خوشه‌بندی آگاه از انرژی با قابلیت تحمل‌پذیری خطا در مسیریابی سلسله‌مراتبی شبکه‌های حسگر بی‌سیم مبتنی بر منطق فازی

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (wsn) به دلیل کاربردهای گسترده در نظارت محیطی، نظامی، بهداشت و مدیریت وقایع، همچنان یک حوزه تحقیقاتی فعال به شمار می‌روند. یکی از چالش‌های اصلی در این شبکه‌ها، افزایش طول عمر برای عملیات طولانی‌مدت از طریق مدیریت بهینه مصرف انرژی گره‌های حسگر است، چرا که این گره‌ها تنها به باتری‌های داخلی متکی هستند. خوشه‌بندی، به‌عنوان یکی از روش‌های موثر برای سازماندهی توپولوژی سلسله‌مراتبی و متعادل‌سازی بار، به بهبود طول عمر شبکه کمک می‌کند. با این حال، بهینه‌سازی خوشه‌بندی یک مسئله np-hard است که نیازمند الگوریتم‌های هوشمند است. این مقاله یک تکنیک جدید خوشه‌بندی سلسله‌مراتبی مبتنی بر منطق فازی با قابلیت تحمل‌پذیری خطا برای wsn ارائه می‌دهد. الگوریتم پیشنهادی به‌طور هم‌زمان انتخاب بهینه سرخوشه‌ها (chs) و مسیرهای مناسب به مقصد را با در نظر گرفتن مکانیزم تحمل خطا انجام می‌دهد. در این روش، با استفاده از منطق فازی و دو پارامتر کلیدی، یعنی فاصله تا سینک و انرژی باقیمانده باتری، احتمال ch شدن گره‌ها محاسبه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که روش پیشنهادی در مقایسه با پروتکل dcrrp از نظر مصرف انرژی، تاخیر انتها به انتها، و نرخ گذردهی در شرایط مختلف، اعم از توپولوژی‌های خطادار و بدون خطا، عملکرد بهتری دارد.نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که روش پیشنهادی در مقایسه با پروتکل dcrrp، عملکرد بهتری از نظر مصرف انرژی، تاخیر انتها به انتها، و نرخ گذردهی در شرایط مختلف، اعم از توپولوژی‌های خطادار و بدون خطا، دارد.

energy-aware clustering with fault tolerance in hierarchical routing of wireless sensor networks based on fuzzy logic

wireless sensor networks (wsns) remain an active research area due to their extensive applications in environmental monitoring, military operations, healthcare, and event management. one of the primary challenges in these networks is extending their lifespan for long-term operations by optimizing energy consumption, as sensor nodes rely solely on internal batteries. clustering, as an effective method for organizing a hierarchical topology and balancing the load, plays a key role in improving network longevity. however, optimizing clustering is an np-hard problem, requiring intelligent algorithms. this paper presents a novel fault-tolerant hierarchical clustering technique based on fuzzy logic for wsns. the proposed algorithm simultaneously optimizes cluster head (ch) selection and the routing of data to the destination, incorporating fault-tolerance mechanisms. by leveraging fuzzy logic and two critical parameters—distance to the sink and residual battery energy—the probability of nodes becoming chs is calculated. simulation results demonstrate that the proposed method outperforms the dcrrp protocol in terms of energy consumption, end-to-end delay, and throughput under various conditions, including both fault-free and faulty topologies.