PHD theses : Engineering
Permanent URI for this collectionhttps://repository.neelain.edu.sd/handle/123456789/507
Browse
Item Development of Efficient Techniques to Reduce Real-Time Data Transmission in Wireless Sensor Networks (WSNs)(ALNEELAIN UNIVERSITY, 2021-09) Aqeel Kamil Kadhim AbbasABSTRACT The Energy Management (EM) procedures within the Wireless Sensor Network (WSN) are considered to be efficacious factors that affecting the network lifetime. In WSNs, sensor nodes have scarce resources with limited energy and possess the capabilities to sense the environments, data processing and transmitting. Image capturing and transmitting by sensor node that equipped with camera are important topics to be studied, the sensed image data will impose severe requirement on node energy and communication bandwidth capacity. Hence, the crucial aspects to be addressed are how to improve the energy consumption from nodes, in order to prolong network lifetime. Image data compression methods are consider being one of the prime solutions to reduce the rate of transmitting data and hence increase network lifetime. To solve the problem of reducing the amount of data required to represent a digital image, an energy efficient image compression technique utilizes two compression methods which are SPIHT and EZW that based on Bior 4.4 and Haar wavelet methods, called Dual Image Compression Techniques (DICT) is considered. From practical results of DICT the efficiency of image compression is improved between 8 to 24%, which yields better performance metrics values, and as a result for this technique, battery life of nodes has been extended by 35%. One of the prime participations that was adopted in this thesis is the picking of a combination of algorithms and methods for: (i) distributing and clustering sensor nodes. (ii) The selecting of cluster heads, (iii) choosing the shortest path to transmit the information to the base station. The objective of this dissertation is up growth of a new routing protocol, which has been called Improved Voronoi Fuzzy Clustering with Ant Colony System (IVFACS). The approved protocol submits an effective energy management system for WSN, using data driven model, based on sensor data collection / compression and data transmitting / routing techniques. A comparative study between IVFACS protocol and the well-known LEACH, Mod LEACH, SEP, Z-SEP and DEEC protocols in term of network lifetime, present that there is an improvement for IVFACS protocol in network lifetime, also enhanced the network stability, average consumed energy and nodes death rate. An extra comparative study between improved VFACS which used FCM clustering method and LEACH protocol which used K-Means clustering method. Present that the improved protocol performance is better than K-Means in terms of data packets that forwarded to the sink node, sink node buffer utilization, number of lost packets in the entire network and clustering running time. A simulation process is enhanced and examined by using MATLAB R2018a program to explain the effectiveness of the proposed protocols in a PC that involve the following specifications: windows 10 (64-bit operating system), core i5, RAM 8GB, hard 1TB. xvii المستخلص تعتبر إجراءات إدارة الطاقة (EM (داخل شبكة المتحسسات الالسلكية (WSN (من العوامل الفعالة التي تؤثر على عمر الشبكة. في شبكات المتحسسات الالسلكية ان ُعقد المتحسس والتي تتميز بمواردها الشحيحة ومحدودية الطاقة، تمتلك قدرات الستشعار البيئات ومعالجة البيانات ونقلها. يعد التقاط الصور وإرسالها بواسطة هذه المتحسسات المسلحة بكاميرا من الموضوعات المهمة التي يجب دراستها. اذ تفرض حجم بيانات الصورة الملتقطة الي حدث في منطقة الرصد متطلبات شديدة على طاقة المتحسس و سعة قناة االتصال. ومن ثم ، فإن الجوانب الحاسمة التي يجب معالجتها هي كيفية تحسين استهالك الطاقة المصروفة من هذه المتحسسات، من أجل إطالة عمر الشبكة. لذا تعتبر طرق ضغط بيانات الصورة أحد الحلول الرئيسية لتقليل معدل نقل البيانات وبالتالي زيادة عمر الشبكة. لحل مشكلة تقليل كمية البيانات المطلوبة لتمثيل الصورة الرقمية داخل شبكة المتحسسات الالسلكية، تستخدم تقنية ضغط الصور لتوفير الطاقة لنقل البيانات، وهناك طريقتين للضغط هما SPIHT و EZW اللتان تعتمدان على أساليب 4.4 Bior و wavelet Haar .وقد تم تسمية هذه التقنية المزدوجة لضغط الصور (DICT .(من خالل النتائج العملية لـهذه الطريقة، تم تحسين كفاءة ضغط الصورة بين 8 إلى 24 ٪ ، مما ينتج عنه قيم مقاييس أداء ضغط أفضل ، ونتيجة لهذه التقنية فقد تم إطالة عمر بطارية المتحسس بنسبة 35.٪ إن من المساهمات الرئيسية التي تم تبنيها في هذه األطروحة هي انتقاء مجموعة من الخوارزميات والطرق من أجل: )1 )توزيع وتجميع عقد االستشعار. )2 )اختيار رؤساء المجموعات ، )3 )اختيار أقصر الطرق إلرسال المعلومات إلى المحطة األساسية. اذن من االهداف الرئيسية لهذه االطروحة هو تأسيس لبروتوكول جديد لنقل البيانات داخل شبكة المستشعرات الرئيسية يسمى (IVFACS .(يقدم البروتوكول ًء المعتمد نظا ًما فعا WSN ،باستخدام نموذج يعتمد على ادارة بيانات المتحسس ، ًال إلدارة طاقة شبكة بنا على جمع / ضغط تلك البيانات وتقنيات النقل / التوجيه. من خالل الدراسة فقد تم مقارنة عملية بين البروتوكول المقترح IVFACS والبروتوكوالت المعروفة عالميا في هذا المجال مثل LEACH و LEACH-Mod و SEP و SEP-Z و DEEC .وشملت المقارنة الموضوع االساسي والذي يمثل اطالة عمر الشبكة، اذ تشير نتائج المقارنة إلى وجود تفوق واضح لبروتوكول IVFACS في هذا المجال، كما عزز البروتوكول المستخدم من استقرار الشبكة، ومتوسط الطاقة المستهلكة ومعدل استنفاذ عمر المتحسس. ايضا، فقد تم اجراء دراسة مقارنة إضافية بين VFACS المح ّسن الذي استخدم طريقة التجميع FCM وبروتوكول LEACH الذي استخدم طريقة التجميع Means-K .اتضح من خالل هذه المقارنة أن أداء البروتوكول المحسن أفضل من حيث حزم البيانات التي تم إعادة توجيهها إلى المحطة الرئيسية وكمية البيانات المخزنة في ذاكرة المحطة الرئيسية وعدد حزم البيانات المفقودة خالل النقل داخل الشبكة و سرعة استجابة الشبكة. من اجل بيان مدى فعالية البروتوكول المقترح، فقد تم اجراء عملية محاكاة الشبكة وفحص نتائجها باستخدام برنامج R2018a MATLAB .اما مواصفات جهاز الكمبيوتر المستخدم لهذه المحاكات هي كاالتي: نظام التشغيل هو 10 Windows( 64 بت( ، معالج i5 core ، ذاكرة وصول عشوائي 8 جيجابايت ، قرص صلب بحجم 1 تيرابايت