”, IEEE Transactions on Networking, volume 20, pages 20-25, June 2006. 3. Z.M. Wang, S. Basagni, E. Melachrinoudis, and C. Petrioli, “Exploiting Sink Mobility for Maximizing Sensor Network Life-time,” Proc. 38th Hawaii Int’l Conf. System Sciences, 2005. 4. M. Gatzianas and L. Georgiadis, “A Distributed Algorithm for Maximum Lifetime Routing in Sensor Networks with MobileSink,” IEEE Trans. Wireless Comm., vol. 7, no. 3, pp. 984-994, Mar. 2008. 5. J. Luo and J.-P. Hubaux, “Joint Mobility and Routing for Lifetime Elongation in Wireless Sensor Networks,” Proc. IEEE INFOCOM, 2005. 6. R.C. Shah, S. Roy, S. Jain, andW. Brunette, “DataMules:Modeling a Three-Tier Architecture for Sparse Sensor Networks,” Proc. First IEEE Int’l Workshop Sensor Network Protocols and Applications (SNPA ’03), pp. 30-41, May 2003. 7. S. Basagni, A. Carosi, E. Melachrinoudis, C. Petrioli, and Z.M. Wang, “A New MILP Formulation and Distributed Protocols for Wireless Sensor Networks Lifetime Maximization” Proc. IEEE Int’l Conf. Comm., pp. 3517-3524, June 2006. سیم های سلسله مراتبی حسگر بی حرکت سینک در شبکه ارائه روشی بهینه و مبتنی بر کاربرد جهت 67 8. W. Wang, V. Srinivasan, and K.-C. Chua, “Using Mobile Relays to Prolong the Lifetime of Wireless Sensor Networks,” Proc. ACM MobiCom, pp. 270-283, 2005. 9. I. Papadimitriou and L. Georgiadis, “Maximum Lifetime Routing to Mobile Sink in Wireless Sensor Networks,” Proc. 13th IEEE Int’l Conf. Software, Telecomm. and Computer Networks (SoftCom ’05), 2005. 10. Farzad Tashtarian, A. T. Haghighat, Mohsen Tolou Honary, Hamid Shokrzadeh, “A New EnergyEfficient Clustering Algorithm for Wireless Sensor Networks”, Proc. of international Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks (SoftCOM2007), Croatia, 27 - 29, September 2007. 11. Farzad Tashtarian, M. Tolou Honary, A. Haghighat and J. Chitizadeh, “A New Energy-Efficient Level-based Clustering Algorithm for Wireless Sensor Networks”, Proc. of Sixth International Conference on Information, Communications and Signal Processing (ICICS2007), Singapore, 10- 13 , Dec. 2007. 12. Farzad Tashtarian, A.T Haghighat, M.H. Yaghmaee, M. Tolou Honary, M. Mazinani, “On global clustering algorithm: layer-oriented approach for multi hop wireless sensor network”, published on the International Review on Computers and Software (IRECOS) vol. 6, N. 2, page: 209-220 , may 2009. 13. M. Mazinani, M.H. Yaghmaee, Farzad Tashtarian M. Tolou Honary and J. Chitizadeh, “On global clustering algorithm: layer-oriented approach for First /Last node dying applications” published on the International Review on Computers and Software (IRECOS) vol. 4, N. 2, page: 229-240, march 2009. 14. A. Mohebi, Farzad Tashtarian, M.H. Yaghmaee Moghaddam, M.T Honary, “EELLER: Energy Efficient-Low Latency Express Routing for Wireless Sensor Networks” accepted and will be published on the The 2nd International Conference on Computer Engineering and Technology (ICCET 2010), 16-18, Chengdu, China, April 2010 15. J. Luo and J.-P. Hubaux, “Joint Mobility and Routing for Lifetime Elongation in Wireless Sensor Networks,” Proc. IEEE INFOCOM, 2005. 16. L. Sun, Y. Bi, J. Ma, “A Moving Strategy for Mobile Sinks in Wireless Sensor Networks”, In proceeding of 2nd IEEE Workshop on Wireless Mesh Networks(WiMesh), pages 151-153, September 2006. 17. Y. Bi, J. Niu, L. Sun, W. Huangfu, Y. Sun, “Moving Schemes for Mobile Sinks in Wireless Sensor Networks”, In proceeding of IEEE Performance, Computing, and Communications Conference(IPCCC) , pages 101-108 , April 2007. 18. Stefano Basagni, Alessio Carosi, Emanuel Melachrinoudis, Chiara Petrioli and Z. Maria Wang, “Controlled sink mobility for prolonging wireless sensor networks lifetime,” Springer Science Wireless Netw, 2008. 19. J. CHOI, Y. CHO, S. CHOI, S. LEE, “A Cluster Header-based Energy-efficient Mobile Sink Supporting Routing Protocol in Wireless Sensor Networks”,In proceeding of Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, 2009. Page(s): 648 - 651 ,2009. 20. M. H. Khodashahi, F. Tashtarian, M. H. Yaghmaee Moghaddam, M. Tolou Honary, “Optimal Location for Mobile Sink in Wireless Sensor Networks”, In proceeding of Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), IEEE,pages 1-6, 2010 ی ـ مهندس در طراحـی ات ـ اوری اطلاع ـ ه فن ـ مجل 68 21. R. Zhang, M. J. Lee, S. Soon Joo, “Distributed mobile sink support in wireless sensornetworks”, In proceeding of IEEE Military Communications Conference(MILCOM) , pages 1-6, November 2008. 22. H. Luo, F. Ye, J. Cheng, S. Lu and L. Zhang, “TTDD: Twotier Data Dissemination in Large-scale Wireless Sensor Networks”, ACM/Kluwer Mobile Networks and Applications(MONET), pp. 148- 159, Sept. 2003. 23. J.RAO, S. BISWAS, “Data Harvesting in Sensor Networks Using Mobile Sinks”, IEEE Wireless Communications, December 2008 24. Y. Shi and Y.T. Hou, “Theoretical Results on Base StationMovement Problem for Sensor Network,” Proc. The 27th Conference on Computer Communications. IEEE INFOCOM2008,Page(s): 1 - 5 2008. 25. YoungSang Yun, Ye Xia, “Maximizing the Lifetime of Wireless Sensor Networks with Mobile Sink in Delay-Tolerant Applications” IEEE Transaction on Mobile Computing, pp: 1308 – 1318,Sept. 2010. 26. J. Luo, J. Panchard, M. Piorkowski, M. Grossglauserand J. Hubaux. MobiRoute: Routing towards a Mo-bile Sink for Improving Lifetime in Sensor Networks.2nd IEEE/ACM Intl Conf. on Distributed Computing inSensor Systems(DCOSS), pp. 480-497, 2006. 27. W. B. Heinzelman, A. P. Chandrakasan, H. Balakrishnan, “Anapplication-specific protocol architecture for wireless micro sensor networks,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 1, no. 4, pp. 660-670,October 2002. 28. Pan, J.; Cai, L.; Hou, Y.T.; Shi, Y.; Shen, S.X. “Optimal base-station locations in two-tiered wireless sensor networks” IEEE Transaction on Mobile Computing, Vol. 4, No.5 September 2005. 29. Shuai Gao; Hongke Zhang; Das, S.K.” Efficient Data Collection in Wireless Sensor Networks with Path-Constrained Mobile Sinks” IEEE Transaction on Mobile Computing, Vol. 10, No.5 April 2011. 30. http://lpsolve.sourceforge.net/5.5/
_||_