ارزیابی کارایی الگوریتم های مسیریابی مبتنی بر خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم

الگوریتم های مسیریابی مبتنی بر خوشه بندی به دلیل کاهش مصرف انرژی و افزایش مقیاس پذیری، از پرکاربردترین رویکردها در شبکه های حسگر بی سیم محسوب می شوند، با این حال فقدان یک چارچوب ارزیابی جامع و نظام مند برای سنجش کارایی این الگوریتم ها در شرایط عملیاتی متنوع، انتخاب آگاهانه و توسعه روش های جدید را با دشواری مواجه ساخته است. پژوهش حاضر با رویکرد تجربی-تحلیلی و با استفاده از شبیه سازی گسترده در محیط NS-۳ و پیاده سازی بر روی بستر آزمایشی شامل ۵۰ گره حسگر زیگبی، به ارزیابی کارایی پنج الگوریتم LEACH، LEACH-C، HEED، Fuzzy-LEACH و GA-LEACH در سه سطح تراکم، سه الگوی ترافیکی و دو حالت توپولوژی پرداخته است. یافته ها نشان می دهد که HEED با مصرف انرژی ۱۲/۴ ژول و طول عمر ۱۱۲۰ ثانیه، بهترین عملکرد را در شبکه های ایستا دارد، در حالی که LEACH-C با تاخیر ۱۲/۳ میلی ثانیه و شاخص پایداری ۲/۴، گزینه ای برتر برای کاربردهای نیمه بلادرنگ محسوب می شود. GA-LEACH با نرخ تحویل ۹۴/۷ درصد و کاهش تنها ۹ درصدی در سناریوهای با تحرک، مقاوم ترین عملکرد را در برابر پویایی توپولوژی از خود نشان داده است. تحلیل حساسیت نیز نشان داد که تعداد بهینه خوشه ها بین ۵ تا ۸ درصد کل گره ها بوده و انحراف از آن به شدت سربار و تاخیر را افزایش می دهد. در مجموع، هیچ الگوریتمی در تمام معیارها به طور مطلق برتر نیست و انتخاب مناسب باید بر اساس اولویت های کاربرد و شرایط محیطی صورت گیرد. این پژوهش با ارائه یک چارچوب ارزیابی چندمعیاره و تحلیل حساسیت جامع، گامی موثر در جهت شفاف سازی نقاط قوت و ضعف الگوریتم های رایج برداشته و مرجعی معتبر برای انتخاب آگاهانه و بهبود پروتکل های مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

شبکه های حسگر بی سیم ، مسیریابی خوشه بندی ، ارزیابی کارایی ، الگوریتم های مسیریابی ، بهره وری انرژی ، طول عمر شبکه ، تحلیل حساسیت.