Particle swarm optimization (PSO)-based effective clustering in wireless sensor networks is proposed. In the existing optimized energy efficient routing protocol (OEERP), during cluster formation some of the nodes are left out without being a member of any of the cluster which results in residual node formation. Such residual or individual nodes forward the sensed data either directly to the base station or by finding the next best hop by sending many control messages hence reduces the network lifetime. The proposed enhanced-OEERP (E-OEERP) reduces/eliminates such individual node formation and improves the overall network lifetime when compared with the existing protocols. It can be achieved by applying the concepts of PSO and gravitational search algorithm (GSA) for cluster formation and routing, respectively. For each cluster head (CH), a supportive node called cluster assistant node is elected to reduce the overhead of the CH. With the help of PSO, clustering is performed until all the nodes become a member of any of the cluster. This eliminates the individual node formation which results in comparatively better network lifetime. With the concept of GSA, the term force between the CHs is considered for finding the next best hop during route construction phase. The performance of the proposed work in terms of energy consumption, throughput, packet delivery ratio, and network lifetime are evaluated and compared with the existing OEERP, low energy adaptive clustering hierarchy, data routing for in-network aggregation, base-station controlled dynamic clustering protocols. This paper is simulated using NS-2 simulator. The results prove that, the proposed E-OEERP shows better performance in terms of lifetime

چکیده

خوشه بندی کارآمد بر اساس بهینه سازی انبوه ذرات در شبکه حسگر بیسیم در این مقاله پیشنهاد شده است. در OEERP متداول، در حین آرایش خوشه ها، برخی از نودها بدون آنکه عضو هیچ دسته ای باشند، کنار گذاشته می شوند که باعث تشکیل نودهای رسوبی خواهد شد. چنین نودهای رسوبی و منفرد، داده های تشخیص داده شده خود را یا به صورت مستقیم و یا با یافتن بهترین هاپ بعدی از طریق ارسال پیام های کنترلی متعدد، به پایگاه داده ارسال می کنند که این کار باعث کاهش عمر شبکه خواهد شد. E-OEERP پیشنهادی، تشکیل نودهای منفرد را کاهش داده و یا از بین می برد و عمر مفید شبکه را در مقایسه با پروتکل های موجود، بهبود می بخشد. این مسئله با اعمال روش های بهینه سازی انبوه ذرات (PSO) و الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) به ترتیب برای تشکیل و تعیین مسیر خوشه، به دست خواهد آمد. برای هر سرخوشه، یک نود پشتیبان که یاور خوشه (CA) نامیده می شود، به منظور کاهش مقدار سرخوشه انتخاب می شود. با کمک PSO، خوشه بندی طوری انجام می شود که تمام نودها عضوی از هر خوشه باشند. این مسئله باعث از بین رفتن نودهای منفرد خواهد شد که در نتیجه عمر نسبی شبکه را بهتر خواهد کرد. با استفاده از GSA، نیروی بین سرخوشه ها برای یافتن بهترین هاپ بعدی در طول پروسه مسیریابی، در نظر گرفته می شود. اعمال روش پیشنهادی از نظر مصرف انرژی، توان عملیاتی، سرعت تحویل بسته و عمر شبکه مورد ارزیابی قرار گرفته و با پروتکل های متداول OEERP، LEACH، DRINA، BCDCP مقایسه شده است. روش مذکور با استفاده از شبیه ساز NS-2 شبیه سازی شده است. نتایج، اثبات می کند که روش E-OEERP پیشنهادی عملکرد بهتری از نظر عمر شبکه نشان می دهد.

1-مقدمه

در سال های اخیر، شبکه حسگر بیسیم (WSN) بخش اعظمی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است که دلیل آن کاربردهای فراوانش در بسیاری از زمینه هاست. این زمینه ها شامل رصد محیط، رصد سلامت جسمانی، ردیابی نظامی، ردیابی و رصد حیوانات می شود. WSN به مجموعه ای از حسگرهای منفرد و پراکنده گفته می شود که به منظور رصد و ثبت شرایط فیزیکی یک محیط و سازماندهی اطلاعات دریافتی در یک مرکز جمع آوری اطلاعات، از طریق لینک های بیسیم، استفاده می شود. شرایط فیزیکی شامل فشار، دما، رطوبت زمین و غیره است. هر گره حسگر در شبکه حسگر بیسیم با یک فرستنده و گیرنده رادیویی، یک میکروکنترلر و یک مدار الکتریکی واسط و همچنین منبع انرژی که معمولاً باتری است، مجهز شده است...