منصة الرسائل والاطاريح: جمع البيانات في شبكات WSNS مع استهلاك منخفض للطاقة من خلال السنك المتنقل

الخلاصة

تلعب شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) دورًا كبيرًا في العديد من المجالات مثل مراقبة البيئة، والإدارة الصحية، والقوات المسلحة. حيث تستخدم مجموعة من العقد الاستشعارية لجمع البيانات ونقل المعلومات المطلوبة إلى المحطة الأساسية (BS). ومع ذلك، فإن إحدى المشاكل المعروفة في شبكات الاستشعار اللاسلكية هي مشكلة استهلاك الطاقة، خاصة بالنسبة للعقد الأقرب إلى المحطة الأساسية. حيث تستهلك هذه العقد الطاقة بشكل أكثر تكرارًا بسبب الحمل الكبير من عمليات التواصل الذي تتحمله، مما يؤدي إلى ما يعرف باسم "النقطة الساخنة" أو "الثغرة" أو "فجوة الطاقة". هذه المشكلات تعرض للخطر عملية إبقاء المحطة الأساسية معزولة عن بقية الشبكة، مما يؤثر بشكل كبير على طول عمر الشبكة وكفاءتها. السنك المتنقل هو طريقة تُستخدم لجمع البيانات في شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) لتقليل الاتصالات بين عقد الاستشعار، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة في النظام. لحل هذه المشاكل، تم تطوير نظام الحد الأدنى من استهلاك الطاقة باستخدام جهاز السنك المتنقل (MECMS). تم تصميم MECMS لتقليل استهلاك الطاقة وإطالة عمر الشبكة من خلال عملية تتكون من ثلاث مراحل وهي: التجميع، وتحديد مسار جهاز السنك المتنقل، ونقل البيانات. في مرحلة التجميع، يستخدم النظام تقنية التجميع باستخدام k-means لتجميع العقد الاستشعارية. يتم استخدام منهجية عملية التحليل الهرمي (AHP) وتقنية ترتيب الأفضلية بواسطة التشابه مع الحل المثالي (TOPSIS) لتصنيف واختيار رؤوس التجمعات (CHs) بأفضل طريقة ممكنة. يتم استخدام نموذج صنع القرار متعدد السمات (MADM) لاختيار الخيار الأفضل بناءً على مجموعة من السمات العددية للقرار ذات الأوزان المختلفة. يتم تنفيذ عملية التجميع مرة واحدة فقط في البداية، ولا تتكرر الجولة بعد الأخرى. بناءً على ذلك، يتم دائمًا اختيار رأس التجمع بناءً على حد عتبة معين مسبقاً يتعامل مع مستويات الطاقة. المرحلة الثانية تركز على تحديد أفضل مسار لحركة جهاز السنك المتنقل ويتم تحقيق ذلك بمساعدة خوارزمية "الغابة المعزولة (IFA) . علاوة على ذلك، هناك استخدام لتقنية "الاستيفاء بالقطاعات المنحنية" (Spline Interpolation) التي تحدد مسارًا سلسًا لجهاز السنك المتنقل لتمكينه من جمع البيانات بشكل فعال. المرحلة الأخيرة تتمثل في إرسال البيانات بين العقد الاستشعارية (SNs) ورؤوس التجمعات وجهاز السنك المتنقل لضمان أن جميع البيانات المجمعة تُنقل إلى المحطة الأساسية بأقل استهلاك ممكن للطاقة. لذلك، تم تحليل أداء نظام MECMS من خلال العديد من الجوانب مثل عمر الشبكة، وفترة الاستقرار، والطاقة المتبقية، واستهلاك الطاقة، وعدد الحزم المرسلة إلى المحطة الأساسية، وعدد العقد الحية. كما تم مقارنة النظام مع بروتوكولات أخرى موجودة مثل EEMSR وEAPC وBIIE وGA- SMT وGTA-BE من خلال أخذ عوامل مثل عمر الشبكة، ومتوسط استهلاك الطاقة، وحجم الرسائل المتبادلة، وزمن تأخير نقل البيانات في الاعتبار. وأظهرت هذه النتائج أن MECMS يتمتع بدقة أعلى من تلك البروتوكولات الحديثة المذكورة أعلاه. تمكن البروتوكول MECMS من الحفاظ على 78.57% من متوسط استهلاك الطاقة المتبقية، وتحسين عمر الشبكة بنسبة 79.4%، وتقليل 49.8% و88.5% من MO وDTL على التوالي، وذلك بفضل قدرتها على تقليل كل من مسافة الاتصال وكمية البيانات المرسلة. وهذا يمكّن الشبكة من الحفاظ على أكبر قدر ممكن من الطاقة التي تستخدمها. وبناءً على هذه النتائج، يمكن القول إن MECMS قادر بالفعل على تقليل استهلاك الطاقة ولديه القدرة على إطالة عمر الشبكة، مما يعني أن الحل المقترح يتمتع بإمكانية حل مشكلة كفاءة الطاقة في شبكات الاستشعار اللاسلكية.