دانلود شبیه سازی مقاله خوشه بندی فازی در شبکه های حسگر بیسیم

خوشه بندی فازی در WSN

پیشرفت های گذشته در زمین «فن آوری اطلاعات» (IT) و بخصوص در زمینه MEMS (سیستم های میکروالکترومکانیک)، باعث تولید و توسعه گره های حسگر ریز و باتری خور که برروی شبکه های بی سیم، تبادل اطلاعات می کنند، شده اند. یک گره، توانایی گردآوری داده ها از منطقه در محدود برد خود را دارد. برای داشتن اطلاعات معنادار از کل منطقه، این گره ها، به صورت مشارکتی کار می کنند. شبکه های متشکل شده از چنین گره های دارای قابلیت سنجش، «شبکه های حسگر بی سیم» (WSN ها) نامیده می شوند. هدف توسعه اولیه، استفاده از این حسگرها به نحو پسیو و منفعلانه برای کاربردهای داخل ساختمان، بود. این گره های اولیه، توانایی سنجش و حس داده های اسکالر مانند دما، رطوبت، فشار و مکان اشیاء احاطه کننده را دارند. در ابتدا، این گره ها قابلیت محاسبات و فضای ذخیره اندکی داشتند و استفاده از آنها تنها برای انتقال داده های اسکالر به ایستگاه مبنا (سینک) بود. اما، گره های حسگری اخیراً ابداع شده، قابلیت محاسبات بالاتر، فضای ذخیره بیشتر و مصرف توان کمتر نسبت به پیشینیان خود دارند و زمینه کاربردی اصلی آنها از کاربردهای داخل ساختمان به محیط آزاد، منتقل شده اند. گره های حسگر به باتری هایی مجهز شده اند که در اکثر موارد قابل شارژ مجدد نیستند. طرح های انرژی این گره ها، توجه زیادی را در پژوهشگران به خود جلب کرده است. این موضوع به مدت چندین سال مورد مطالعه قرار گرفته اند. اخیراً گرایش به سمت گره های تولید کننده انرژی می باشد. اما، گره های موجود در بازار و عادی، ممکن است از این فنآوری استفاده نکنند و ناحیه نصب، ممکن است استفاده از چنین روش های استحصال انرژی فعلی را اجازه ندهند. بخاطر همه این دلایل، کاهش مصرف انرژی از طریق بازده انرژی، هنوز یکی از اهداف عمده می باشد. از این نظر، طراحی الگوریتم های کم مصرف، برای افزایش عمر گره های حسگر، بسیار مهم است.

در این پروژه، یک الگوریتم خوشه بندی فازی چند هدفی (MOFCA) را پیشنهاد می کنیم که نه تنها کم مصرف است بلکه همچنین برای WSN، مستقل از توزیع می باشد. الگوریتم MOFCA پیشنهاد شده توسط ما، میزان انرژی باقیمانده، فاصله تا سینک، و پارامترهای چگالی را در محاسبه شعاع رقابت سرشاخه در نظر می گیرد و در عین حال از منطق فازی برای غلبه بر عدم قطعیت های رخ داده در ماهیت WSN، استفاده می کند. طبق ارزیابی های انجام شده، این الگوریتم، یک الگوریتم کم مصرف تر نسبت به الگوریتم های مشابه است و مقیاس عملکردی خوبی دارد. همانگونه که در مدل سیستم بیان شده است، MOFCA شامل گره های ایستا و متحرک است. اما، این تحرک، بوسیله تغییر مکان گره ها، بدون ایجاد مصرف انرژی، شبیه سازی می شود. ارزیابی تجربی در سناریوهای از پیش تعریف شده نشان می دهد که عملکرد MOFCA بسیار بهتر از الگوریتم های موجود در همه آزمایش های انجام شده در طی این پروژه، می باشد. اما، ما معیار LND را مورد ملاحظه قرار نمی دهیم، زیرا اکثر WSN ها، بعد از اینکه نصف کل گره ها، بمیرند (یعنی باتری شان تمام شده باشد)، بدون استفاده می شوند. بنابراین، معیار LND معمولاً یک معیار مهم نسبت به معیارهای دیگر ملاحظه شده در اینجا، در نظر گرفته نمی شود. برای WSN هایی که به اندازه کافی متراکم نصب می شوند تا دسترسی (فراهمی) زیاد برای هر گره حسگری حاصل شود، الگوریتم های مشابه دیگری را می توان بجای آن به نمایندگی از MOFCA، بکار گرفت.

این شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب (MATLAB) انجام شده و در ادامه نیز تعدادی از نتایج خروجی شبیه سازی قرار داده شده است: