منصة الرسائل والاطاريح: تحسين نقل البيانات بالاعتماد على خوارزمية p-median في شبكة الاستشعار اللاسلكية

الخلاصة

أصبحت شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) تقنية أساسية لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك مراقبة البيئة، والزراعة الدقيقة، والرعاية الصحية، والمراقبة العسكرية، ومشاريع المدن الذكية. تتكون هذه الشبكات من أجهزة استشعار مستقلة موزعة مكانيًا تتعقب الظروف المادية أو البيئية مثل درجة الحرارة والصوت والضغط. تعمل هذه المستشعرات معًا لنقل بياناتها عبر الشبكة إلى موقع مركزي أو بالوعة. ومع ذلك، فإن الموارد المحدودة المتأصلة في هذه الشبكات، مثل الطاقة المقيدة والقدرة الحسابية، تشكل تحديات كبيرة. إن معالجة هذه المشكلات أمر حيوي لضمان طول عمر وكفاءة شبكات الاستشعار اللاسلكية. تواجه شبكات الاستشعار اللاسلكية مجموعة من التحديات بسبب مواردها المحدودة، مثل الطاقة الحسابية المحدودة والذاكرة والطاقة. إحدى المشاكل الرئيسية هي التوزيع غير المتساوي للطاقة والحمل عبر الشبكة، مما قد يتسبب في فشل بعض العقد قبل الأوان وخلق فجوات في الشبكة. يحدث هذا الخلل عادةً لأن بعض العقد تنتهي بمعالجة ونقل بيانات أكثر من غيرها. تركز هذه الأطروحة على تعزيز كفاءة نقل البيانات واستهلاك الطاقة في شبكات الاستشعار اللاسلكية من خلال الأساليب القائمة على المجموعات. أصبحت المجموعات استراتيجية قيمة للتغلب على هذه المشكلات. من خلال تجميع العقد في مجموعات، يساعد هذا النهج في توزيع الحمل بين العقد، مما قد يؤدي إلى عمر تشغيلي أطول للشبكة، وتحسين نقل البيانات داخل الشبكة، وتحسين قابلية التوسع. ومع ذلك، فإن التجميع ليس بدون تعقيدات. تقترح الأطروحة نهجًا رياضيًا متكاملًا باستخدام خوارزمية p-median، والتي تستخدم أساليب اتخاذ القرار الرياضية لاختيار رؤوس المجموعة المثلى. يأخذ هذا الاختيار في الاعتبار عوامل مثل المسافة إلى المحطة الأساسية ومستويات الطاقة المتبقية. تكشف المحاكاة أن الأساليب القائمة على المجموعات تعالج بفعالية عدم كفاءة استخدام الطاقة، وتوازن الحمل عبر الشبكة، وتسريع توصيل البيانات. باستخدام محاكاة NetLogo، نقوم بتحليل كمي لكيفية تأثير حجم المجموعة ونطاق الاتصال وكثافة الشبكة على استهلاك الطاقة وكفاءة توصيل البيانات. علاوة على ذلك، يسهل نهجنا توصيل البيانات بدقة وفي الوقت المناسب، مما يضمن دقة عالية للبيانات ويقلل من تأخيرات الإرسال. إن التجميع الاستراتيجي لعقد الاستشعار في مجموعات يعزز بشكل كبير من كفاءة نقل البيانات ويطيل عمر الشبكة التشغيلي. بشكل عام، تؤكد نتائج الدراسة على أهمية تحسين استراتيجيات نقل البيانات في شبكات الاستشعار اللاسلكية لتعزيز موثوقيتها. تقدم هذه النتائج رؤى قيمة لنشر شبكات الاستشعار اللاسلكية في تطبيقات مختلفة.