مقاله بررسی مدل Energy-Efficient مبنی برتراکم داده‌ها برای شبکه‌های سنسور بی‌سیم | بلاگ

مقاله بررسی مدل Energy-Efficient مبنی برتراکم داده‌ها برای شبکه‌های سنسور بی‌سیم

تعرفه تبلیغات در سایت

آخرین مطالب

امکانات وب

مقاله بررسی مدل Energy-Efficient مبنی برتراکم داده‌ها برای شبکه‌های سنسور بی‌سیم در 32 صفحه ورد قابل ویرایش


چکیده:

تراکم داده ها در شبکه های سنسور بی سیم افزونگی را حذف می کند تا مصرف پهنای باند و بازده انرژی گوه ها را توسعه دهد. این مقاله یک پروتکل تراکم داده های energy- efficient امن را که (Energy- Efficient Secure Pattern based Data Aggregation) ESPDA الگوی امن energy- efficient بر پایة تراکم داده ها) نامیده می شود ارائه می کند. برخلاف تکنیکهای تراکم داده های قراردادی، ESPDA از انتقال داده های اضافی از گره های سنسور به cluster- headها جلوگیری می کند. اگر گره های سنسور همان داده ها را تشخیص داده و دریافت کنند، ESPDA ابتدا تقریباً یکی از آنها را در وضعیت خواب (sleep mode) قرار می دهد و کدهای نمونه را برای نمایش مشخصات داده های دریافت و حس شده توسط گره های سنسور تولید می کند. Cluster- head ها تراکم داده ها را مبنی بر کدهای نمونه اجرا می کند و فقط داده های متمایز که به شکل متن رمز شده هستند از گره های سنسور به ایستگاه و مکان اصلی از طریق Cluster- headها انتقال یافته است. بعلت استفاده از کدهای نمونه، Cluster- headها نیازی به شناختن داده های سنسور برای اجرای تراکم داده‌ها ندارند. زیرا به گره های سنسور اجازه می دهد تا لینک های ارتباطی سرهم پیوسته (end-to-end) امن را برقرار کنند. بنابراین، نیازی برای مخفی سازی/ آشکار سازی توزیع کلید مابین Cluster- head ها و گره های سنسور نیست. بعلاوه، بکار بردن تکنیک NOVSF block- Hopping، امنیت را بصورت تصادفی با عوض کردن با نگاشت بلوک های داده ها به time slotهای NOVSF اصلاح کرده و آن را بهبود می بخشد. ارزیابی کارایی نشان می دهد که ESPDA روش های تراکم داده های قراردادی را به بیش از 50% در راندمان پهنای باند outperform می کند.

1- مقدمه: شبکه های سنسور بی سیم، بعنوان یک ناحیه و منطقة جدید مهم در تکنولوژی بی سیم پدیدار شده اند. در آیندة نزدیک، شبکه های سنسور بی سیم منتظر هزاران گره ارزان و کم هزینه و داشتن هر توانایی (Sensing capability) sensing با توان ارتباطی و محاسباتی محدود شده بوده اند. چنین شبکه های سنسوری منتظر بوده اند تا در بسیاری از موارد در محیط های عریض گوناگونی برای کاربردهای تجاری، شخصی و نظامی از قبیل نظارت، بررسی وسیلة نقلیه و گردآوری داده های صوتی گسترش یافته باشند. محدودیتهای کلید شبکه های سنسور بی سیم، ذخیره سازی، توان و پردازش هستند. این محدودیتها و معماری ویژه گره های سنسور مستلزم انرژی موثر و پروتکلهای ارتباطی امن هستند. امکان و اجرای این شبکه های سنسور کم هزینه با پیشرفت هایی در MEMS (سیستم های میکرومکانیکی micro electromechanical system)، ترکیب شده با توان کم، پردازنده های سیگنال دیجیتالی کم هزینه (DSPها) و مدارهای فرکانس رادیویی (RF) تسریع شده اند.

چالش های کلید در شبکه های سنسور، برای بیشینه کردن عمر گره های سنسور به علت این امر است که برای جایگزین کردن و تعویض باطری های هزاران گره سنسور امکان پذیر نیست. بنابراین عملیات محاسباتی گره ها و پروتکلهای ارتباطی باید به اندازة انرژی موثر در صورت امکان ساخته شده باشد. در میان این پروتکلها، پروتکلهای انتقال داده ها بر حسب انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردارند، از آنجائیکه انرژی مورد نیاز برای انتقال داده ها 70% از انرژی کل مصرفی یک شبکة سنسور بی سیم را می گیرد. تکنیکهای area coverage و تراکم داده ها می توانند کمک بسیار زیادی در نگهداری منابع انرژی کمیاب با حذف افزونگی داده ها و کمینه ساختن تعداد افتقالات داده ها بکنند. بنابراین، روشهای تراکم داده ها در شبکه های سنسور، در همه جا در مطبوعات مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند، در SPIN (پروتکلهای سنسور برای اطلاعات از طریق مذاکره sensor protocols for Information via Negotiation

ارسال داده های اضافی با مذاکره meta- dataها توسط گره ها حذف شده اند. در انتشار مستقیم، شیب ها که برای جمع آوری داده ها و تراکم داده ها برقرار شده اند، کاربرد مسیرهای تقویت مثبت و منفی را بوجود می آورند. در گره های سنسور، نمونه ای از داده ها را که نشان می دهد که چگونه تفسیر سنسور به فاصلة زمانی از پیش تعریف شده تغییر روش می دهد می فرستند. Cluster- headها نمونه های داده ها را جمع آوری کرده و فقط یکی از رویدادهای وخیم تطبیق یافته را می فرستد. از قبیل، پیش بینی افت درجه حرارت به طور تصادفی یک طوفان به پایگاه و مکان اصلی.

Cluster- head همچنین می تواند مطالعات نمایندة k را بجای مطالعات بدست آمدة n از تمامی سنسورهایش مطابق الگوریتم k-means بفرستد. امنیت در ارتباط داده ای موضوع مهم دیگری است تا طراحی شبکه های سنسور بی سیم مطرح شده باشد، همانند شبکه های سنسور بی سیم که ممکن است در مناطق دشمن از قبیل میدان های نبرد گسترش یافته باشد. بنابراین، پروتکل های تراکم داده ها باید با پروتکلهای امنیتی ارتباط داده ها بعنوان یک تعارض مابین این پروتکلها که ممکن است سوراخ و روزنه‌هایی (loophole) را در امنیت شبکه ایجاد کنند کار کنند. این مقاله یک الگوی مطمئن و energy-efficient مبنی بر پروتکل تراکم داده ها (ESPDA) را که هر دوی تراکم داده ها و تصورات و مفهوم های کلی امنیتی را با هم در شبکه های سنسور بی سیم Cluster- head رسیدگی می کند، ارائه می کند. هرچند، تراکم داده ها و امنیت در شبکه های سنسور بی سیم در مطبوعات مورد مطالعه قرار گرفته اند، برای بهترین شناسایی و آگاهی ما این مقاله نخستین مطالعه برای رسیدگی کردن به تکنیکهای تراکم داده ها بدون مصالحه امنیت است. ESPDA کدهای نمونه را برای اجرای تراکم داده ها بکار می برند. کدهای نمونه اساساً نمایندة بخش های داده ها هستند که از داده های واقعی به چنین روشی که هر کد نمونه مشخصات مخصوص داده های واقعی متناظر را دارد اقتباس شده است (گرفته شده است). فرآیند اقتباس یا استخراج ممکن است وابستگی به نوع داده های واقعی را تغییر دهد.

- ارزیابی کارایی (Performance Evaluation) : این بخش، ارزیابی کارایی ESPDA پیشنهاد شده را در این مقاله با بکار بردن Glomosim و تشبیه کننده های مکتوب خودمان به زبان C ، ارائه می کند. ما ابتدا، با نتایج ارزیابی کارایی پروتکل sleep در بخش 1-4 که توسط بازده انرژی نمونه مبنی بر تراکم داده در بخش 2-4 و ارزیابی الگوریتم های پروتکل امنیتی در بخش 3-4 شروع می کنیم.

1-4- پروتکل وضعیت خواب فعال (sleep- active mode protocol) : در این بخش، کارایی پروتکل وضعیت sleep-active ارزیابی شده است. منطقة هدف نظارت شده، یک منطقة مربعی 100 m * 100 m است. ایستگاه اصلی در مختصات (0 و 0) قرار یافته است. نتایج برای هر متغیر بیش از 10 تکرار برای یک مقدار مشخص برای متغیر میانگین گرفته شده است. هر نمونه از شبکه، متصل شده است و در ابتدا full coverage را فراهم می کند. سایز گره های بافر رویداد در 5 است، در صورتیکه، حداکثر اندازة پنجره ها برای مدت خواب گره ها به 8 تنظیم شده است. این مقادیر برای تعداد گره ها، محدوده و حوزة ارسال و تعداد رویدادهای الحاق شده در هر ثانیه به ترتیب، 200 و m20 و 10 هستند. مقادیر زمان برحسب شکاف زمان T نمایش داده شده اند. در هر slot ، 10 رویداد در مکان های تصادفی داخل شده اند. وضوح شبکه برای قرار دادن گره ها و رویدادها m1 است. شکل های زیر اثر افزایش sensing range گره ها را روی مصرف انرژی شبکه و تعداد رویدادهای کشف نشده به علت نقاط تاریک و ناپیدا توضیح می دهند که ممکن است بدلیل پروتکل sleeping با نمونه های 1 بایتی اتفاق بیفتند. همچنانکه می توان از شکل 5 مشاهده کرد، افزایش sensing vange گره ها، گره ها را قادر به ذخیره سازی بیشتر انرژی با تسلیم شدن طولانی خواب می کند. بطور مشابه، شکل 6 نشان می دهد که افزایش sensing range میدان دید شبکه را با تسلیم شدن کمتر بر حسب درصد از رویدادها بالا می برد تا وقتیکه پروتکل sleep استفاده شده است ناشناخته باشند. بازده انرژی نشان داده شده در شکل 5 یک کران پائین روی ذخیره سازی واقعی پروتکل است. از آنجائیکه فقط، انتقالات مابین cluster- head ها و گره های سنسور مطرح شده اند گره های باقیمانده نیز به علت sensing range افزایش یافته شان منطقة دید بیشتری دارند که درصد رویدادهای کشف نشده را کاهش می دهد.

2-4- بازده انرژی نمونه مبنی بر تراکم داده ها:

(Energy efficiency of pattern based data aggregation) :

ESPDA براساس کدهای نمونه پایه ریزی شده است که در الگوریتم های تراکم داده های قراردادی استفاده نشده اند. در چنین استنباط هایی ابتدا تاخیر سیستم تخمین زده شده و محاسبه شده است.

· R سرعت انتقال را در سنسورهایی که می توانند داده ارسال کنند بر حسب bps (بیت بر ثانیه) مشخص می کند.

· N کل تعداد گره های سنسور را مشخص می کند و M آن دسته است که دادة مجزا و مشخصی دارند.

· Di تعداد بیتهای ارسال شده در هر جلسه (session) را با گره سنسور i ، مشخص می کند.

· Pi تعداد بیتهای کد نمونة ارسال شده در هر جلسه (sessio) را با گره سنسور i مشخص می کند.

برتراکم,دادهها,شبکههای,...
نویسنده : بازدید : 1 تاريخ : دوشنبه 6 آذر 1396 ساعت: 1:00