الفهرس 
Abstract
Wireless Sensor NetworksOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 238 |  |  |
| | | from | 238 | | |
Abstract
تعتبر شبكات الاستشعار اللاسلكية من التقنيات المتكاملة التي تعمل علي دمج تكنولوجيا الاستشعار، والأنظمة الكهروميكانيكية المتناهية الصغر وتكنولوجيا الشبكات اللاسلكية المتكاملة. تستخدم شبكات الاستشعار اللاسلكية على نطاق واسع في العديد من التطبيقات للحصول على المعلومات ومعالجتها مثل التطبيقات الحربية، والتطبيقات البيئية، والتطبيقات الطبية. تتكون شبكة الاستشعار اللاسلكية من عدد كبير من عقد الاستشعار التي لها امكانيات محدودة في المعالجة والتخزين والاتصال. تستهلك معظم طاقة عقدة الاستشعار في الاتصال ، الاستشعار، البيانات المتكررة ، ومعالجة البيانات مما يحد من عمر الشبكة. لذلك يعتبر توفير الطاقة والمحافظة علي الاتصال بين عقد الاستشعار من أهم التحديات التي تؤدي الي اطالة عمر الشبكة. الحل لهذه المشكلة هو التغطية الجيدة و تحديد مسارات نقل البيانات. تعتمد التغطية الجيدة على العديد من العوامل، مثل هيكل الشبكة و نموذج الاستشعار، والأكثر أهمية هو استراتيجية نشر عقد الاستشعار. النشر المثالي لعقد الاستشعار يجب ان يغطي حقل الاستشعار و يضمن الاتصال بين عقد الاستشعار في الشبكة، ويطيل عمر الشبكة. لذلك يجب أن تعمل آلية تحديد مسارات نقل البيانات بطريقة فعالة لنقل البيانات باقل استهلاك للطاقة حتي يطيل عمر الشبكة.
تتناول هذه الرسالة كلا من كيفية نشر عقد الاستشعار وكيفية تحديد مسارات نقل البيانات بغرض توفير الطاقة مع ضمان الحفاظ علي الاتصال بين عقد الاستشعار. تحقيق أهداف النشر المثالي لعقد الاستشعار هو مشكلة غير حتمية ومتعددة الحلول (NP-hard problem). لذلك تقترح هذه الرسالة خوارزمين مركزيين لنشر عقد الاستشعار بطريقة فعالة وموفرة للطاقة اعتمادا على واحد من خوارزميات التحسين الحديثة ،ويدعي الخوارزمي المناعي المتعدد الاهداف (MOIA)، لتحقيق أفضل مفاضلة بين تغطية الشبكة والطاقة المفقودة في عملية نشر العقد. الخوارزمي الاول المقترح يسمي الخوارزمي المناعي لنشر العقد (INDA). يعمل خوارزمي INDA علي اعادة نشر عقد الاستشعار الموزعة عشوائيا اعتمادا علي تغطية حقل الاستشعار وتوفير الطاقة المتبددة في عملية اعادة النشر مع الاخذ في الاعتبار تاثير كلا من العوائق الموجودة في حقل الاستشعار وحدود حقل الاستشعار. بينما اطلق علي الخوارزمي الثاني لنشر عقد الاستشعار، الخوارزمي المناعي الفورونوي المركزي لنشر العقد (CIVA) الذي يعمل علي دمج الخوارزمي المناعي متعدد الاهدف مع مخطط فورونوي. ياخذ هذا الخوارزمي في الاعتبار الطاقة المفقودة في عملية اعادة نشر عقد الاستشعار، والاستشعار، والبيانات المتكررة بجانب تغطية حقل الاستشعارلايجاد العدد الامثل لعقد الاستشعار واماكنها على أساس التحكم في حركة ، ومدي الاستشعار، والارسال الخاص بكل عقدة.
علي الجانب الاخر، تعتبر عملية توجيه البيانات المستشعرة الي المحطة الرئيسية من الاساسيات الهامة لاطالة عمر شبكات الاستشعار اللاسلكية. أثبتت الابحاث العلمية أن اداء بروتوكولات التوجيه الهرمية أفضل بكثير من أنواع التوجيه الأخرى من حيث كفاءة استخدام الطاقة وقابلية التوسع. في هذه الرسالة تم اقتراح اثنين من بروتوكولات التوجيه الهرمي الأمثل اعتمادا علي الخوارزمي المناعي المتعدد الاهداف لتحسين عمرالشبكة. يطلق على البروتوكول الأول، بروتوكول التوجيه الهرمي المناعي (IOHRP)وهو يعمل علي تقسيم الشبكة إلى مجموعات مثالية وايجاد مواقع رؤساء المجموعات من العقد ذات الطاقة العالية لتحقيق التوازن في استهلاك الطاقة بين عقد الاستشعار. وعلاوة على ذلك، يعتبر بروتوكول IOHRP كلا من رؤساء المجموعات وتكلفة نقل البيانات اثناء عملية اختيار رؤساء المجموعات. بروتوكول التوجيه الثاني المقترح يسمي، بروتوكول التوجيه المناعي ذو الكفاءة العالية والبالوعة المتحركة (MSIEEP)، يهدف إلى تحسين اداء بروتوكول IOHRP وحل مشكلة ثقوب الطاقة باستخدام بالوعة متحركة. بروتوكول MSIEEP يستخدم الخوارزمي المناعي للتحكم في مواقع زيارة البالوعة المتحركة والعدد المثالي لرؤساء المجموعات ومواقعها بناءا على تقليل الطاقة المبددة في عملية نقل البيانات وبيانات التحكم. ولقد تم اقتراح ثلاثة أنماط لحركة البالوعة المتحركة في بروتوكول .MSIEEP
في نهاية الرسالة، تم تقديم أداة تعليمية تصويرية (Gbest-WSN) لمحاكاة عملية نشرعقد الاستشعار وتوجيه البيانات في شبكات الاستشعار اللاسلكية. تم بناء الأداة على أساس بيئة الماتلاب لمحاكاة شبكات الاستشعار اللاسلكية باستخدام الخوارزم المناعي أو الخوارزم الجيني. لذلك، يمكن أن تكون أداة Gbest-WSN مفيدة للطلاب والمعلمين والباحثين في عملهم. أثبتت نتائج المحاكاة أن الخوارزميات المقترحة لنشر العقد وتوجيه البيانات تتفوق علي نظرائها من حيث اطالة عمر الشبكة، وتوفير الطاقة والاتصال بين عقد الاستشعار في الشبكات المتجانسة والغير المتجانسة. وعلاوة على ذلك، أظهرت النتائج أن النشر الأمثل لعقد الاستشعار يحسن أداء بروتوكولات التوجيه مقارنة بالنشر العشوائي.
تم تنظيم هذه الرسالة كالآتي:
يقدم الفصل الاول مقدمة عن شبكات الاستشعار اللاسلكية وتكوينها وقيودها وتطبيقاتها. اخيرا هذا الفصل يلخص اهداف ومساهمات الرسالة.
ينقسم الفصل الثاني الي جزئين. في الجزء الاول تم مراجعة وتصنيف خوارزميات نشر العقد السابقة مع ذكر مميزات وعيوب كل خوارزم. بينما الجزء الثاني من هذا الفصل يلخص ويقارن بروتوكولات التوجيه الهرمية المصممة لشبكات الاستشعار اللاسلكية مع القاء الضوء علي مزايا وعيوب كل بروتوكول.
يقدم الفصل الثالث خوارزم جديد لنشر عقد الاستشعار بطريقة فعالة وموفرة للطاقة اعتمادا على الخوارزمي المناعي المتعدد الاهداف لتوفير أفضل مفاضلة بين تغطية الشبكة والطاقة المفقودة في عملية نشر العقد. الخوارزم المقترح يسمي الخوارزم المناعي لنشر العقد (INDA) . تم شرح عملية وتحليل خوارزم INDA بالتفصيل في هذا الفصل. في نهاية هذا الفصل، تم تقييم اداء الخوارزم في الحقول الخالية من العوائق والحقول التي تحتوي علي عوائق باجراء عدد من المحاكات باستخدام الماتلاب.
يقترح الفصل الرابع نسخة معدلة من خوارزم INDA اعتمادا علي دمج الخوارزم المناعي متعدد الاهدف مع مخطط فورونوي لتحسين عمر وتغطية الشبكة. الخوارزم المعدل يسمي الخوارزم المناعي الفورونوي المركزي لنشر العقد (CIVA).في هذا الفصل تم شرح عملية وتحليل خوارزم CIVA بالتفصيل. اخيرا، تم تقييم اداء خوارزم CIVA في الحقول الخالية من العوائق والحقول التي تحتوي علي عوائق بتنفيذ عدد من المحاكات باستخدام الماتلاب.
يقدم الفصل الخامس بروتوكول توجيه هرمي جديد اعتمادا علي الخوارزم المناعي متعدد الاهداف لتحسين عمر الشبكات المتجانسة والغير متجانسة. ويطلق على البروتوكول المقترح بروتوكول التوجيه الهرمي المناعي (IOHRP). كما تم تقييم اداءه علي الشبكات المتجانسة والغير متجانسة ذات النشر العشوائي والنشر المثالي باجراء العديد من عمليات المحاكاة باستخدام الماتلاب. في نهاية هذا الفصل تمت مقارنة برتوكول IOHRPمع غيرها من البروتوكولات المنشورة.
في الفصل السادس تم تحسين بروتوكول IOHRP وحل مشكلة ثقوب الطاقة باستخدام بالوعة متحركة. هذا البروتوكول الجديد يسمي بروتوكول التوجيه المناعي ذو الكفاءة العالية والبالوعة المتحركة (MSIEEP). تفاصيل البروتوكول الجديد وأنماط حركة البالوعة المتحركة تم شرحها بالتفصيل. في نهاية هذا الفصل، تم تقييم اداء بروتوكول MSIEEP علي الشبكات المتجانسة والغير متجانسة باجراء العديد من عمليات المحاكاة باستخدام الماتلاب مقارنة مع غيرها من البروتوكولات المنشورة.
يقدم الفصل السابع تصميم أداة تعليمية تصويرية (Gbest-WSN) لمحاكاة عملية نشرعقد الاستشعار وتوجيه البيانات في شبكات الاستشعار اللاسلكية باستخدام الخوارزم المناعي أو الخوارزم الجيني. تم وصف وظائف اداءة المحاكاة Gbest-WSN ومخطط سير عملها بالتفصيل. كما تم اختبار الاداءة المقترحة بمحاكاة عدد من الشبكات المختلفة في نهاية هذا الفصل. وأخيرا ، الفصل الثامن يلخص الاستنتاجات الرئيسية والاتجاهات المستقبلية في مجال توفير الطاقة في شبكات الاستشعار اللاسلكية.