ارائه یک روش خوشه¬بندی مبتنی بر انرژی- تراکم برای افزایش طول عمر شبکه¬های حسگر بی‌سیم

در این رساله پروتکل موثری برای خوشه¬بندی مبتنی بر تراکم و انتخاب سرخوشه¬ی بهینه جهت انتقال اطلاعات از گره¬های عادی به سرخوشه و سپس به ایستگاه پایه ارائه شده است. در واقع پروتکل پیشنهادی شامل چهار فاز می¬باشد که بسته به نوع شرایط، ممکن است هر چهار فاز جهت خوشه¬بندی موثر اجرا شوند و در برخی شرایط ممکن است برخی از این چهار فاز اجرا شوند. فازهای اجرایی در پروتکل پیشنهادی شامل الگوریتمهای BBCH، CAST-WSN، NEMOCED و HQCA-WSN هستند. در واقع الگوریتم BBCH، الگوریتم پایه¬ای برای پروتکل پیشنهادی محسوب می¬شود و در همه سناریوها جهت گریدبندی و یافتن مراکز ابتدایی جهت خوشه¬بندی اجرا می¬شود، ولی فرایند انتخاب سرخوشه¬ در آن اجرا نمی¬شود زیرا روند انتخاب سرخوشه در این روش توسط یک رویکرد تصادفی و مبتنی بر GA صورت می¬گیرد که از دقت کافی برخوردار نیست. در دومین گام از اجرای پروتکل پیشنهادی، اجرای الگوریتم CAST-WSN می¬باشد که با توجه به مراکز تعیین شده در BBCH و با استفاده از ساختار درختی اشتاینر، خوشه¬بندی را انجام می¬دهد. در الگوریتم CAST-WSN معیاری جهت ارزیابی کیفیت خوشه¬ها ارائه شده است که اگر این معیار کیفیت خوشه¬بندی را تایید کند، پروتکل وارد اجرای فاز سه نخواهد شد و بلافاصله توسط الگوریتم HQCA-WSN که یک رویکرد فازی است، سرخوشه¬ها انتخاب و پروتکل وارد فاز انتقال اطلاعات خواهد شد؛ درغیراینصورت، فاز سه یعنی الگوریتم NEMOCED اجرا خواهد شد. در الگوریتم NEMOCED چندین معیار جهت سنجش کیفیت خوشه ارائه کرده¬ایم که این معیارها با کمک معیار ارائه شده در الگوریتم CAST-WSN صحت خوشه¬بندی و کیفیت خوشه¬ها را ارزیابی کرده و در صورت تایید، سرخوشه¬ها توسط یک ساختار درختی جدید و دقیق توسط این الگوریتم مشخص می¬شوند. سپس پروتکل وارد فاز انتقال اطلاعات می¬شود و فاز چهار اجرا نخواهد شد. درصورتیکه کیفیت خوشه توسط معیارهای ارائه شده در فاز سه تایید نشود، پروتکل وارد فاز چهار یعنی الگوریتم HQCA-WSN می¬شود و خوشه¬بندی و انتخاب سرخوشه¬ها توسط این الگوریتم انجام خواهد شد. در واقع بدترین حالت پروتکل پیشنهادی حالتی است که هر چهار فاز اجرا شوند. با این حال، اجرای چهار فاز با توجه به رویکردهای قبلی، پیچیدگی محاسباتی نسبتا خوبی دارد. همچنین ما مدل بهبودیافته¬ای از انرژی پیشنهاد کرده¬ایم که با کمک آن می¬توانیم تعداد خوشه¬های بهینه در ابتدای کار را مشخص کنیم. نتایج شبیه¬سازی نشان میدهند که پروتکل پیشنهادی توانسته است در مقایسه با روشهای قبلی بهبودی قابل¬توجهی در طول عمر شبکه داشته باشد و بطور موثری در نواحی پرتراکم شبکه، خوشه¬بندی را انجام دهد و سرخوشه¬های بهینه را انتخاب کند.