مسیر یابی ارتقا یافته RPL در اینترنت اشیاء زیر آب با استفاده از خوشه بندی کارامد شبکه

الموضوعات : سامانه‌های پردازشی و ارتباطی چندرسانه‌ای هوشمند

حامد کریمی ¹ , کیهان خام فروش ² , وفا میهمی ³

1 - دانشجوی دکترا، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران
2 - استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران
3 - استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران

تاريخ الإرسال : 12 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1446 تاريخ التأكيد : 26 الخميس , جمادى الأولى, 1446 تاريخ الإصدار : 27 الإثنين , رجب, 1446

الکلمات المفتاحية: شبکه زیر آب, خوشه بندی, پروتکلهای مسیریابی, بلوم فیلتر, HCEH-UC,

ملخص المقالة :

پروتکل مسیریابی RPL، یکی از مهم ترین پروتکلهای مسیریابی در اینترنت اشیاء (IoT)  و اینترنت اشیاء زیرآب (UIoT) است. در این پروتکل مسیریابی، مصرف انرژی گره ها و میزان گم شدن بسته های ارسالی بدلیل خاموش شدن گره ها چالش های بزرگی را ایجاد کرده است. برای این منظور در سناریوی جدید که با CB-RPL  نام گذاری می شود با اعمال یک مکانیسم تنظیم انتقال داده براساس الگورینم HCEH-UC  و ساختار داده بلوم فیلتر روی هر کدام از خوشه های ایجاد شده، سعی در بهبود پروتکل مسیریابی RPL برای استفاده زیر آب می شود. الگوریتم پیشنهادی با یک خوشه بندی تطبیقی بر اساس عمق با حفظ بسته  های DIO وDAO در الگوریتم RPL ، مسیریابی با تعداد بسته های کمتر را انجام می دهد .برای مدیریت انرژی سر خوشه مانند همه الگوریتمهای خوشه بندی در دورهای مختلف نقش سرخوشه ها به صورت توزیع شده عوض می شود.حالت‌هایی به RPL ، از جمله برداشت انرژی(EH) (حالت خواب) و انتقال داده (حالت عملیات)،اضافه شده و یک مکانیسم مسیریابی  برای اینترنت زیر آب ‌  روی این بستر پیشنهاد شده است. همچنین ساختار بلوم فیلتر برای کاهش حجم حافظه نودهای میانی در عملیات مسیریابی به کار گرفته می شود. درنتايج شبيه سازی که با استفاده از شبیه ساز NS3.25  صورت گرفته، کاهش زمان ارسال،کاهش مصرف انرژی  و ایجاد تعادل بار مشاهده می شود . پارامتر نودهای ازبین رفته, متوسط تعداد دسترسیها به ورودیهای جدول مسیریابی،تعداد بسته های ارسالی به ریشه ،انرژی باقیمانده  و بسته های گم شده هم بهبود قابل ملاحظه ای داشته است.

المصادر:

[1] Lin, Shan, Fei Miao, Jingbin Zhang, Gang Zhou, Lin Gu, Tian He, John A. Stankovic, Sang Son, and George J. Pappas. "ATPC: Adaptive transmission power control for wireless sensor networks." ACM Transactions on Sensor Networks (TOSN) 12, no. 1 (2016): 1-31. doi: 10.1145/2746342
[2] Nutov, Zeev, and Michael Segal. "Improved approximation algorithms for maximum lifetime problems in wireless networks." Theoretical Computer Science 453 (2012): 88-97. doi: 10.1016/j.tcs.2011.08.001
[3] Yildiz, Huseyin Ugur, Bulent Tavli, and Halim Yanikomeroglu. "Transmission power control for link-level handshaking in wireless sensor networks." IEEE Sensors Journal 16, no. 2 (2015): 561-576. doi: 10.1109/jsen.2015.2486960
[4] Al Salti, F.; Alzeidi, N.; Arafeh, B.R. EMGGR: An energy-efficient multipath grid-based geographic routingprotocol for underwater wireless sensor networks.Wirel. Netw.2017,23, 1301–1314. doi: 10.1007/s11276-016-1224-0
[5] Zhuo, Xiaoxiao, Meiyan Liu, Yan Wei, Guanding Yu, Fengzhong Qu, and Rui Sun. "AUV-aided energy-efficient data collection in underwater acoustic sensor networks." IEEE Internet of Things Journal 7, no. 10 (2020): 10010-10022. doi: 10.1109/jiot.2020.2988697
[6] Wang, Jin, Yu Niu, Jinsung Cho, and Sungyoung Lee. "Analysis of energy consumption in direct transmission and multi-hop transmission for wireless sensor networks." In 2007 Third International IEEE Conference on Signal-Image Technologies and Internet-Based System, pp. 275-280. IEEE, 2007. doi: 10.1109/sitis.2007.145
[7] Rana, Sohel, Ali Newaz Bahar, Nazrul Islam, and Johirul Islam. "Fuzzy based energy efficient multiple cluster head selection routing protocol for wireless sensor networks." International Journal of Computer Network and Information Security 7, no. 4 (2015): 54-61. doi: 10.5815/ijcnis.2015.04.07
[8] Borgia, Eleonora. "The Internet of Things vision: Key features, applications and open issues." Computer Communications 54 (2014): 1-31.doi: 10.1016/j.comcom.2014.09.008
[9] Ko, J., Jeong, J., Park, J., Jun, J., Gnawali, O., & Paek, J. (2015). DualMOP-RPL: Supporting multipleof mode downward routing in a single RPL network. ACM Transaction on Sensor Network (TOSN),11(2), may 2015.doi: 10.1145/2700261
[10] Jeong, Yonghwan, Sungwon Lee, Eunbae Moon, Hyeongcheol Park, Hongseok Yoo, and Dongkyun Kim. "Hop-interval based decision of operational mode In RPL with multi-instance." In 2016 Eighth International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), pp. 591-593. IEEE, 2016.doi: 10.1109/icufn.2016.7537101
[11] Han, Bing, Feng Ran, Jiao Li, Limin Yan, Huaming Shen, and Ang Li. "A novel adaptive cluster based routing protocol for energy-harvesting wireless sensor networks." Sensors 22, no. 4 (2022): 1564. doi: 10.3390/s22041564
[12] Bahrambeigy, Bahram, Mahmood Ahmadi, and Mahmood Fazlali. "Towards Accelerating IP Lookups on Commodity PC Routers using Bloom Filter: Proposal of Bloom-Bird." Information Systems & Telecommunication (2017): 25. doi: 10.1109/noms.2014.6838341
[13] Naous, Jad, Glen Gibb, Sara Bolouki, and Nick McKeown. "NetFPGA: reusable router architecture for experimental research." In Proceedings of the ACM workshop on Programmable routers for extensible services of tomorrow, pp. 1-7. 2008. doi: 10.1145/1397718.1397720
[14] Lucchesi, Alexandre, André C. Drummond, and George Teodoro. "High-performance IP lookup using Intel Xeon Phi: a Bloom filters based approach." Journal of Internet Services and Applications 9 (2018): 1-18. doi: 10.1186/s13174-017-0075-y
[15] Heinzelman, Wendi B., Anantha P. Chandrakasan, and Hari Balakrishnan. "An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks." IEEE Transactions on wireless communications 1, no. 4 (2002): 660-670. doi: 10.1109/twc.2002.804190
[16] Sah, Dipak Kumar, and Tarachand Amgoth. "A novel efficient clustering protocol for energy harvesting in wireless sensor networks." Wireless Networks 26, no. 6 (2020): 4723-4737. doi: 10.1007/s11276-020-02351-x
[17] Khan, Muhammad K., Muhammad Shiraz, Qaisar Shaheen, Shariq Aziz Butt, Rizwan Akhtar, Muazzam A. Khan, and Wang Changda. "Hierarchical routing protocols for wireless sensor networks: functional and performance analysis." Journal of Sensors 2021 (2021): 1-18. doi: 10.15368/theses.2012.175
[18] Karimi, Hamed, Keyhan Khamforoosh, and Vafa Maihami. "Improvement of DBR routing protocol in underwater wireless sensor networks using fuzzy logic and bloom filter." Plos one 17, no. 2 (2022): e0263418.doi: 10.1371/journal.pone.0263418