توصيفگر ها :
شبكه حسگر بيسيم , خوشهبندي , الگوريتم ژنتيك , بهرهوري انرژي , رايانش لبه , LEACH
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير، شبكههاي حسگر بيسيم بهدليل نقش كليدي در كاربردهايي همچون پايش محيطي، مراقبتهاي پزشكي، سامانههاي نظامي و اينترنت اشياء، به يكي از محورهاي اصلي پژوهش در حوزهي سيستمهاي توزيعشده تبديل شدهاند. با توجه به محدوديت انرژي گرههاي اين شبكهها، طراحي پروتكلهاي مسيريابي كارا با هدف كاهش مصرف انرژي و افزايش پايداري عملكرد شبكه، همواره از مهمترين چالشهاي اين حوزه بوده است.
در اين پژوهش، با هدف توسعهي پروتكلي سازگار با محيط پردازش لبه، رويكردي مبتني بر الگوريتم ژنتيك و ساختار خوشهبندي پروتكل LEACH ارائه شده است. در معماري پيشنهادي (EGA-LEACH)، با بهرهگيري از گرههاي لبه، فرآيند انتخاب سرخوشهها و تخصيص گرهها به خوشهها بهينهسازي گرديد و در شرايط بحراني، با غيرفعالسازي موقت خوشهبندي و جايگزيني آن با ارسال مستقيم دادهها به گرههاي لبه، توان عملياتي شبكه حفظ شد.
نتايج شبيهسازي در محيط MATLAB بيانگر برتري قابلتوجه الگوريتم پيشنهادي نسبت به پروتكلهاي مرجع (LEACH، LEACH-C، GA-LEACH و ICSSA) است. بهطور خاص، زمان مرگ اولين گره بيش از 80 برابر به تأخير افتاده، طول عمر شبكه تا مرگ آخرين گره حدود 25 برابر افزايش يافته و ميزان دادههاي دريافتي در ايستگاه پايه بيش از 7 برابر بهبود يافته است. علاوه بر اين، روند مصرف انرژي در كل شبكه بهطور چشمگيري بهتر بوده و پايداري الگوريتم در سناريوهاي متنوع با چگاليها و ابعاد مختلف شبكه حفظ شده است.
چكيده انگليسي :
In recent years, wireless sensor networks (WSNs) have emerged as a central research focus in distributed systems due to their pivotal role in applications such as environmental monitoring, healthcare, military systems, and the Internet of Things (IoT). Considering the strict energy constraints of sensor nodes, designing energy-efficient routing protocols that enhance network longevity and ensure stable performance remains one of the foremost challenges in this domain.
In this study, an edge-aware clustering protocol based on genetic algorithms and the LEACH framework is proposed, namely EGA-LEACH. In the proposed architecture, edge nodes are leveraged to optimize the selection of cluster heads and the assignment of nodes to clusters. Furthermore, under critical conditions, cluster formation is temporarily suspended and replaced by direct data transmission to edge nodes, thereby preserving the overall network throughput.
Simulation results in MATLAB demonstrate the significant superiority of the proposed protocol compared to benchmark schemes (LEACH, LEACH-C, GA-LEACH and ICSSA). Specifically, the time to the first node death is extended by more than 80-fold, the network lifetime until the last node death increases by approximately 25-fold, and the amount of data successfully delivered to the base station improves by more than seven times. In addition, the overall energy consumption trend across the network is markedly optimized, and the robustness of the proposed algorithm is consistently maintained across diverse scenarios with varying network densities and dimensions.