بهبود طول عمر و بيشينه‌سازي پوشش در شبكه حس‌گر بي‌سيم خوشه‌بندي‌ شده با استفاده از مسيريابي چند جهشي

Lifetime Improvement and Coverage Maximization of Cluster-Based Wireless Sensor Network Using Multi Hop Routing

در اين مقاله به مسئله بهبود مصرف انرژي و افزايش طول عمر شبكه حس‌گر بي‌سيم (WSN) با در نظر گرفتن پوشش پرداخته شده است. مسئله پوشش به‌عنوان «پوشش اهداف» در نظر گرفته شده است كه در آن منظور از اهداف، نقاط خاصي از ناحيه كار است كه در تمام مدت حيات شبكه بايد تحت نظارت باشند. از آن‌جايي كه تعداد گره‌ها بسيار بيشتر از تعداد اهداف است، حس‌گرها با استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي در گروه‌هايي موسوم به مجموعه‌هاي پوشش دسته‌بندي شده‌اند؛ به‌طوري‌كه هر مجموعه پوشش، به‌تنهايي تمامي اهداف را تحت پوشش قرار مي‌دهد. عمليات شبكه به دوره‌هايي با مدت زماني يكسان تقسيم گشته است. در هر دوره، يك مجموعه پوشش انتخاب شده و نظارت اهداف را بر عهده مي‌گيرد و گره‌هاي موجود در ساير مجموعه‌ها غيرفعال هستند. خوشه‌بندي و مسيريابي براي مجموعه انتخابي، توسط يك مدل MILP تعيين شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي علاوه بر پوشش تمامي اهداف، طول عمر شبكه را بهبود مي‌بخشد. همچنين، بررسي اثر تغيير تعداد مجموعه‌ها بر طول عمر شبكه، بيان‌گر وجود تعاملي ميان تعداد مجموعه‌هاي پوشش و شعاع سنجش اتخاذشده توسط گره‌هاي فعال است. به‌علاوه، روش پيشنهادي در مقايسه با الگوريتم‌هاي مشابه عملكرد بهتري از نظر طول عمر دارد.

The purpose of this paper is to reduce energy consumption and improve lifetime of a wireless sensor network (WSN) which is capable of covering all targets. Targets are special points of sensing field with determined locations that need to be constantly monitored. To this end, sensor nodes are categorized into number of groups called cover sets using an optimization approach. Each set alone, is able to cover all the targets. The operation of the network is divided into rounds with the same lengths. In the beginning of each round, one cover set is selected and will perform the monitoring task for current round while other nodes in other sets, are in sleep mode. Clustering and routing decisions of the network is calculated via a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model. Simulation results show that our proposed method not only fulfills the coverage requirements of the network, but also improves the network lifetime. Also, the impact of altering the number of cover sets reveals a tradeoff between the number of sets and the sensing radius adopted by sensors. Moreover, the proposed method outperforms similar algorithms in terms of network lifetime.