ترجمه فارسی عنوان مقاله

تجزیه و تحلیل مرزهای مصرف انرژی و برنامه های کاربردی آن برای شبکه مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم

عنوان انگلیسی

Energy consumption bounds analysis and its applications for grid based wireless sensor networks

کد مقاله	سال انتشار	تعداد صفحات مقاله انگلیسی
6324	2013	8 صفحه PDF

منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Journal of Network and Computer Applications, Volume 36, Issue 1, January 2013, Pages 444–451

فهرست مطالب ترجمه فارسی

چکیده

1. مقدمه:

2. مطالب مرتبط - Related works

3. تجزیه و تحلیل فاصله درشبکه های توری – Grid distance analysis

4. تجزیه وتحلیل مرز های نرخ انتقال – Bounds analysis of transmission cost

ساخت و ساز شبکه ی توری و طرح ارسال – Grid construction and forwarding

schemes

6. شبیه سازی تجربی - Experimental simulations

جدول شماره 2

7. نتیجه گیری – Conclusions

سپاسگزاری – Acknowledgments

ترجمه کلمات کلیدی

مرزهای مصرف انرژی - شبکه های حسگر بی سیم - توپولوژی شبکه - ترکیب شبکه

کلمات کلیدی انگلیسی

Energy consumption bounds,Wireless sensor networks,Grid topology,Grid combination

ترجمه چکیده

شبکه های مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم دارای مزایای استفاده از پیکربندی توپولوژی پویا و انعطاف پذیری در انتخاب مسیرهای ارسال هستند. با این حال، زمانی که طول عمر شبکه حیاتی است ، مانند طرح های دیگر مدیریت انرژی دستگاه های الکترونیکی یک مسئله بسیار مهم است. مصرف انرژی در شبکه های مبتنی بر شبکه های grid (توری) به توپولوژی شبکه و همچنین به عنوان مسیر ارسال واقعی بستگی دارد.در این مقاله ، ما مرزهای بالا و پایین از هزینه های انتقال انرژی را برای شبکه های حسگر بی سیم بر اساس شبکه های توری تجزیه و تحلیل کردیم. نتایج برای ارزیابی اثربخشی طرح ساخت و ساز شبکه و کارایی مسیریابی شبکه های مبتنی بر شبکه های توری قابل استفاده است. به منظور نشان دادن کاربرد برنامه ها از نتایج به دست آمده ، ما نمونه ای از روش توپولوژی ترکیبی برای ارزیابی بهره وری با توجه به حد پایین بدست آمده پیشنهاد دادیم. به منظور بررسی اعتبار مرزهای دست آمده آزمایشاتی انجام شد و مصرف انرژی از منابع مختلف ارسال از طریق توپولوژی ترکیب ارزیابی شد.

ترجمه مقدمه

شبکه های حسگر بی سیم به عنوان یک فن آوری convincible برای نیاز به سنجش محیط زیست در سراسر مناطق جغرافیایی با استفاده از دستگاه های کوچک الکترونیکی شناخته شده اند(sensor nodes). برنامه های کاربردی شبکه های حسگر برای تامین امنیت شامل سیستم های تشخیص ، نظارتهای نظامی، ردیابی هدف، و غیره هستند. در به کارگیری یک شبکه حسگر، تعدادی از گره های حسگردر بیش از یک منطقه توزیع شده اند و با یکدیگر به صورت بی سیم ارتباط برقرارمی کنند. پیام query توسط ایستگاه پایه به صورت broadcast یا پخشی (یا گره سینک) به تمام گره های حسگر با توجه به منافع خاص ارسال می شود. اطلاعات حس شده برای پردازش بیشتر توسط گره های حسگر به گره سینک ارسال می شود. در واقع، سنسور برای سنجش رویداد و پردازش داده ها و انتقال داده ها انرژی مصرف می کند. در میان آنها، انرژی مصرف شده برای انتقال داده ها به شدت به روی بهره وری مسیر یابی بستگی دارد. بنابراین، هدف در این مقاله تجزیه و تحلیل انرژی مورد نیاز برای انتقال داده ها در شبکه های حسگر بی سیم است. چون گره های حسگر به پاور(منبع تغذیه) دسترسی محدود دارند، مصرف انرژی یکی از مسائل مهم برای گسترش شبکه های حسگر بی سیم است. اگر هر گره حسگر اطلاعات خود را به طور مستقیم به گره سینک منتقل کند، در هر نقطه ای که شبکه ی حسگر قطع شده و پراکنده(fragmented) خواهد شد، می تواند به سرعت انرژی خود را تخلیه کند و به سرویس دهی خاتمه دهد. مشخص شده است که طرح انتقال مستقیم تنها زمانی سودمند است که شبکه های حسگر به یک منطقه محدود، محدود شده باشند. به همین دلیل، سلسله مراتب تطبیقی خوشه بندی با انرژی کم پیشنهاد شد؛ روش (صافی- LEACH ) . در روش صافی، بسته ها به روش multi-hop منتقل شده و مصرف انرژی به طور مساوی در بین گره ها توزیع شده است، در نتیجه باعث اضافه شدن طول عمر شبکه حسگر می شود. در این روش، هر گره می تواند پوشش خودش را با تنظیم انرژی انتقال خود برای سازماندهی یک توپولوژی شبکه کنترل کند. توپولوژی شبکه های حسگر می تواند به صورت پویا با توجه به محل گره های حسگر و گره سینک تغییر کند. انتخاب مسیر گره های میانی برای ارسال اطلاعات از یک گره حسگر به گره سینک آن تعیین می شود و نه تنها برای پیدا کردن کوتاه ترین فاصله به کار می رود بلکه انرژی باقی مانده از گره های میانی را نیز در نظر می گیرد.اگر مسیر به طور نادرست انتخاب شده باشد، تعدادی از گره ها ممکن است به طور کامل منابع انرژی خود را هدر دهند؛یا تخلیه کنند.بسیاری از توپولوژی ها شامل خوشه بندی ، Link ، grid ، diffusion به عنوان پایگاه برای مسیریابی بسته های داده در شبکه های حسگر به تصویب رسید. در میان این توپولوژی ها، شبکه های توری مناسبترین روش برای پرس و جو در سراسر یک منطقه خاص توسط گره سینک تلفن همراه است. دلیل این است که توپولوژی توری(grid) را می توان به صورت پویا با توجه به محل منبع و گره های سینک پیکربندی کرد. علاوه بر این، وجود چندین مسیر بین گره های منبع و گره سینک ،انعطاف پذیری انتخاب یک مسیر ارسال به حساب(account) را برای انرژی باقی مانده از گره های شخصی افزایش می دهد. در طول ساخت و ساز شبکه ی توری، انتخاب گره های شبکه توری حیاتی است زیرا گره های شبکه توری مسئول حمل و نقل بسته هستند. مروری کامل در مورد مدل سازی، ابزار، و برنامه های کاربردی از شبکه های بی سیم فراهم شده است در Haenggi et al .(2009). و تعدادی طرح برای به حداقل رساندن مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم ارائه شده است. امکان پذیری شبکه های حسگر منفعل در Akan et al مورد مطالعه قرار گرفت.(2009) برای ارائه یک محیط عاری از محدودیت های انرژی ؛ با این حال، چنین شبکه ای به یک منبع RF خارجی نیاز دارد. انتظار می رود پوشش و زمان بندی طرح خواب که در Akan et alپیشنهاد شد (2009) برای به حداقل رساندن مصرف انرژی به کار رود. در Xiao et al. (2008), Quwaider et al. (2010) ، گره ها به صورت پویا می توانند انرژی انتقال خود را برای ارسال داده ها با توجه به فاصله فراهم کنند. واضح است که ، مدیریت انرژی یک مسئله مهم در به کارگیری شبکه های حسگر بی سیم است. در توپولوژی شبکه های توری (grid) ، فرض می شود که یک گره شبکه توری قدرت بالاتری نسبت به گره های همسایه خود برای افزایش طول عمر شبکه حسگر را دارد. اگر چه توپولوژی یک شبکه توری با یک شکل منظم در نظر گرفته شده ،یک گره شبکه توری ممکن است دقیقا در نقطه تعیین شده قرار نگرفته باشد زیرا ممکن است هیچ گره حسگری در آن محل وجود نداشته باشد یا گره تعیین شده به علت کمبود انرژی یک انتخاب نا مناسب باشد (as grid node) . در این مقاله ، ما انتخاب گره های شبکه توری و مسائل مسیریابی برای شبکه های حسگر را مورد مطالعه قرار می دهیم. پس از دریافت یک پیام پرس و جو از گره سینک (sink node) ، گره حسگر (که مسئول جمع آوری داده ی محیطی مورد علاقه است) یک شبکه توری برای ارسال اطلاعات جمع آوری شده به گره سینک ایجاد می کند. توجه اصلی در انتخاب مناسب گره های شبکه توری و ایجاد مسیر مسیر یابی برای حفظ اتصال شبکه های حسگر در ارسال اطلاعات است ، که در نتیجه باعث طولانی تر شدن طول عمر آن می شود. علاوه بر این، ما مرزهای مصرف انرژی را برای نقل وانتقال اطلاعات در توپولوژی شبکه ی توری استخراج کردیم. مرز های بالا و پایین بدست آمده در ارزیابی توپولوژی بر اساس طرح شبکه های توری بسیار مفید است. در تعدادی از برنامه های کاربردی ، مانند نظارت ، ممکن است بیشتر از یک گره به عنوان شرایط خاص تشخیص داده شوند که گره سینک از طریق broadcast شدن query داده می شود. در این موقعیتها ، هر گره که شرایط خاص را حس کرد به شکل یک شبکه توری برای گره سینک در می آید. در این مقاله ، ما طرح توپولوژی ترکیبی شبکه توری را برای نقل و انتقال داده های کلی برای کاهش مصرف انرژی و مقایسه ی نتایج آن با مرز های پایین بدست آمده ارائه دادیم. در ادامه این مقاله به صورت زیر است. در قسمت 2، ما تجزیه و تحلیل فاصله مناسب برای شبکه توری را با توجه به گره منبع و گره سینک داده شده با در نظر گرفتن مصرف انرژی ارائه دادیم. در قسمت 3، ما مرزهای بالا و پایین مصرف انرژی را در انتقال داده ها از گره منبع به گره سینک با اشاره به فاصله شبکه ی توری به دست آمده در قسمت 2، بدست آوردیم. در قسمت 4، ما ساخت و ساز توپولوژی شبکه ی توری و طرح نقل و انتقال داده را شرح می دهیم. در قسمت 5، ما نتایج حاصل از آزمایش هایمان را برای نشان دادن اعتبار مرزهای به دست آمده و عملکرد توپولوژی طرح ترکیبی پیشنهاد شده، ارائه می دهیم. سرانجام ، نتایج در قسمت 6 ارائه شده اند.

دانلود رایگان 2 صفحه اول مقاله لاتین (PDF)

پیش نمایش مقاله

چکیده انگلیسی

Grid based wireless sensor networks have the advantages of dynamic topology configuration and flexible selection of forwarding paths. However, like other schemes, the energy management of electronic device is a very important issue when the lifespan of the network is critical. The energy consumption of a grid based network depends on the topology of the grid as well as the actual forwarding path. In this paper, we analyze the upper and lower bounds of the transmission energy costs for grid based wireless sensor networks. The results are applicable for evaluation of the effectiveness of grid construction scheme and the routing efficiency of grid based networks. In order to illustrate the applications of the derived results, we proposed an example of topology combination approach to evaluate efficiency with respect to the derived lower bound. Experiments were conducted to verify the validity of the derived bounds and evaluate the energy consumption of the multiple sources forwarding through topology combination.

مقدمه انگلیسی

Wireless sensor networks are recognized as a convincible technology for the provisioning of environment sensing over wide geographic areas by means of small electronic devices (sensor nodes) (Biswas and Phoha, 2006, Chintalapudi et al., 2006, Boukerche et al., 2009 and Ma et al., 2011). Typical applications of sensor networks include detection systems for security, military surveillance, target tracking, and others. In the deployment of a sensor network, a number of sensor nodes are distributed over an area and communicate with each other wirelessly. The query message is broadcast by the base station (or the sink node) to all sensor nodes regarding a specific interest. Information sensed by sensor nodes is forwarded to the sink node for further processing. Basically, the sensor consumes energy for event sensing, data processing, and data transmission. Among them, energy consumed for data transmission heavily depends on the routing efficiency. Therefore, it is the purpose of this paper to analyze the energy required for data transmission in wireless sensor networks. Because sensor nodes have limited access to power, energy consumption is one of the most important issues for the deployment of wireless sensor networks. If each sensor node transmitted its information to the sink node directly, it could very quickly exhaust its energy and drop out of service, at which point the sensor network would become disconnected and fragmented. It has been determined that direct transmission schemes are beneficial only when the sensor network is confined to a limited area (Ma et al., 2011, Liu and Lin, 2003 and Heinzelman et al., 2000). For this reason, the low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) method was proposed (Heinzelman et al., 2000 and Handy et al., 2002). In the LEACH approach, packets are transmitted in a multi-hop manner to evenly distribute the consumption of energy among nodes, thereby lengthening the life span of the sensor network. In this manner, each node can control its coverage by adjusting its transmission energy to self organize a network topology. The topology of sensor networks can be dynamically changed in accordance with the locations of sensor nodes and sink nodes. The selection of the intermediate nodes for the path of information forwarding from a sensor node to its sink node is determined not only to find the shortest distance but also in consideration of the residual energy of the intermediate nodes. If a routing path is improperly selected, a number of nodes may completely exhaust their energy supplies.

نتیجه گیری انگلیسی

Energy management is a critical issue in the design of sensing devices and the deployment of wireless sensor networks. Although energy consumption depends on the construction of the topologies and the selection of the forwarding paths, the bounds of energy consumption are a useful reference for the evaluation of power control in the deployment of sensor networks. In a grid based network, the selection of grid nodes and routing algorithm influence energy consumption. In this paper, the ideal distance and bounds of energy consumptions for information forwarding in a grid based sensor network were derived and analyzed, and the analytical results were examined through exhaustive simulations. The values of the maximum and the minimum energy consumption during the simulations were recorded to verify with the derived upper and lower bounds. The results of our experiments verified the validity of the proposed energy consumption bounds. It was mentioned that data transmission consumes approximate 80% energy of the sensor node (Sacaleanu et al., 2011), therefore, the bounds derived in this paper could be applied as a measurement criterion to evaluate the energy efficiency of data transmission. In order to illustrate the application of the derived bound, we investigated multiple sources issue and proposed a topology combination approach to reduce energy consumption. We compared and discussed the simulation results with the summation of the individual lower bounds. These results indicate that the derived bounds are suitable for the evaluation of data routing efficiency in grid based networks.