شماره مدرك
21133
شماره راهنما
18120
پديد آورنده
قليچ، آرش
عنوان
مروري بر روشهاي فراابتكاري تركيبي مورد استفاده در خوشهبندي شبكههايحسگر بيسيم و ارائهي يك روش بهبوديافته
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
شبكههاي مخابرتي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
پانزده، 74ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
شبكههاي حسگر بيسيم , بهرهوري انرژي , خوشهبندي , بهينهسازي گرگ خاكستري , الگوريتم بهينهسازي وال , فراابتكاري تركيبي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/31
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/02
كد ايرانداك
23229854
چكيده فارسي
بهرهوري انرژي و طول عمر شبكه از مهمترين چالشها در شبكههاي حسگر بيسيم (WSNs) هستند. محدوديت انرژي باتري گرههاي حسگر موجب ميشود كه طراحي رويكردهاي خوشهبندي كارآمد، اهميت ويژهاي پيدا كند. روشهاي سنتي مانندLEACH ، پايهاي براي ارتباط خوشهاي ارائه ميدهند اما در متوازنسازي مصرف انرژي و حفظ كيفيت خدمات، ناتوان هستند.
در اين پاياننامه پس از مروري بر الگوريتمهاي فراابتكاري، بر اساس بهينهساز وال-گرگخاكستري (WGWO)، يك الگوريتم فراابتكاري تركيبي بهبود يافته با عنوان بهينهسازي مرحلهاي وال-گرگخاكستري (WGWO_S) معرفي و برخي از توابع هدف مورد استفاده در تابع تناسب آن، بازتعريف ميشوند. الگوريتم پيشنهادي در مراحل اوليه از بهينهسازي گرگ خاكستري (GWO) براي كاوش فضاي جستجو استفاده ميكند و در مراحل بعدي با كمك الگوريتم بهينهسازي وال (WOA) به بهرهبرداري از راهحلهاي اميدواركننده ميپردازد. يك سازوكار نخبهگرايي نيز به الگوريتم اضافه شده است كه با تزريق بهترين پاسخ يافت شده در نسل بعدي جمعيت، تلاش ميكند بهترين راه حل در جمعيت حفظ شود.
تابع تناسب، هفت معيار كليدي شامل تعداد سرخوشهها، توازن انرژي، فاصلهي درونخوشهاي، فاصلهي بينخوشهاي، فاصلهي سرخوشهها تا ايستگاه اصلي (BS)، فشردگي خوشهها، و توازن بار سرخوشهها را در نظر ميگيرد. اين معيارها بصورت ماژولار پيادهسازي شدهاند تا توسعهي آنها در آينده آسان باشد.
شبيهسازيها در محيط پايتون با استفاده از مدل انرژي راديويي مرتبه اول و افزونههايي براي شبيهسازي احتمال موفقيت بسته و تأخير انجام شدهاند. نتايج نشان ميدهند كه WGWO_S نسبت به WGWO و روشهاي مرجع مانند LEACH و GWO در زمينهي شاخصهاي كارايي خوشهبندي و عملكرد شبكه، كاركرد بهتري دارد.
چكيده انگليسي
Energy efficiency and network lifetime remain critical challenges in Wireless Sensor Networks (WSNs), where limited battery capacity of sensor nodes underscore the need for efficient clustering approaches. Traditional clustering protocols such as LEACH provide a baseline for cluster-based communication but fail to ensure balanced energy consumption or sustainable quality of service.
After a review of metaheuristic algorithms, this thesis presents an improved hybrid metaheuristic algorithm named Stage-based Whale-Grey Wolf Optimizer (WGWO_S) based on the Whale-Grey Wolf Optimizer (WGWO). Some objective functions used in its fitness function are also redefined. The proposed algorithm in the early stages uses Gray Wolf Optimization (GWO) guided by the hierarchical roles of α, β, and δ wolves, to explore the search space and diversify potential cluster-head (CH) candidates. In the later stages it exploits promising solutions with the help of Whale Optimization Algorithm (WOA) operators including, bubble-net spiral foraging, encircling and random search. An elitism mechanism also has been added to the algorithm, which tries to preserve the best solution across generations by injecting the best solution found in the next generation of the population.
The fitness function is modular and integrates seven criteria—number of CHs, energy balance, intra-cluster and inter-cluster distances, CHs distance to the base station (BS), cluster compactness, and cluster-head load balancing—enabling flexibility and facilitating future extensions.
The simulation framework is fully modular in Python, with separate modules for network management, fitness evaluation, algorithm logic, metrics collection, and visualization. The radio energy model is based on the first-order communication model, augmented with probabilistic packet success and delay modeling to better reflect realistic network conditions. The results show that WGWO_S outperforms the original WGWO and reference methods such as LEACH and GWO in terms of clustering efficiency and network performance indices.
استاد راهنما
حسين سعيدي
استاد داور
مهدي مهدوي , محمدرضا حيدرپور