$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Dieser Abschnitt beschreibt das entwickelte heterogene Protokoll in diesem Abschnitt. Bei dieser Technik teilt die Organisation die Sensorhubs basierend auf einem vorab festgelegten Randabstand in vier logische Bereiche. Die Gateway-Knoten und die Basisstation (BS) werden extern zum Detektionsfeld und separat am Mittelpunkt des Netzwerks platziert. Der Hub, dessen Abstand zum Gateway-Knoten kleiner als die vorab festgelegte Entfernung ist, wird den Feldern 1 und 2 zugewiesen. In dieser Situation senden die Knoten die Daten entweder an den Gateway-Knoten oder an den BS über direkte Kommunikation. Diese Knoten repräsentieren die homogenen Knoten. Angenommen, der Internoderaum ist größer als der vorab festgelegte Schwellenraum und näher am WR-Knoten. In diesem Fall befinden sie sich in den Bereichen 3 oder 4, wie in Abbildung 1 dargestellt. Diese Knoten werden heterogene Hubs genannt. Wahlen finden in beiden Regionen statt, und ihre Restenergie wird zur Auswahl von CH verwendet. Informationen aus diesen Gebieten werden mit dem Multi-Hop-Interaktionsansatz an BS gesendet. Der CH in Region 3 liefert den Abschlussbericht an die Gateway-Knoten und integriert die Informationen, bevor er sie an die BS weiterleitet. Die Knoten in jedem Bereich kommunizieren ihre Informationen mit anderen Knoten innerhalb ihres Energielimits. Wenn die Knoten keine Informationen senden können, ruhen sie sich aus, um ihre Energie zu erhalten.
Netzwerkmodell
Die Definition der Netzwerkstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Dieses Netzwerk ist als G(L, BS, Ho, GW, He) bekannt, wobei die Basisstation als BS bereitgestellt wird, das Netzwerk-Gateway GW ist und homogene Knoten als Ho dargestellt werden, heterogene Knoten als He und die Menge von Kommunikationsnetzen, die die bestimmten Knoten verbinden (jeder Knoten, der BS einschließt, Ho, GW, He) werden als L angegeben. Die Merkmale des Netzwerks sind wie folgt: (i) Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist das Netzwerk in vier Subnetzwerke in den Regionen 1, 2, 3 und 4 unterteilt. (ii) Mindestens 1 Knoten im Bereich 4 ist mit einem Knoten in Bereich 3 verbunden. (iii) Die WR ist mit der Basisstation im Bereich 2 verbunden. (iv) Jetzt sind WR und Basisstation verbunden. Jeder Knoten im Bereich 1 ist mit dem BS verbunden. (v) Jeder Knoten in den Bereichen drei und vier ist nicht mit dem BS verbunden.
Energieverbrauch
In dieser Forschung sieht die Energienutzungstechnik wie folgt aus: Die Knoten der WSNs werden zufällig geteilt und haben keine vorgegebenen Standorte. Basierend auf dem Interspace zwischen den Knoten führt die Kommunikation dazu, dass ein erheblicher Teil der Energie eines Knotens verloren geht. Die beiden Arten der Informationsübertragung und des Sammelns von Informationen verbrauchen Energie. Daher beträgt die erforderliche Energie, um ein Datenpaket mit einer Länge von (m) Bits über die Entfernung zu übertragen:
(1)
Dabei gibt ETX die während der Datenübertragung des Knotens verbrauchte Energie an, hat der Prozess der Übertragung und des Empfangens eines Datenbits eine Energieverbrauch vonEelec, εfs den Freiraum-Energieverbrauchskoeffizienten, εmp die Energieverluste der Mehrwege-Koeffizienten-Technik darstellt, und der Übertragungsraum als Weichegel angegeben wird, der berechnet wird als:
(2)
Der vom empfangenden Knoten erwartete Energieverbrauch für ein Datenpaket mit m -Bit wird wie folgt bestimmt:
(3)
Das genannte Modell kann die Energie bestimmen, die der CH verbraucht. Die von den CHs verwendete Energie umfasst im Wesentlichen drei Perspektiven: die Energienutzung durch das Empfangen von Datenpaketen von Benutzerknoten, das Zuordnen von Informationen und das Senden der fusionierten Informationen an das WR. Die Schätzformel ist wie folgt angegeben:
(4)
Die Anzahl der Mitgliedsknoten wird mittels CM-Num dargestellt, und EDA ist die Kosten, die für die Aggregation von 1 Bit Daten erforderlich ist; Die Länge des Pakets beträgt M. Die vom Nicht-CH-Hub verbrauchte Energie entspricht einfach dem Energieverbrauch der Übertragung von Informationen an den WR, und die numerische Formel lautet wie folgt:
(5)
Im Folgenden wird die gesamte Restenergie der r-ten Runde berechnet:
(6)
Wobei die gesamte verbleibende Energie wie in der RundeE tohR(r - 1) angegeben ist, wird die Anzahl der in der Runde vorhandenen CHs als CHnum(r) dargestellt, das Nlebendig(r) adressiert die gesamten aktiven Knoten in der Runde des bereitgestellten Netzwerks, ECh (i) die Energienutzung von i-ter CH und Enicht-CH(j) die vom nicht-CH(j) verbrauchte Energie angibt.
Cluster-Auswahl
Der Algorithmus nutzt die vom Knoten bis zum WR berechneten Interspaces und die Energie, um die primären Cluster des Systems auszuwählen, wodurch die Gesamtzahl der CHs in den Clustern wie folgt begrenzt: Gemäß dem aufsteigenden Fitnesswert der SNs wird der Cluster der aktiven SNs in gleiche Teilmengen von m aufgeteilt (wobei m die gewünschte Clusterzahl ist, die äquivalent zu N/p ist, N zeigt die Anzahl der Sensorknoten und den Anteil p CHs an. In jeder Teilmenge wird der erste Clusterkopf für den Sensorknoten nahe der Mittelposition gewählt. Jeder Knoten wird dem Clusterkopf hinzugefügt, der ihm am nächsten ist, um den initialen Cluster basierend auf der euklidischen Entfernung zu erzeugen. Der Raum zwischen Knoten, BS und Restenergie bestimmt den Fitnesswert des Knotens.
(7)
Wobei das Gewicht als 1 angegeben ist, die Primärenergie Ei ist, die Restenergie als Er und der Raum vom Knoten zum WR als dBS dargestellt wird. dmaxBS ist der maximale Zwischenraum zwischen SN und WR, und dMinBS gibt den minimalen Raum zwischen SN und WR an.
Selbstoptimierter Wolf-Optimierer (SOWO)
Die CHs werden mit dem SOWO ausgewählt. Im Wolf-Optimierer wird der Standort der Beute anhand der durchschnittlichen Masse der drei Wölfe (α, β und δ) bestimmt, wie in Abbildung 2 dargestellt. Unter Berücksichtigung der Differenzierung zwischen BS und dem Knoten sowie dem Raum zwischen der Restenergie wird der Fitnesswert des Knotens als primäres Gewicht der Grey-Wolf-Optimierung betrachtet, die mittels Gleichung (8) bestimmt wird. Der Anfangsstandort der Beute wird anhand der Gleichungen (8) bis (11) und der Optimierungstechnik von SOWO berechnet.
(8)
(9)
(10)
(11)
Wo die Primärmasse der Wölfe α, β und δ ωIα, ωIβ und ωIδ beträgt, ist der beste Fitnesswert für α Wolf Fα, Fβ und Fδ, die mit Gleichung 11 berechnet werden. Die einzelnen Knoten, die den drei höchsten Fitnesswerten entsprechen, sind α, β und δ Wölfe. Das entwickelte Protokoll ändert das Gewicht der Grey-Wolf-Optimierung nicht, da der Fitnesswert des Knotens nach Abschluss einer Datenübertragung geändert wird. Um die weltweite Suchkapazität des Grey-Wolf-Optimierers zu schaffen, werden die Lasten aktiv durch die Vektoren A und D modifiziert. Hier zeigt A den Koeffizientenvektor an, und die Entfernung vom Wolf zu seiner Beute ist D. Die Gleichungen (12) und (15) werden verwendet, um A und D zu bestimmen. Die Position der Beute und die Formel zur Lastaufrüstung werden wie folgt beschrieben: die (t + 1)-te Iteration:
(12)
(13)
(14)
(15)
Wobei
die Positionen von α Wolf, β Wolf und δ Wolf in der Iteration (t+1) angegeben sind, werden diese Positionen
mit Gleichung (15) berechnet. Während der letzten Iterationsphase wählt der CH unter den vorhandenen Knoten aus, welcher Knoten der Beute näher ist. Die Aufgabe des CH ist komplizierter, sodass die Restenergie die Aufgabe nicht erfüllen kann, was zum Ende des Knotens führt. Daher ist es entscheidend, den Knoten mit der maximalen verbleibenden Energie auszuwählen und näher an der Beute zu sein. Die verbleibende Energie des Knotens und die Entfernung vom Knoten zur Beute werden als Parameter für den Fitnesswert verwendet, der zur Auswahl des CH verwendet wird. Der Knoten mit einem niedrigeren Fitnesswert wird als Clusterkopf identifiziert. Die Funktion, die zur Berechnung des Fitnesswerts verwendet wird, ist wie folgt angegeben:
(16)
Wobei das Gewicht als 2 angegeben ist, wird die verbleibende Energie des Knotens als Ex dargestellt, Emax ist die maximale Restenergie und Emin ist die minimale verbleibende Energie in den Clusterknoten. Der Abstand zwischen Beute und Knoten beträgt dp, dMaxp ist der maximale Abstand zwischen dem detektierenden Knoten und der Beute, und dMinp ist der minimale Abstand zwischen SN und Beute.
Selbstoptimierungs-Wolf-Agent
Softwareagenten überwachen und verwalten die Netzwerkgrößen und Knoten-Gateways. Die Softwareagenten ersetzen traditionelle Clients und Server, die sich in der lokalen Kommunikationsstrategie und der Codemobilität unterscheiden. Überwachung ist ein entscheidender Faktor für das Verständnis von Managementsystemen. Aufgrund dieser Bedeutung wurde die Software-Agenten-Technologie vorgeschlagen, um Knoten-Gateways innerhalb des Netzwerknetzes zu überwachen. Neben der Überwachung liegt es in der Verantwortung der Agenten, die Liste der Netzwerkknoten zu aktualisieren. Diese Daten sind aufgrund der Netzwerkgröße unerlässlich, sodass der Selbstkonfigurationsprozess die Routingprotokollparameter dynamisch konfigurieren kann. Im Kontext dieser Arbeit sind dies die wünschenswertesten Eigenschaften unter vielen, die im Verhalten von Softwareagenten zu finden sind. Wireless Agents werden an den Client-Node-Assoziationen eines Mesh-Routers und des Routers selbst installiert. Bei der Identifizierung der Netzwerkdichte erledigt der Agent bestimmte Aufgaben auf kleinen, standardisierten und großen Skalen. Die Partituren für die drei Tonleitern (klein, Standard und groß) sind vertreten. Die Agenten prägen die Prämisse der Auto-Design-Kapazität der vorgeschlagenen Protokolle. Diese Agenten übernehmen die Verantwortung für die Verifizierung des Netzwerkverhaltens sowie für den Durchsatz, das Verhältnis von Datenpaketverlusten, Unterbrechungen, Durchsatz, Leerlauf, dynamische und ruhende Hubs sowie Daten über die Verbindung. Netzwerkagenten sind an den Mesh-Routern stabil und bieten die Selbstoptimierungsfähigkeit der vorgeschlagenen Protokolle. Selbstassoziation entsteht in Netzwerk-Remote-Organisationen, indem sie Self-X-Kapazitäten (Optimierung, Aufbau, Fixund Sicherheit 19) in das Routing-Protokoll implantiert. Diese Fähigkeiten ermöglichen Routing-Protokolle eine autonome Funktion, was die Netzwerkleistung, Fehlertoleranz und den Schutz verbessert. Im Folgenden eine Beschreibung der Ausführung der genannten Fähigkeiten mit Schwerpunkt auf Selbstkonfiguration und Selbstoptimierung. Bemerkenswert ist, dass Selbstfunktionen in Netzwerkschichten als Erweiterungen von Standarddiensten für Routingprotokolle ausgeführt wurden (Supplementary File 1).
Clustermenge (CS)
CS ist eine Sammlung mehrerer Cluster in einem Netzwerk, und der Clustering-Algorithmus ermöglicht es, ein Netzwerk in verschiedene Cluster zu unterteilen. In dieser Forschung werden die ersten ausgewählten Cluster als erste CS bezeichnet, die als gegenwärtiges Ideal als CS gelten, und der Zielfunktionswert der aktuellen perfekten CS wird berechnet. Der modifizierte Grey Wolf Optimizer (MGWO) kann alle Cluster im aktuellen perfekten CS beliebig modifizieren, um einen weiteren Cluster zu erzeugen, und die Mehrheit der neu gebildeten Cluster rahmt einen weiteren CS; erneut wird der Zielfunktionswert der neuesten CS bestimmt. Wenn der Zielfunktionswert des aktuellen optimalen Clusters höher ist als der des neuesten Clusters, wird der neu bestimmte Cluster als gegenwärtiges Ideal CS genommen. Der perfekte CS wird auf die letzte Phase des Termins ausgerichtet. Die Zielfunktion wird wie folgt beschrieben:
(17)
Wobei das Gewicht als 3 dargestellt wird, wird die Summe des Raums zwischen den Clustern im CS als dTCH angegeben und die gesamte Entfernung zwischen CH und WR als dTBS dargestellt. Der Cluster und die Kommunikationsdistanz zwischen CH und BS bilden die Grundlage für Fernüberwachung und Zielverfolgungsdesign. Wenn der Zielfunktionswert niedriger ist, zeigt dies, dass die Bestimmung des Clusterkopfes sinnvoller ist, der CH im Cluster ideal ist und das Cluster-Headset im Vergleich zum gesamten Netzwerk perfekt ist. Algorithmus 2 (Supplementary File 2) beschreibt den SOWO-Pseudocode.