افزايش كارايي شبكه حسگر با بكارگيري حداقل تعداد گره هاي خورشيدي و بهره بردن از الگوريتم رقابت استعماري

Improving The Performance of WSN Using Imperialist Competitive Algorithm With the Minimum Number Of Energy-Harvesting Nodes

مصرف انرژي در شبكه هاي حسگر بيسيم كه از تعدادي زيادي حسگر كوچك كه با منبع تغذيه محدود تشكيل شده است، اهميت بسيار زيادي دارد. اين حسگرها با هدف انجام وظايف خاص در محيط هاي مختلف توزيع مي شوند و با اتمام انرژي گره ها، ممكن است اطلاعات بخشي از شبكه از دسترس خارج و كارآيي شبكه به خطر بيافتد. اخيرا جهت افزايش طول عمر اين شبكه ها، از گره هاي برداشت كه قابليت شارژ با انرژي هاي تجديدپذير را دارند، استفاده شده است. به دليل هزينه بالاي گره هاي برداشت، كمينه كردن تعداد آنها با كمترين تاثير روي عملكرد يكي از جنبه هاي مهم در طراحي اين نوع از شبكه ها است. در اين مقاله مي خواهيم با افزودن حداقل تعداد گره خورشيدي و مديريت مصرف انرژي طول عمر شبكه را افزايش دهيم. در اين راستا، براي تعيين مكان گره هاي برداشت انرژي، الگوريتم تكاملي رقابت استعماري مورد استفاده قرار مي گيرد. الگوريتم رقابت استعماري تعداد گره هاي برداشت انرژي و مختصات تخميني آنها را تعيين مي كند. بعد از مشخص شدن تعداد گره هاي برداشت انرژي، با استفاده از روش K-Means مختصات دقيق گره هاي برداشت و خوشه ها بدست مي آيد. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه استفاده از روش پيشنهادي با مديريت انرژي در شبكه حسگر بيسيم، مي تواند طول عمر و در نتيجه كارايي آن را تا حد قابل قبولي افزايش دهد.

Energy consumption is a significant factor in wireless sensor networks (WSNs) which are consists of so many tiny and battery-based sensors. These sensors are distributed in different environments to perform distinct duties and whenever they consume the whole energy of their batteries, some parts of the necessary data of the network or its efficiency can be missed. Recently, in order to enhance these networks, extra energy extraction nodes which can harvest the energy from the environment, are used between sensors and the base station. Due to the high cost of energy harvesting nodes, minimizing the number of these nodes without affecting the quality of the signals is an important aspect of the wireless sensor network design. Therefore, the challenge is determining the efficient number of energy harvest nodes and their coordinates. In this work, for the first time, the Imperialist Competitive Algorithm (ICA) as one of the most advanced evolutionary algorithms is used to determine the minimum number of the energy harvest node. Based on the ICA’s results, the K-Means algorithm is applied to clustering nodes. The simulation results show that the suggested method can improve the performance of the WSN by increasing its lifetime.