Протокол системы связи через интернет на основе беспроводного датчика

Автор(и)

  • Ц. Чу Технологический и образовательный университет Тяньцзиня, Китай https://orcid.org/0000-0002-8281-4758
  • В. Хан Технологический и образовательный университет Тяньцзиня, Китай

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019080065

Ключові слова:

беспроводный датчик, коммуникационный протокол, протокол связи, энергосберегающая адаптивная иерархия кластеризации, узел, энергосбережение, LEACH

Анотація

Коммуникационный протокол связи — это важный элемент в беспроводной сенсорной сети WSN (wireless sensor network). Представленное исследование имеет целью создать энергосберегающий и эффективный протокол связи на основе протокола энергосберегающей адаптивной иерархии кластеризации LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Вначале дано описание протокола LEACH, и указаны его недостатки. Затем, на основе этого протокола дано определение граничных узлов для поддержания баланса количества узлов с тем, чтобы уменьшить энергопотребление и увеличить срок службы сети. Сравнение экспериментальных данных позволяет установить, что улучшенный энергосберегающий протокол LEACH имел только один «мертвый» (неработоспособный) узел после работы сети в течение 9000 с. Таким образом, срок службы сети увеличился по сравнению со случаем использования обычного протокола LEACH и достиг 15000 с. Нагрузка узла уменьшается, а объем данных, посланных узлом, достигает 45000. Расход энергии в процессе эксплуатации сети меньше, чем в случае протокола LEACH, что подтверждает надежность улучшенного протокола, предлагаемого в данной работе. Улучшенный протокол связи LEACH обеспечивает определенную теоретическую поддержку для энергосберегающей и эффективной передачи данных в WSN, что может быть полезным для дальнейшего развития и применения сетей WSN.

Посилання

Sivakumar, P.; Radhika, M. “Performance analysis of LEACH-GA over LEACH and LEACH-C in WSN,” Procedia Computer Science, Vol. 125, p. 248, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2017.12.034.

Butun, I.; Morgera, S. D.; Sankar, R. “A survey of intrusion detection systems in wireless sensor networks,” IEEE Commun. Surveys Tutorials, Vol. 16, No. 1, p. 266, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/surv.2013.050113.00191.

Tan, Jiawei; Liu, Wei; Wang, Tian; Xiong, Neal N.; Song, Houbing; Liu, Anfeng; Zeng, Zhiwen. “An adaptive collection scheme-based matrix completion for data gathering in energy-harvesting wireless sensor networks,” IEEE Access, Vol. 7, p. 6703, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2890862.

Alizadeh, M. G.; Javadi, M.; Hosseinalipour, A. “Reliable communication protocol for wireless sensor networks by using clustering and cellular learning automata,” Int. J. Computer Applications, Vol. 89, No. 6, p. 32, 2014. DOI: https://doi.org/10.5120/15508-4281.

Dong, C.; Yu, F. “An efficient network reprogramming protocol for wireless sensor networks,” Computer Commun., Vol. 55, p. 41, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.comcom.2014.08.017.

Yessad, S.; Bouallouche-Medjkoune, L.; Aïssani, D. “A cross-layer routing protocol for balancing energy consumption in wireless sensor networks,” Wireless Pers. Commun., Vol. 81, No. 3, p. 1303, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-014-2185-1.

Mini, S.; Udgata, S. K.; Samrat, S. L. “Sensor deployment and scheduling for target coverage problem in wireless sensor networks,” IEEE Sensors J., Vol. 14, No. 3, p. 636, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/jsen.2013.2286332.

Ngo-Quynh, T.; Tran-Quang, V.; Nguyen-Trung, Q. “A low-latency communication protocol for target tracking in wireless sensor networks,” EURASIP J. Wireless Commun. Networking, Vol. 2016, No. 1, p. 33, 2016. DOI: https://doi.org/10.1186/s13638-016-0517-4.

Han, G.; Jiang. J.; Shu, L.; Niu, Jianwei; Chao, Han-Chieh. “Management and applications of trust in Wireless Sensor Networks: A survey,” J. Computer System Sciences, Vol. 80, No. 3, p. 602, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcss.2013.06.014.

Лю, Фэн; Ли, Хуйлинь; Ян, Чжун. “Метод оценивания последовательно отсутствующих данных сенсоров с использованием глубокой нейронной сети,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 6, С. 336-348, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018060043.

Liu, X.-Y.; Zhu, Y.; Kong, L.; Liu, Cong; Gu, Yu; Vasilakos, Athanasios V.; Wu, Min-You. “CDC: compressive data collection for wireless sensor networks,” IEEE Trans. Parallel Distributed Systems, Vol. 26, No. 8, p. 2188, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/tpds.2014.2345257.

Rault, T.; Bouabdallah, A.; Challal, Y. “Energy efficiency in wireless sensor networks: a top-down survey,” Computer Networks, Vol. 67, No. 8, p. 104, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2014.03.027.

Singh, S. K.; Kumar, P.; Singh, J. P. “A survey on successors of LEACH protocol,” IEEE Access, Vol. 5, p. 4298, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/access.2017.2666082.

Arumugam, G. S.; Ponnuchamy, T. “EE-LEACH: development of energy-efficient LEACH protocol for data gathering in WSN,” EURASIP J. Wireless Commun. Networking, Vol. 2015, No. 1, p. 76, 2015. DOI: https://doi.org/10.1186/s13638-015-0306-5.

Cui, Z.; Cao, Y.; Cai, X.; Cai, Jianghui; Chen, Jinjun. “Optimal LEACH protocol with modified bat algorithm for big data sensing systems in Internet of Things,” J. Parallel Distributed Computing, Vol. 132, p. 217, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2017.12.014.

Rawat, P.; Singh, K. D.; Chaouchi, H.; Bonnin, Jean Marie. “Wireless sensor networks: a survey on recent developments and potential synergies,” J. Supercomputing, Vol. 68, No. 1, p. 1, 2014. DOI: https://doi.org/10.1007/s11227-013-1021-9.

Sundararajan, R. K.; Arumugam, U. “Event detection and information passing using LEACH protocol in wireless sensor networks,” Wireless Pers. Commun., Vol. 101, No. 3, p. 1703, 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-018-5785-3.

Чен, Цзинлян; Яцкив, В. В.; Саченко, А. А.; Су, Цзюнь. “Беспроводные сенсорные сети на основе модульной арифметики,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 5, С. 274-286, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S002134701705003X.

Товкач, И. О.; Жук, С. Я. “Адаптивная фильтрация параметров движения источника радиоизлучения при комплексном использовании данных сенсорной сети, полученных на основе методов TDOA и RSS,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 12, С. 685-695, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017120020.

Arya, R.; Sharma, S. C. “Energy optimization of energy aware routing protocol and bandwidth assessment for wireless sensor network,” Int. J. System Assurance Engineering Management, Vol. 9, No. 3, p. 612, 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/s13198-014-0289-3.

Ислам, М. Р.; Хоссайн, М. М.; Хок, М. А.; Ислам, К. Х.; Уллах, М. Ш. “Кодирование с проверкой четности малой плотности для беспроводной сенсорной сети в кооперативных MIMO системах связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 54, № 7, С. 15-24, 2011. DOI: https://doi.org/10.20535/S002134701107003X.

Neamatollahi, P.; Naghibzadeh, M.; Abrishami, S.; Yaghmae, Mohammad-Hossein. “Distributed clustering-task scheduling for wireless sensor networks using dynamic hyper round policy,” IEEE Trans. Mobile Computing, Vol. 17, No. 2, p. 334, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/tmc.2017.2710050.

Salim, Ahmed; Osamy, Walid; Khedr, Ahmed M. “IBLEACH: intra-balanced LEACH protocol for wireless sensor networks,” Wireless Networks, Vol. 20, No. 6, p. 1515, 2014. DOI: https://doi.org/10.1007/s11276-014-0691-4.

Liu, L. F.; Guo, P.; Zhao, J.; Li, N. “An improved LEACH protocol in wireless sensor networks,” Appl. Mech. Materials, Vol. 743, p. 748, 2015. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.743.748.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-30

Як цитувати

Чу, Ц., & Хан, В. (2019). Протокол системы связи через интернет на основе беспроводного датчика. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(8), 503–512. https://doi.org/10.20535/S0021347019080065

Номер

Том 62 № 8 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.