شماره مدرك
21135
شماره راهنما
18122
پديد آورنده
طباطبايي جلفايي، سمانه سادات
عنوان
بهبود بهرهوري انرژي در پروتكلهاي خوشهبندي در شبكههاي حسگر بيسيم
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
شبكه هاي مخابراتي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هشت، 51 ص.:مصور،جدول، نمودار
توصيفگر ها
شبكههاي حسگر بيسيم , خوشهبندي پويا , بهينهسازي انرژي , چگالي محلي , طول عمر شبكه
تاريخ ورود اطلاعات
1405/04/01
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/02
كد ايرانداك
23213530
چكيده فارسي
شبكههاي حسگر بيسيم، مجموعهاي از گرههاي كوچك با توان محاسباتي و انرژي محدود هستند كه در كاربردهاي صنعتي، زيستمحيطي و پزشكي براي جمعآوري و انتقال دادهها بهكار ميروند. محدوديت انرژي در اين گرهها، بهينهسازي مصرف انرژي را به چالشي كليدي تبديل كرده است. خوشهبندي يكي از روشهاي مؤثر براي مديريت انرژي در اين شبكهها است كه با تقسيم گرهها به گروههاي كوچكتر، بار ارتباطي و مصرف انرژي را كاهش ميدهد. با اين حال، كارايي خوشهبندي به توزيع مناسب گرهها و انتخاب بهينهي سرخوشهها وابسته است. بهينهسازي خوشهها ميتواند با متعادلسازي بار شبكه و كاهش انتقالهاي غيرضروري، طول عمر شبكه را بهطور قابلتوجهي افزايش دهد. در اين پژوهش، براي متعادلسازي بار شبكه، از روش خوشهبندي دو مرحلهاي استفاده شده است كه در آن ابتدا سرخوشهها انتخاب ميشوند و سپس سرخوشههاي اصلي براي انتقال دادهها به ايستگاه پايه تعيين ميگردند. براي بهبود اين فرآيند، چگالي محلي هر گره با استفاده ازيك شعاع متغير محاسبه شده و در انتخاب سرخوشهها لحاظ ميشود تا توزيع گرهها در شبكه بهطور دقيقتري در نظر گرفته شود. دو پارامتر شعاع خوشهبندي و حداقل فاصله ميان دو سرخوشه، براي توزيع بهترسرخوشهها به صورت پويا و براساس تعداد گرههاي زنده، انرژي باقيمانده و چگالي شبكه تنظيم ميشوند. همچنين، با اعمال محدوديت بر تعداد اعضاي هر خوشه، از بارگذاري بيش از حد سرخوشهها جلوگيري شده و تعادل بهتري در مصرف انرژي ايجاد ميگردد. گرههاي بدون خوشه در صورت نياز به سرخوشه تبديل ميشوند تا پوشش شبكه حفظ شود. انتخاب سرخوشهها و سرخوشههاي اصلي با معياري تركيبي، تشكيل شده از انرژي، چگالي محلي و فاصله، بهينهسازي شده است تا كارايي شبكه بهبود يابد. شبيهسازيها در محيط MATLAB نشان ميدهند كه اين روش، زمان مرگ اولين گره و آخرين گره را بهطور چشمگيري افزايش ميدهد و توزيع انرژي را در شبكه متعادلتر ميكند. اين رويكرد با كاهش مصرف انرژي، كارايي شبكههاي حسگر بيسيم را ارتقا ميدهد.
چكيده انگليسي
Wireless Sensor Networks (WSNs) consist of small nodes with limited computational power and energy, widely used in industrial, environmental, and medical applications for data collection and transmission. Energy constraints in these nodes make energy optimization a key challenge. Clustering is one of the most effective techniques for energy management in WSNs, as it reduces communication overhead and energy consumption by grouping nodes into smaller clusters. However, the efficiency of clustering depends on the proper distribution of nodes and the appropriate selection of cluster heads. Cluster optimization can significantly extend the network lifetime by balancing the load and minimizing unnecessary transmissions.
In this study, a two level clustering method is employed to balance the network load. Initially, cluster heads are selected, and then the Main cluster heads responsible for transmitting data to the Base station are determined. To improve this process, the local density of nodes are calculated using a variable radius and considered in cluster-head selection to reflect node distribution within the network. Two parameters, the clustering radius and the minimum distance between two cluster heads, are dynamically adjusted based on the number of alive nodes, remaining energy, and network density to ensure a better distribution of cluster heads. Moreover, by limiting the number of members in each cluster, overloading of cluster heads is prevented, resulting in more balanced energy consumption. Nodes without a cluster may become cluster heads when necessary to maintain network coverage.
Cluster-head and main cluster_head selection has been improved through a combined metric consisting of energy, local density, and distance, thereby enhancing network performance. Simulations conducted in MATLAB demonstrate that the proposed method significantly increases both the time of the first node death and the last node death while simultaneously achieving a more balanced energy distribution across the network. This approach effectively reduces energy consumption and improves the overall efficiency of wireless sensor networks.
استاد راهنما
حسين سعيدي
استاد داور
مهدي مهدوي , محمدرضا حيدرپور