پروتکل LEACH
اول اینکه خوشه های شبکه بهصورت تصادفی [1] ، تطبیقی[2] و خودپیکربندی شده[3] تشکیل میشوند.
شرح این ویژگیها بهصورت زیر است :
تصادفی: به این معنی که در هر دور،تعداد مشخصی از گرهها به صورت تصادفی خود را به عنوان سرخوشه انتخاب میکنند و گرههای خاصی از قبل به عنوان سرخوشه در نظر گرفته نشدهاست. مزیت این ویژگی سربار کم روش انتخاب سرخوشه است. این روش سریعترین روش انتخاب سرخوشه است.
تطبیقی: گرههایی که در دور فعلی نقش سرخوشه را به عهده داشتهاند، در دور بعدی دیگر نمیتوانند برای
بر عهده گرفتن این نقش کاندیدا شوند، بنابراین در هر دور، با توجه به دور قبلی کاندیداهای سرخوشه مشخص
میشوند. به این ترتیب انتظار میرود که در پایان تعداد مشخصی از دورها، تمامی گرهها سرپرست خوشه شوند.
خودپیکربندی شده: گرهها دراین پروتکل بدون کمک هر عامل خارجی و یا گره خاصی در شبکه، تشکیل خوشه
میدهند و این به مقیاسپذیری این پروتکل کمک میکند.
دومین اهمیت اینکه در LEACHانتقال اطلاعات از گرههای یک خوشه به سرخوشه و از سرخوشهها به ایستگاه
sinkبا کنترل محلی انجام میشود و نیازی به کمک یک عامل خارجی و یا گره خاصی در شبکه برای انتقال
اطلاعات نیست.
سوم اینکه پروتکل MACاستفاده شده درLEACHبا استراحت دادن به گرهها در انرژی مصرفی صرفهجویی میکند.
همانطور که قبلا گفته شد، LEACHاز روش ترکیب دادههای هر خوشه و ارسال دادهی فشرده شده به
ایستگاه پایه استفاده میکند. بدین ترتیب هم تعداد ارسال و دریافتها در شبکه کاهش مییابد و هم دادههای
زاید که به علت نردیکی سنسورهای یک خوشه به یکدیگر ایجاد میشوند، پیش از ارسال به sinkحذف میگردند.
نوع ترکیب دادهها در LEACHثابت نیست و بستگی به کاربرد شبکه سنسور بیسیم دارد. هدف این پروتکل ایجاد
توازن در مصرف انرژی در گرهها است. گزینههای کلاسیک مانند DT [4]وMTE [5]تعادل انرژی بین گرهها را
تضمین نمیکنند. در DTچون گرهها مستقیماً داده را به sinkارسال میکنند انرژی گرههای دورتر، زودتر تخلیه
میشود و در نتیجه زودتر میمیرند. در MTEداده از کم هزینهترین مسیر هدایت میشود. در جایی که معیار
هزینه مصرف توان است، چون گرههای نزدیک به sinkعمل انتقال دادههای گرههای دورتر را نیز انجام میدهند،
در نتیجه زودتر میمیرند. پس بخش زیادی از محیط در مدت زمان زیادی از عمر شبکه قابل نظارت نخواهد بود.
یک راهحل استفاده از پروتکل LEACHاست که مصرف انرژی را با خوشهبندی و انتخاب پویای خوشهها توزیع میکند، بدین ترتیب که سنسورها به ناحیههایی تقسیم میشوند که هر ناحیه دارای یک سرخوشه است و پس از اتفاق یک رویداد سنسورهای هر ناحیه، اطلاعات خود را به سرخوشه ارسال میکنند و سرخوشه این اطلاعات را مستقیم به sinkمیرساند (شکل2-3).
شکل 2-3: خوشه بندی در شبکه های بیسیم
الگوریتم LEACHبه انتخاب شدن سرخوشهها به صورت تصادفی و با یک احتمال ثابت تاکید دارد.
(تمام گرهها از احتمالی یکسان برای سرخوشه شدن برخوردارند.)
گرهها همگن فرض میشوند (گرهها دارای انرژی اولیه یکسانی هستند). در این الگوریتم سنسورها بهصورت
تصادفی در یک ناحیه توزیع میشوند. سنسورها ثابت در نظر گرفته میشوند. انها در گروهها یا خوشههایی
دستهبندی میشوند و هر گروه یک سردسته دارد، که هر ناحیه از طریق سرخوشهاش با sinkکه در مرکز
شبکه قرار دارد به صورت مستقیم ارتباط برقرار میکند. به این ترتیب هم تعداد ارسال و دریافتها در شبکه
کاهش مییابد و هم دادههای زاید که به علت نزدیکی سنسورهای یک خوشه به یکدیگر تولید میشوند
حذف میشوند. عملکرد پروتکل از دورههایی متشکل از چندین دور تشکیل شده است. احتمال بهینه سرخوشه
شدن گرهها برابر 
است و ثابت در نظر گرفته میشود. تعداد بهینه خوشه ها بر اساس توزیع مناسب
بین تمام سنسورها و کمینه نمودن مصرف انرژی انتخاب میشود. هر دوره از 
دور تشکیل شده است.
در صورتی که گره در دور فعلی سرخوشه شود تا انتهای دوره دیگر سرخوشه نخواهد شد. گره برای سرخوشه
شدن یک عدد تصادفی در بازه 
انتخاب و عدد تصادفی موردنظر را با حد استانه 
مقایسه میکند. در صورتی که عدد انتخابی کوچکتر از حد استانه باشد گره در دور فعلی سرخوشه میشود. اگر سنسور در این دور سرخوشه نشود احتمال سرخوشه شدن خود را افزایش میدهد و این کار را تا زمانی ادامه میدهد که در دور اخر این احتمال به 1 برسد . به این معنی که اگر گره تا دور اخر سرخوشه نشده باشد، حتما در دور اخر سرخوشه خواهد شد. گرههایی که هنوز
در دوره فعلی سرخوشه نشده اند متعلق به مجموعه Gهستند ودر هر دور احتمال سرخوشه شدن انها افزایش
مییابد.(رابطه2-3)
(2-3) 
در این رابطه rمشخص کننده دور فعلی است و مقدار اولیه ان صفر است. انتخاب این رابطه در پروتکلLEACHبه صورتی بوده که گرههایی که اخیرا سرخوشه نبودهاند در دور فعلی سرخوشه شوند؛ زیرا میتوان انتظار داشت که این گرهها نسبت به گرههایی که اخیرا وظیفه سرخوشه بودن را ( که انرژی زیادی مصرف میکند) بر عهده داشته اند، انرژی بیشتری دارند. میتوان انتظار داشت که در هر دور ، هر گره به طور متوسط یک بار سرخوشه شود.
وقتی یک گره سرخوشه میشود، احتمال سرخوشه شدن سنسور تا دوره بعدی صفر شده و احتمال گرههایی که در دور فعلی سرخوشه نشدهاند افزایش مییابد.
مجموعه Gشامل سنسورهایی است که تا کنون سرخوشه نشدهاند و در زمان tقابلیت سرخوشه شدن را دارند. احتمال سرخوشه شدن انها از طریق رابطه (2-4) بدست میاید.
(2-4) 
LEACHدارای چهار مرحله عملیاتی پیشنهاد، تشکیل گروه، ایجاد زمانبندی و انتقال داده است، در مرحله پیشنهاد سرخوشه با یک پیام خود را به گرههای دیگر معرفی مینماید. سنسورها از این پیشنهادها، نزدیکترین سرخوشه را انتخاب نموده و درخواست عضویت را برای ان ارسال میکنند. گره سرخوشه یک زمانبندی برای اعضا ایجاد و انرا به سنسورهای عضو ارسال میکند. گرهها در زمانبندی اعلام شده دادههای خود را به سرخوشه ارسال میکنند و سرخوشه با جمعاوری و ترکیب دادهها ان را به sinkارسال میکند. مصرف انرژی گرههای سرخوشه به دلیل جمعاوری اطلاعات گروههای عضو، ترکیب و ارسال داده ترکیب شده به sinkکه در فاصله دورتری قرار دارد بیشتر از گرههای عضو است. با انتخاب تصادفی سرخوشه و در نتیجه چرخش نقش سرخوشه بین گرهها، مصرف انرژی بین انها به خوبی توزیع میشود.
مهمترین کاربر LEACHاین است که برای جمعاوری دادهها استفاده میشود و با توجه به اینکه،
به جدول مسیریابی سنگین نیازی ندارد دارای سربار پایینی است و یکی از پروتکلهای موفق در نوع خود است.
مزیت ناهمگن بودن گرهها (وجود سنسورهایی با انرژی بیشتر) کاهش هزینه توسعه سیستم است؛
زیرا میتوان همین عمل را با افزایش تعداد گرههای همگن در ابتدای کار انجام داد ولی با توجه به این نکته که
هزینه افزودن گره جدید بهجای قرار دادن باتری اضافه روی بعضی از سنسورها ده برابر بیشتر است، پس ناهمگن
بودن گرهها و استفاده مطلوب از ان میتواند هزینه را بهطور چشمگیری کاهش دهد.
اشکالاتی که بر پروتکل LEACHوارد است نیز عبارتند از :
· هر سنسور در این الگوریتم با تولید یک عدد تصادفی تصمیم میگیرد که سرخوشه باشد یا نباشد.
با توجه به انتخاب تصادفی سرخوشهها این احتمال وجود دارد که در برخی از زمانها قسمتی از شبکه سرخوشه
نداشته باشد و در قسمت دیگری چگالی سرخوشهها زیاد باشد. در مجموع هیچ قاعده منطقی بر پایه تغییرات توپولوژیکی و انرژی باقیمانده سنسورها وجود ندارد که بر انتخاب شدن گرهها به عنوان سرخوشه تاثیر میگذارد. LEACHتوانسته تنها به نحوی انتخاب سرخوشه را در شبکه میسر سازد.
· پروتکلهای کلاسیک (همچنین پروتکل LEACH) فرض را بریکسان بودن انرژی گرهها گذاشته و در نتیجه
در صورت ناهمگنی گرهها از نظر انرژی، مزایای کامل خود را ارائه نمیکنند. ناهمگنی گرهها دلایل زیادی دارد
که میتوان به تنظیم اولیه متفاوت، عملکرد شبکه یا افزودن گرههای جدید به سنسورهای قبلی اشاره نمود.
در صورتی که گرهها ناهمگن باشند پروتکل به درستی عملیات مطلوب خود را انجام نمیدهد و به ویژه از زمان مرگ اولین گره، عملکرد شبکه ناپایدار خواهد شد.
· LEACHفرض میکند که همه گرهها میتوانند با توان کافی برای رسیدن به ایستگاه اصلی درصورت نیاز،
انتقال داشته باشند و اینکه هر گره توان محاسباتی برای حمایت پروتکلهای مختلفMACدارد.
بنابراین گسترش شبکه به نحوی بزرگ قابل اجرا نیست. همچنین فرض میکند که گرهها داده برای ارسال دارند
و گرههایی که نزدیک به هم هستند داده وابسته به هم دارند. معلوم نیست چطور تعداد لیدر از پیش تعیین شده
بهصورت یکنواخت در شبکه توزیع میشود. بنابراین این امکان وجود دارد که لیدرهای انتخاب شده در یک بخش از
شبکه متمرکز شود. بعضی گرهها ممکن است هیچ لیدری در مجاورت خود نداشته باشند. بهعلاوه، برای رفع این
مشکل فکر خوشهبندی پویا سربار ایجاد میکند.
جدول 2-1 مقایسه تکنیکهای مسیریابی SPIN،LEACHو انتشار مستقیم را بر طبق تعدادی پارامتر مختلف
نشان میدهد.
جدول 2-1: مقایسه بینSPIN،LEACHو انتشار مستقیم
|
|
انتشارمستقیم |
SPIN |
LEACH |
|
طول عمر شبکه |
خوب |
خوب |
بسیار خوب |
|
استفاده از Meta-data |
بله |
بله |
خیر |
|
اگاهی منبع |
بله |
بله |
بله |
برای مثال، تغییرات سرایند اعلان و غیره، ممکن است بهرهوری در مصرف انرژی را کاهش دهد. همچنین پروتکل،
فرض میکند که همه گرهها با یک میزان ظرفیت انرژی در هر دور انتخابی شروع میکنند. فرض کنید که یک لیدر تقریبا همان میزان انرژی را برای هر گره مصرف کند. پروتکل بایستی گسترش پیدا کند تا برای گرههای انرژی غیر یکنواخت یعنی استفاده استانه مبتنی بر انرژی هم کار کند.
در الگوریتم دیگری بنام HEEDنیز چهار هدف افزایش طول عمر شبکه، اتمام فاز خوشهبندی پس از طی تعداد
متناهی و مشخصی از تکرار، حداقل کردن سربار کنترلی و توزیع متناسب خوشهها در سطح شبکه دنبال میشود. هر گره با احتمالی متناسب با میزان انرژی باقیمانده خود تصمیم میگیرد که ایا لیدر خوشه باشد یا نه. این تصمیمگیری موقتی است و پس از گذشت چندین تکرار نهایی میشود. گرههایی که خود را بهعنوان لیدر خوشه برگزیدهاند، به همسایگان خود این مسئله را اطلاع میدهند. هر یک از همسایگان، در صورتی که پیش از این عضو خوشهای نشدهباشد، عضو این خوشه
میشود. در صورتی که همسایهای پیش از این عضو خوشه دیگری باشد که انرژی باقیمانده سرخوشه ان نسبت به انرژی باقیمانده لیدر خوشه جدید پایینتر باشد، همسایه به خوشه جدید ملحق میشود.
بهعلاوه، درصورتی که همسایهای خود لیدر باشد، پس از مقایسه میزان انرژی باقیمانده خود با میزان انرژی
باقیمانده لیدر خوشه معرفی شده، تصمیم میگیرد که همچنان لیدر باقی بماند یا به خوشهی جدید منتقل شود.
هر لیدر، در صورتی که برای ملحق شدن به خوشه دیگری تصمیم نگرفته باشد، مقدار احتمالpخود را دو برابر کرده و مجددا خود را به عنوان سرخوشه به همسایگانش معرفی میکند. اگر مقدارpدر گرهای بزرگتر از 1 شد، ان گره خود را به عنوان سرخوشه نهایی برمیگزیند. در این صورت، همسایگان
این گره نیز، عضو خوشهای نهایی خواهند شد که دیگر تغییری در ان به وجود نمیاید. در این مرحله، در صورتی که گرهای، هیچ پیام معرفی خوشهای را دریافت نکرده باشد، خود تصمیم میگیرد که راس خوشهای جدید باشد.
من دانشجوی دکتری شبکه هستم، هر سوالی در NS-2 دارید، با ما در میان بگذارید.
این هم دانلود نمونه فیلم آموزشی شبیه سازی توسط خودم با حجم بالا و کیفیت مناسب برای خوانایی بهتر سورس کدها.
https://drive.google.com/file/d/0B9c4mPA8J4BiOGsxenpqbURYRVE/view
این هم دانلود نمونه فیلم آموزشی شبیه سازی حمله سیاه چاله توسط خودم
https://drive.google.com/file/d/0B9c4mPA8J4BiVFhtZmNPS0wta28/view?usp=sharing
شماره تماس در ایران : 0367 745 914 (98+)
E-mail: majidi86@gmail.com
skype: Akbarmajidi
WhatsApp, Telegram: 0098 914 745 0367
