Optimization of routing in wireless sensor network in terms of energy usage and QoS,using Hybrid PSO and Golden Eagle algorithms

Soltanzadeh, Amirmasoud (2024). Optimization of routing in wireless sensor network in terms of energy usage and QoS,using Hybrid PSO and Golden Eagle algorithms. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (3MB) | Prévisualisation

Résumé

WSNs have transformed monitoring and tracking capabilities in numerous areas through grooming communication and calculating networks.These networks, consisting of small sensor nodes that transmit data to a central base station, are significantly affected by limited energy resources, which can shorten their operational lifespan. This study is unique because it proposes an innovative energy-efficient routing protocol, a novel approach to addressing this challenge. The main objective is to create an optimized routing model based on clusters, thereby improving energy efficiency and reducing delay and dead nodes in the network.

To achieve this, clustering with the k-means algorithm is employed, followed by the efficient selection of cluster heads using PSO mutation. This robust method ensures the optimization for suitable cluster heads. Subsequently, the routing between cluster heads is optimized using the Golden Eagle algorithm (GEO), with a benchmark comparison against the routing protocol LEACH-CR. The Golden Eagle algorithm is used here to sensitively choose communication paths, making information exchange more efficient while using less power.

To overcome abovementioned shortcomings of the previous energy efficient routing protocols which failed to provide optimal solution for various applications and energy conditions effectively, this research work aims to establish a new efficient routing protocol. The proposed protocol is thoroughly tested via extensive Matlab simulations in order to measure the dead nodes, the system throughput, energy usage and network delay. The validation process gives the assurance and this shows that the protocol has performed better as compared to the LEACH-CR routing protocol in energy utilization and network duration.

This paper implemented the quantitative clustering, cluster head selection, and routing method of the presented Golden Eagle algorithm compared with the LEACH-CR and proved that the presented method can enhance the energy utilization and life of the wireless sensor network. Such types of general studies usual to multi-rate, multi-service and multi-application conditions are believed to enhance the performance and reliability of the networks for a number of practical applications.

Thus, this research extends the knowledge base of WSNs by providing an integrated and effective approach to the energy efficiency problem. By integrating clustering with k-means, selecting cluster heads with PSO-mutation, and using the Golden Eagle algorithm for routing, the suggested protocol could enhance energy utilization and, therefore, the practical use and longevity of wireless sensor networks.

Titre traduit

Optimisation du routage dans le réseau de capteurs sans fil en termes de consommation d’énergie et QoS, à l’aide de l’algorithme Hybrid PSO et Golden Eagle

Résumé traduit

LesWSN ont transformé les capacités de surveillance et de suivi dans de nombreux domaines en améliorant les réseaux de communication et de calcul. Ces réseaux, constitués de petits noeuds de capteurs qui transmettent des données à une station de base centrale, sont considérablement affectés par des ressources énergétiques limitées, ce qui peut raccourcir leur durée de vie opérationnelle. Cette étude est unique car elle propose un protocole de routage innovant et économe en énergie, une nouvelle approche pour relever ce défi. L’objectif principal est de créer un modèle de routage optimisé basé sur des clusters, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et réduisant les retards et les noeuds morts dans le réseau.

Pour y parvenir, un clustering avec l’algorithme k-means est utilisé, suivi d’une sélection efficace des têtes de cluster à l’aide de la mutation PSO. Cette méthode robuste garantit l’optimisation des têtes de cluster appropriées. Par la suite, le routage entre les têtes de cluster est optimisé à l’aide de l’algorithme Golden Eagle (GEO), avec une comparaison de référence avec le protocole de routage LEACH-CR. L’algorithme Golden Eagle est utilisé ici pour choisir avec sensibilité les chemins de communication, rendant l’échange d’informations plus efficace tout en consommant moins d’énergie.

Pour surmonter les lacunes susmentionnées des protocoles de routage économes en énergie précédents qui n’ont pas réussi à fournir une solution optimale pour diverses applications et conditions énergétiques de manière efficace, ce travail de recherche vise à établir un nouveau protocole de routage efficace. Le protocole proposé est minutieusement testé via des simulations Matlab approfondies afin de mesurer les noeuds morts, le débit du système, la consommation d’énergie et le délai du réseau. Le processus de validation donne l’assurance et montre que le protocole a obtenu de meilleurs résultats que le protocole de routage LEACH-CR en termes d’utilisation de l’énergie et de durée du réseau.

Cet article a mis en oeuvre la méthode de regroupement quantitatif, de sélection de tête de cluster et de routage de l’algorithme Golden Eagle présenté par rapport à LEACH-CR et a prouvé que la méthode présentée peut améliorer l’utilisation de l’énergie et la durée de vie du réseau de capteurs sans fil. De tels types d’études générales, habituelles dans les conditions multi-débits, multi-services et multi-applications, sont censés améliorer les performances et la fiabilité des réseaux pour un certain nombre d’applications pratiques.

Ainsi, cette recherche élargit la base de connaissances des WSN en fournissant une approche intégrée et efficace du problème de l’efficacité énergétique. En intégrant le clustering avec k-means, en sélectionnant les têtes de cluster avec mutation PSO et en utilisant l’algorithme Golden Eagle pour le routage, le protocole suggéré pourrait améliorer l’utilisation de l’énergie et, par conséquent, l’utilisation pratique et la longévité des réseaux de capteurs sans fil.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 67-69).
Mots-clés libres:	réseaux de capteurs sans fil, efficacité énergétique, protocole de routage, algorithme Golden Eagle, algorithme génétique, durée de vie opérationnelle, regroupement, chefs de cluster, simulation, Matlab
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dziong, Zbigniew
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	06 janv. 2025 16:27
Dernière modification:	06 janv. 2025 16:27
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3528

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt