Kablosuz algılayıcı ağlarda minimum hareketli dinamik baz istasyonu konumlandırması

Abstract

Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA) küçük, düşük maliyetli, kablosuz iletişimi kullanan çok sayıda algılayıcıdan oluşan ve birçok çevreye uyarlanabilen ağlardır. Yüksek kalitede algılama ve hatasız çalışma için algılayıcı noktalar arasında önemli ölçüde dayanışma ve işbirliğinin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle KAA'larda enerji verimliliği önem arz etmektedir. Düğümlerin nasıl ve ne şekilde haberleşeceklerinin yanı sıra baz istasyonu konumlandırması da ağın enerji verimli olmasında, ağ yaşam süresi ve bunlara bağlı olarak baz istasyonuna ulaşacak paket sayısında önemli bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada enerjiyi efektif kullanabilmek için düğümlerin konum bilgilerinin yanı sıra kalan enerjilerinin de hesaba katıldığı minimum hareketli yeni bir dinamik baz istasyonu konumlandırma algoritması önerilmiş ve bu algoritmanın başarımı hem K-means ve K-medoid gibi kümeleme algoritmaları üzerinde hem de HEED hiyerarşik protokolü üzerinde düğüm dağılımı ve sayısı gibi çeşitli KAA parametreleri kullanılarak ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Çalışmanın simülasyonu farklı düğüm sayılarında ve farklı düğüm dağılımlarında OMNeT++ simülasyon programı ile yapılmıştır. Tüm sonuçlar incelendiğinde dinamik baz istasyonu kullanımı sayesinde sabit baz istasyonu kullanımına göre ağ ömründe, HEED protokolünde ortalama %133.34, K-means algoritmasında ortalama %116.36, K-medoid algoritmasında ise ortalama %114.23 oranında iyileştirme sağlandığı gözlemlenmiştir. Baz istasyonuna ulaşan toplam paket sayılarında ise sabit baz istasyonu konumlandırmasına kıyasla HEED protokolünde ortalama %251.72, K-means algoritmasında ortalama %225.49 ve K-medoid algoritmasında ise ortalama %220.87 oranında iyileştirme sağlandığı gözlemlenmiştir.

Wireless sensor networks (WSN) consist of many small and low-cost sensors that use wireless communication, and these networks can be adapted to a number of environments. For effective sensing and flawless operation, significant cooperation and interdependence between sensor points are essential, which is why energy efficiency is important in WSNs. The positioning of base stations and the way of communication between nodes both have a considerable impact on energy efficiency and life cycle of the network and, consequently, on the number of packages that will reach the base station. In order to use energy effectively, this study proposes a new dynamic base station positioning algorithm with minimum motion that incorporates the location as well as the remaining energy of the nodes, and the performance of this algorithm has been investigated in detail on clustering algorithms such as K-means and K-medoid as well as the HEED hierarchical protocol with the use of various WSN parameters. The study has been simulated on OMNeT++ simulation program in varying numbers of nodes and different node distributions. An analysis of all the results reveals that, compared to fixed base stations, the use of dynamic base stations, on average, provides 133.34% improvement in the HEED protocol, 116.36% improvement in the K-means algorithm, and 114.23% improvement in the K-medoid algorithm. Compared to the positioning of fixed base stations, the total number of packages reaching the base station has been found to improve, on average, 251.72% in the HEED protocol, 225.49% in the K-means algorithm, and 220.87% in the K-medoid algorithm.