دانلود ترجمه مقاله یک پروتکل خوشه‌بندی نابرابر مبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات

1. مقدمه 2. تحقیقات مرتبط 3. مقدمات اولیه 4. پروتکل پیشنهادی 5. تحلیل و نتایج شبیه‌سازی 6. نتیجه‌گیری

چکیده – خوشه‌بندی یکی از موثرترین روش‌های صرفه‌جویی در انرژی برای به حداکثر رساندن عمر شبکه در شبکه‌های حسگر بی‌سیم است. در رویکرد چند جهشی، سر خوشه های (CHs) نزدیک به ایستگاه پایه به علت بار ترافیکی رله بالای بین خوشه ای، به سرعت انرژی خود را تخلیه کرده و باعث ایجاد مشکل نقطه داغ (Hot Spot) می‌شود. بنابراین، لازم است که یک پروتکل خوشه‌بندی از نظر مصرف انرژی کارآمد بوده (کم مصرف باشد) و در مقابل خطا تحمل پذیر باشد. در این تحقیق، یک پروتکل خوشه بندی نابرابر و تحمل پذیر در برابر خطای مبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) ارائه شده است که به آن به صورت مخفف با PSO-UFC اشاره می‌شود. پروتکل پیشنهادی، خوشه‌بندی نا متوازن و مشکلات تحمل خطا را در پروتکل خوشه‌بندی نابرابر انرژی-متوازن موجود (EBUC) برای عملکرد بلندمدت شبکه مورد توجه قرار می‌دهد. برای حل مسئله خوشه‌بندی نامتوازن، پروتکل پیشنهادی PSO - UFC از مکانیزم خوشه‌بندی نابرابر برای متعادل کردن مصرف انرژی درون خوشه‌ای و میان خوشه‌ای بین سر خوشه‌های اصلی (MCHs) بهره می‌برد. همچنین، در پروتکل PSO - UFC اتصال شبکه با انتخاب یک سر خوشه بیشتر به نام سر خوشه جانشین به علت شکست ناگهانی سر خوشه اصلی برقرار می‌شود. نتایج شبیه‌سازی بدست‌آمده نشان می‌دهد که پروتکل PSO - UFC می‌تواند عمر شبکه را در مقایسه با EBUC، PSO - C و LEACH - C افزایش دهد. مقدمه: در سال‌های اخیر، شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) به عنوان یکی از تکنولوژی‌های مورد توجه قرار گرفته‌اند [۱]، [۲]. تحقیقات اولیه در مورد شبکه‌های حسگر بی‌سیم عمدتاً به سمت کاربردهای نظارتی گرایش دارد، اما با گسترش روزافزون سیستم‌های میکرو-الکترو مکانیکی (MEMS)، در محیط‌های مختلف و برای اهداف مختلف مانند مراقبت‌های بهداشتی، نظارت نظامی، شبکه‌های هوشمند و اتوماسیون صنعتی کاربرد های فراوانی برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم پیشنهاد شده است [۳]. شبکه‌های حسگر بی‌سیم سنجش اتوماتیک، پردازش تعبیه‌شده (درونی)، و انتقال بی‌سیم به دستگاه‌های تعبیه‌شده کوچک، که از آن‌ها به عنوان گره‌های حسگر یاد می‌شوند، را با یکدیگر ترکیب می‌کنند. هر گره حسگر به شدت به منبع تأمین انرژی خود وابسته می‌باشد، زیرا باتری این حسگرها محدود بوده و غیر قابل شارژ کردن دوباره است. با این وجود، پردازنده‌های آن‌ها قدرت پردازش وصل‌شده و قابلیت‌های ذخیره‌سازی را محدود کرده‌اند. چنین محدودیت‌هایی باعث می‌شود تا استفاده منطقی و عاقلانه از منابع انرژی گره‌های سنسور برای عمر طولانی‌تر شبکه‌های حسگر بی‌سیم اهمیت دوچندان داشته باشد (۴). در گذشته، قابلیت‌های خوشه‌بندی به طور گسترده‌ای برای صرفه‌جویی انرژی شبکه‌های حسگر بی‌سیم مورد مطالعه قرار گرفته است. مکانیزم خوشه‌بندی، شبکه را به خوشه‌های کوچک تقسیم می‌کند، که در آن هر خوشه یک گره سر خوشه (CH) و گره‌های عضو دارد. با تقسیم‌بندی شبکه به خوشه‌ها، ارتباط بین گره‌ها را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی نمود: ارتباطات درون خوشه‌ای و ارتباطات بین خوشه‌ای. گره‌های غیر سر خوشه، داده‌های خود را به سر خوشه انتقال می‌دهند و سپس سر خوشه داده‌های جمع‌آوری‌شده را مستقیماً یا از طریق مسیریابی چند جهشی به ایستگاه پایه (BS) می‌فرستد [۵]. با این حال، در مسیریابی چند جهشی، سر خوشه‌ها در نزدیکی ایستگاه پایه درگیر در بار ترافیکی رله درون خوشه‌ای و نسبت به سایر گره های سر خوشه انرژی خود را بسیار سریع‌تر تخلیه می‌کنند. در پیشینه تحقیقاتی، این مسئله به عنوان مسئله نقطه داغ شناخته می‌شود [۶]. علاوه بر این، گره‌های حسگر به علت تخلیه سریع قدرت باتری محدودشان یا عملکرد نادرست اجزای سخت‌افزاری در معرض آسیب و شکست هستند. شکست یک ‌گره سر خوشه، ارتباط شبکه را نه تنها با گره‌های عضو خود، بلکه با گره‌های همسایه نیز قطع می‌کند [۷]. بنابراین، این مقاله با یک رویکرد مشترک به بررسی مسئله نقطه داغ، خوشه‌بندی نامتعادل و مسایل تحمل خطا می‌پردازد.

Clustering is one of most efficient energy saving techniques for maximizing network lifetime in wireless sensor networks. In the multi-hop approach, cluster heads (CHs) close to the base station deplete their energy very quickly due to high inter-cluster relay traffic load, causing the hot spot problem. Thus, a clustering protocol is required to be energy efficient as well as fault tolerant. This paper presents a particle swarm optimization (PSO)-based unequal and fault tolerant clustering protocol referred as PSO-UFC. The proposed protocol addresses imbalanced clustering and fault tolerance issues in the existing energy-balanced unequal clustering (EBUC) protocol for the long-run operation of the network. To solve the imbalanced clustering problem, the PSO-UFC protocol utilizes unequal clustering mechanism to balance intra-cluster and inter-cluster energy consumption between the Master CHs (MCHs). Also, in PSO-UFC protocol the network connectivity is restored by electing an extra CH called Surrogate CH due to sudden failure of MCH. The obtained simulation results demonstrate that the PSO-UFC protocol prolongs the network lifetime against EBUC, PSO-C, and LEACH-C protocols. INTRODUCTION: Wireless sensor networks (WSNs) have come across as one of the emerging technologies in the recent years [1], [2]. The early research on WSN is mainly directed towards the monitoring applications, but with immense proliferation in micro-electro-mechanical systems (MEMS), there has been a widespread utilization of WSNs in different environments and for different purposes like Healthcare, Military Surveillance, Smart Grid, and Industrial Automation [3]. They incorporate automated sensing, embedded processing, and wireless transmission into tiny embedded devices referred as sensor nodes. Each sensor node is constrained to energy supply due to its limited and non-rechargeable battery source. Nevertheless, their processors have limited onboard processing power and storage capabilities. Such constraints require the energy resources of sensor nodes should be used wisely for the long run of WSNs [4]. In the recent past, clustering has been studied extensively for the energy conservation of WSNs. The clustering mechanism splits the network into small clusters, where each cluster has a Cluster Head (CH) node and member nodes. Once the network is partitioned into clusters, the communication among the nodes can be classified into: intra-cluster and inter-cluster communication. Non-CH nodes transmit their data to the CH, and then the CH transmits aggregated data to the base station (BS) either directly or through multi-hop routing [5]. However, in multihop routing, CHs near to the BS involved in high intercluster relay traffic load and deplete their energy very quickly compared to the other CH nodes. In literature, this issue is popularly known as the hot spot problem [6]. Moreover, sensor nodes are prone to failure due to quick depletion of their limited battery power or some malfunctioning of hardware components. The failure of a CH node interrupts the network communication not only with its member nodes as well as with the neighbor CHs [7]. Therefore, this paper addresses the hot spot problem, imbalanced clustering and fault tolerance issues in a joint manner.

بخشی از ترجمه مقاله (صفحه 19 و 20 فایل ورد ترجمه)