خلاصه

تحقیقات اخیر نشان می دهد که صرفه جویی قابل توجهی در انرژی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از دستگاه های تلفن همراه حاصل می شود. یک دستگاه تلفن همراه زمینه های سنجش را پرتاب می کند و داده ها را از طریق سنسور انتقال کوتاه از حسگرها جمع می کند. ارتباطات Multihop برای بهبود جمع آوری داده ها با کاهش طول تور دستگاه همراه استفاده می شود. در این مقاله ، تجارت بین صرفه جویی در مصرف انرژی و تأخیر در جمع آوری داده ها در شبکه های حسگر بی سیم بررسی شده است. به طور خاص ، ما تعادل بین شمارش رله و طول تور یک ایستگاه پایه موبایل (BS) را بررسی می کنیم. ما دو الگوریتم اکتشافی ، الگوریتم هاپ (T-Bounded Tope-Bounded Hop) (AT-BHA) و دورترین گره (الگوریتم هاپ) اولین محدوده هاپ (FNF-BHA) را پیشنهاد می کنیم تا مصرف انرژی گره های حسگر را کاهش دهیم. الگوریتم های پیشنهادی گروه هایی از Collection Trees (CTs) و زیر مجموعه گره های سنسور Collection (CL) را برای انتخاب بافر و انتقال اطلاعات به BS موبایل هنگام ورود انتخاب می کنند. هر گره CL داده های سنجش را از گره های CT خود در شمارش هاپ محدود دریافت می کند. آزمایشهای گسترده با شبیه سازی برای ارزیابی عملکرد الگوریتمهای پیشنهادی در برابر اکتشافی دیگر انجام شده است. ما نشان می دهیم که الگوریتم های پیشنهادی از میانگین عملکرد فعلی با میانگین طول تور مسافرتی موبایل استفاده می کنند.

مقدمه

جمع آوری داده ها در شبکه های حسگر بی سیم (WSN) یکی از متداول ترین و اساسی ترین عملیات است که به گره های سنسور نیاز دارد تا هرچه سریعتر fتوانند زمینه های حسگر را کنترل کنند. از آنجا که گره های سنسور منابع انرژی محدود دارند و از باتری های کوچک تغذیه می شوند ، مصرف انرژی یک مسئله مهم در طراحی WSN است که بر مصرف انرژی گره های حسگر و از این رو عمر شبکه تأثیر می گذارد.

تحقیقات اخیر [1-5] نشان می دهد که صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی  در شبکه های حسگر بی سیم ;i با استفاده از دستگاه های تلفن همراه قادر به حمل مکانیکی داده ها هستند، حاصل می شود. ایستگاه های پایه موبایل (BS) برای کاهش مصرف انرژی با اجازه دادن به یک BS تلفن همراه برای پرسه زدن از یک میدان سنجش و جمع آوری داده ها از گره های حسگر از طریق محدوده انتقال کوتاه پیشنهاد شده است. پس از آن میزان مصرف انرژی هر گره سنسور کاهش می یابد ، زیرا رله های کمتری برای گره سنسور لازم است تا بسته داده خود را به BS منتقل کند. از آنجا که سرعت BS موبایل در مقایسه با سرعت بسته های داده بسیار کند است ، که در حمل و نقل چند جانبه حرکت می کنند ، افزایش تأخیر در جمع آوری داده ها هنگام استفاده از BS موبایل یک تنگنای عملکرد اصلی را نشان می دهد. در نتیجه ، زمانی که BS تلفن همراه برای گشت و گذار در یک میدان سنجش بزرگ انجام می دهد ، ممکن است نیازهای تأخیر دقیق ذاتی در برخی از برنامه های مهم  را برای ماموریت نداشته باشد. بنابراین برای دستیابی به الزامات تأخیر باید برنامه ریزی تور BS موبایل را در نظر گرفت.

به طور کلی ، تحرک BS با توجه به الگوی تحرک موجودیتی که بر روی آن نصب شده ، می تواند به سه نوع طبقه بندی شود:

  1.  تحرک تصادفی: به عنوان مثال وقتی BS روی انسان و حیوان نصب می شود ، می توان این کار را انجام داد. در این حالت ، احتمال جمع آوری تمام داده های سنجش BS وقتی که BS به طور فرصت طلبانه به گره های حسگر مراجعه می کند [6].
  2. تحرک قابل پیش بینی: در این حالت ، BS روی موجودی سوار می شود که بر روی یک مسیر ثابت یا مسیری حرکت می کند که نمی تواند جهت یا سرعت آن را کنترل کند ، اما در یک زمان معمولی حرکت می کند ، به عنوان مثال ، BS سوار بر یک اتوبوس بنابراین ، گره های سنسور می توانند پیش بینی کنند چه موقع ممکن است BS برای ارسال داده های خود حرکت کند [7 ، 8].
  3. تحرک کنترل شده: وقتی BS روی یک ربات یا هواپیمای پهپاد سوار می شود ، می توان جهت و سرعت BS را کنترل کرد. بسیاری از الگوریتم ها برای یافتن تور BS به منظور دستیابی به الزاماتی مانند حداکثر طول عمر شبکه و تاخیر در جمع آوری داده ها با استفاده از رله های تک و چند مرحله ای پیشنهاد شده اند [3 ، 5 ، 9].

در بیشتر ادبیات تحرک WSN ها برای دستیابی به نیازهای عملکرد شبکه قابل پیش بینی و یا کنترل شده است (برخی از ادبیات با تمرکز بر تحرک تصادفی برای بهبود طول عمر شبکه). این با شبکه های ad hoc همراه که فرض می شود گره ها به طور خودسرانه حرکت می کنند ، متفاوت است و عملکرد شبکه را با خرابی لینک تخریب می کند.

در این مقاله ، با بررسی تعادل بین شمارش رله هاپ مورد نیاز برای رله داده و طول تور BS موبایل با مشکل جمع آوری داده ها با زمان تأخیر محدود در شبکه سنسور سروکار داریم. به حداقل رساند به طور خاص ، ما فرض می کنیم BS موبایل مجموعه ای از گره های مجموعه مکان (CL) را انتخاب کرده است که به طور موقت داده های گره های دیگر را ذخیره کرده و به جلو هدایت می کند. گره های حسگر به جمع آوری درختان (CT) که در CL ریشه دار هستند ، دسته بندی می شوند. هر گره باید داده های خود را در تعداد معینی از هاپ رله به CL منتقل کند. BS موبایل همراه با یک تور نزدیک حرکت می کند و در هر CL در تور برای جمع آوری داده متوقف می شود.