یک روش خوشه بندی توزیع شده مبتنی بر منطق فازی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و انتقال داده در شبکه‌های حسگر بی‌سیم

بنا به اهمیت بالای بهینه‌سازی مصرف انرژی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، الگوریتم‌های خوشه‌بندی و سپس مسیریابی خوشه‌ای به‌طور گسترده‌ای در این شبکه‌ها طراحی و استفاده می‌شوند. به منظور جمع‌آوری اطلاعات در ایستگاه پایه، هر گره حسگر، داده‌ها را به سر خوشه‌ای که به آن تعلق دارد با ارتباط یک یا چندگامی، انتقال می‌دهد. ارتباط چندگامی در خوشه، مساله عدم تعادل بار و در نتیجه، مصرف انرژی زیاد گره‌های میانی را که نزدیک به سرخوشه می‌باشند، دربردارد. انرژی این گره‌ها سریع‌تر از گره‌های دورتر مصرف می‌شود و در نتیجه، این موضوع، موجب مرگ زودهنگام این گره‌ها و نیز کاهش طول عمر شبکه می‌گردد .در این مقاله، الگوریتمی توزیع‌شده برای خوشه‌بندی با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی پیشنهاد می‌شود. در انتخاب سرخوشه‌ها در روش پیشنهادی که deefca نامیده می‌شود، انرژی و درجه گره‌ مورد بررسی و انرژی باقی‌مانده گره‌های همسایه آن گره، فاصله بین سرخوشه‌های انتخابی، مدت زمان ارسال بسته و تعداد گام‌ها از گره مورد بررسی تا ایستگاه پایه و پراکندگی، به‌عنوان پارامترهای ورودی در نظر گرفته می‌شوند. در این الگوریتم، هر گره احتمال سرخوشه شدن خود را با استفاده از سیستم استنتاج فازی به شیوه‌ای توزیع‌شده محاسبه می‌کند. نتایج حاصل و ارزیابی‌ها نشان می‌دهند که deefca در مقایسه با روش‌های مشابهeedcf ،dflc و eadeeg طول عمر شبکه (با در نظر گرفتن زمان مردن نیمی از گره‌ها) را به‌ترتیب، به‌میزان %12.8، %21.5 و %25.8 بهبود می‌بخشد و نیز، مقدار انتقال داده در شبکه به میزان %19.7، %71 و %167 افزایش می‌یابد.

A ِDistributed Fuzzy-based Clustering Scheme to Optimize Energy Consumption and Data Transmission in Wireless Sensor Networks

Due to importance of energy conservation in wireless sensor networks, clustering algorithms and then clusterbased routing schemes are widely designed and utilized in this kind of network. To collect data in the base station, each sensor node sends the sensed data toward the cluster head via single or multi hops. Multihop data transmission in the clusters yields unbalanced load of the cluster members. The nodes around the cluster heads have to forward all the received packets from the cluster area; thus, the rate of energy consumption of cluster members is unbalanced. Accordingly, the lifetime of network is shortened by dying the high load nodes. In this paper, a distributed fuzzybased clustering scheme is proposed to optimize energy consumption and data transmission of wireless sensor networks. In the proposed scheme, the remaining energy and degree of the nodes, transfer time of packets, the hops to the base station, average distance to neighboring nodes and residual energy of the neighboring nodes are considered as the criteria for cluster head selection. Each node calculates its probability of becoming cluster head via a distributed fuzzy inference system. The evaluations show DEEFCA compared to EEDCF, DFLC and EADEEG schemes, enhances network lifetime respectively by 12.8%, 21.5% and 25.8%, also, the amount of data transferred by the network is increased by 19.7%, 71% and 167%.