الگوریتم های خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم

شبکه های حسگر بی سیم شامل تعدا زیادی از سنسورهای کوچک است که که می توانند یک ابزار قوی برای جمع آوری داده در انواع محیط های داده ای متنوع باشند. داده های جمع آوری شده توسط هر حسگر به ایستگاه اصلی منتقل می شود تا به کاربر نهایی ارائه می شود. یكی از عمده ترین چالشها در این نوع شبكه ها، محدودیت مصرف انرژی است كه مستقیما طول عمر شبكه حسگر را تحت تأثیر قرار میدهد ، خوشه بندی بعنوان یكی از روشهای شناخته شده ای است كه بطور گسترده برای مواجه شدن با این چالش مورد استفاده قرار میگیرد.

خوشه بندی به شبکه های حسگر بی سیم معرفی شده است چرا که طبق آزمایشات انجام شده ،روشی موثر برای ارائه ی بهتر تجمع داده ها و مقیاس پذیری برای شبکه های حسگر بی سیم بزرگ است. خوشه بندی همچنین منابع انرژی محدود حسگرها را محافظت کرده و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

فهرست مطالب

چکیده1

مقدمه. 2

فصل اول :شبکه ی حسگر بی سیم. 3

مقدمه. 4

بررسی اجمالی مسائل کلیدی.. 6

انواع شبکه حسگر بی سیم. 11

ساختارهای شبكه حسگر بی سیم. 14

ویژگی‌های سخت‌افزاری:17

کاربردهای شبکه ی حسگر بی سیم. 20

عوامل موثر بر شبکه ی حسگر بی سیم. 26

پشته پروتكلی.. 33

نتیجه گیری بخش... 38

فصل دوم :انواع الگوریتم های خوشه بندی.. 39

مقدمه. 40

بررسی کلی خوشه بندی.. 40

الگوریتم های خوشه بندی سلسله مراتبی.. 40

الگوریتم های خوشه بندی طیفی.. 41

الگوریتم های خوشه بندی مبتنی بر شبکه ی گرید. 42

الگوریتم خوشه بندی مبتنی بر تراکم. 43

الگوریتم های خوشه بندی پارتیشن بندی.. 43

الگوریتم خوشه بندی ژنتیک k-means برای ترکیب مجموعه داده های عددی و قاطعانه. 44

الگوریتم مقیاس.......45

الگوریتم k-means هماهنگ.. 46

مقداردهی k-means با استفاده از الگوریتم ژنتیک.. 47

رویکرد مجموع خوشه ها برای داده های ترکیبی............48

الگوریتم تکاملی ترکیبی.......49

اصلاح جهانی الگوریتم k-means 50

الگوریتم ژنتیک k-means سریع. 50

نتیجه گیری بخش... 52

فصل سوم :الگوریتم های خوشه بندی در شبکه ی حسگر بی سیم. 53

مقدمه. 54

چالش ها در الگوریتم های خوشه بندی در شبکه ی حسگر بی سیم. 56

فرآیند خوشه بندی.. 58

پروتکل های خوشه بندی موجود. 59

الگوریتم های ابداعی......59

طرح های وزنی.......60

طرح های شبکه ی گرید. 62

طرح های سلسله مراتبی و دیگر طرح ها......64

ناهمگون. 73

مدل ناهمگون برای شبکه های حسگر بی سیم......73

طبقه بندی ویژگی های خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم ناهمگون......75

الگوریتم خوشه بندی برای شبکه های حسگر بی سیم ناهمگون......77

نتیجه گیری بخش... 92

 فصل چهارم:بررسی دو الگوریتم خوشه بندی EECS و A-LEACH.. 93

مقدمه. 94

EECS.. 95

نمای کلی مشکلات.. 95

جزئیات EECS. 97

تحلیل EECS. 103

شبیه سازی.. 107

رویکردهای آینده112

A-LEACH.. 113

آثار مربوطه. 113

تجزیه و تحلیل انرژی پروتکل ها115

A-LEACH.. 115

شبیه سازی.. 118

رویکردهای آینده و نتیجه گیری 122

نتیجه گیری.. 123

 فهرست اشکال

شکل .1 . طبقه بندی موضوعات مختلف در شبکه ی حسگر بی سیم. 8

شکل .2. ساختار کلی شبکه ی حسگر بی سیم. 16

شکل. 3. ساختار خودكار16

شکل. 4. ساختار نیمه خودكار17

شکل. 5.ساختار داخلی گره ی حسگر. 18

شکل 6. پشته ی پروتکلی.. 34

شکل 7 . نمونه ای از الگوریتم GROUP. 63

شکل .8 . الف )ساختار شبکه ب)شبکه بعد از چند دور78

شکل 9. الف) ساختار شبکه ب) خوشه بندی EDFCM.. 85

شکل 10. سلسله مراتب خوشه در زمینه ی سنجش... 87

شکل 11. دیاگرام شماتیک از مناطق در اندازه های مختلف.. 89

شکل .12. تاثیر هزینه ی سرخوشه ی موردنظر. 102

شکل. 13. پدیده ی شیب در شبکه. 105

شکل.14. الف : توزیع غیر یکنواخت ب : توزیع یکنواخت.. 107

شکل. 15. الف: صحنه ی معمولی ب: صحنه ی بزرگ 108

شکل .16. الف : صحنه ی معمولی ب: صحنه ی بزرگ 109

شکل. 17. الف : صحنه ی معمولی ب: صحنه ی بزرگ.. 110

شکل.18. تعداد خوشه ها در هر دور در EECSو LEACH(صحنه ی 1)111

شکل. 19.الف : صحنه ی معمولی ب : صحنه ی بزرگ.. 112

شکل .20. مدل شبکه ای A-LEACH.. 118

شکل 21. شبکه ی حسگر بی سیم با مدل A-LEACH.. 119

شکل .22. طول منطقه ی ثبات برای مقادیر مختلف ناهمگونی.. 120

شکل 23. تعداد گره های زنده نسبت با دور با m=0.1 و a=1. 120

شکل .24. تعداد گره های زنده نسبت به دور با m=0.3 و a=1. 121

شکل. 25. تعداد گره های زنده نسبت به دور با m=0.5 وa=1. 121

 فهرست جداول

جدول 1 .مقایسه ی الگوریتم های خوشه بندی طرح سلسله مراتبی.. 72

جدول.2. مقایسه ی الگوریتم های خوشه بندی.. 91

جدول.3. مفهوم نمادها98

جدول .4 . توصیف حالات یا پیغام ها98

جدول 5 . پارامترهای شبیه سازی.. 107