التوجيه القائم على الاستهلاك المتوازن للطاقة الكهربائية

أهمية التوجيه القائم على الاستهلاك المتوازن للطاقة الكهربائية

يتيح التقدم في تقنية المستشعر إمكانية بناء مستشعرات لاسلكية منخفضة التكلفة وصغيرة الحجم تدعم تقنية إنترنت الأشياء، كما حفز التقدم التكنولوجي المطورين على بناء شبكات (UWSN) واسعة النطاق في منظور إنترنت الأشياء لمجموعة متنوعة من تطبيقات المراقبة مثل جمع البيانات البيئية (درجة الحرارة والتوصيل ودرجة الحموضة والأكسجين المذاب وما إلى ذلك وتصوير الحياة تحت الماء والإشراف على العمليات الجيولوجية في قاع المحيط مراقبة المعدات تحت الماء المتعلقة باستخراج النفط أو المعادن.

كما تُستخدم (UWSN) بشكل خاص للأغراض العسكرية وأغراض الأمن الداخلي، كما تتكون هذه الشبكات من عقد استشعار مع حوض واحد أو أكثر، كما تستشعر المستشعرات الموجودة تحت الماء خاصية الاهتمام وتنقل البيانات المحسوسة إلى الحوض، ونظراً لمعدل الامتصاص العالي للموجات الكهرومغناطيسية في الماء.

كما تُستخدم الموجات الصوتية للاتصال تحت الماء. علاوة على ذلك، كما تواجه (UWSN) العديد من تحديات التصميم مثل الخسارة العالية في المسار وعرض النطاق الترددي المحدود المتاح وسعة البطارية المحدودة والتوهين العالي ومعدل الخطأ المرتفع في البتات.

ومن أجل إطالة عمر (UWSNs)؛ فقد تم اقتراح العديد من بروتوكولات التوجيه الموفرة للطاقة الكهربائية، ومع ذلك في بروتوكولات التوجيه هذه، بحيث تعمل العقد القريبة من الحوض على تبديد طاقتها بسرعة أكبر مقارنة بالعقد الأبعد عن الحوض، وذلك وفقاً لـ (Wills et al)، في المرحلة التي تستنفد فيها القفزة الواحدة بعيداً عن الحوض طاقتها الأولية، بحيث تُترك (93٪) من الطاقة الأولية في العقد الأبعد عن الحوض،  ساهمت من حيث الاستهلاك المتوازن للطاقة، وعلى الرغم من ذلك على حساب عمر الشبكة المنخفض.

ومن أجل توزيع حمل حركة المرور بالتساوي بين عقد الشبكة الكهربائية، بحيث يجب زيادة كثافة العقد المنشورة نحو الحوض، خاصةً إذا لم يتم استخدام استراتيجية نشر غير متساوية؛ فإن العقد القريبة من الحوض تحتاج إلى أن تكون مجهزة بطاقة أولية أعلى بطريقة هرمية، وذلك بمجرد نشر عقد الشبكة، كما يتم تحديد نمط استهلاك الطاقة بواسطة بروتوكول التوجيه المستخدم، كما يضمن التوجيه التكيفي المدرك للطاقة استهلاكاً متوازناً للطاقة في الشبكة الكهربائية.

الأعمال ذات الصلة بالاستهلاك المتوازن للطاقة الكهربائية

تعد كفاءة الطاقة إحدى المعلمات الرئيسية في معدات تقييد البطارية مثل أجهزة الاستشعار، ونظراً لتوافر الطاقة المحدود لأجهزة الاستشعار، كما يعتبر هذا المورد الفريد العمود الفقري لعمر شبكات الاستشعار اللاسلكية، لذلك في هذا الصدد؛ فقد تم تكريس العديد من استراتيجيات التوجيه في شبكات (IoTUWSN) من أجل الاستفادة من طاقة المستشعرات بكفاءة من أجل عمر الشبكة الأمثل، كذلك القليل منها، وهو مغلق أمام عملنا المقترح، تمت مناقشته في هذا القسم على النحو التالي:

زيادة جودة الخدمة من حيث الإنتاجية دون استخدام الإرسال الزائد، وفي هذا الصدد يتم استخدام آلية تشفير الشبكة الجزئي (PNC)، كما يتم تعيين رمز متعامد لكل عقدة في الشبكة لتقليل فرص التداخل، بحيث يتم تحسين الإنتاجية بنسبة (22٪) على حساب زيادة استهلاك الطاقة.

كما  تم اقتراح تعديل العمق بناءً على بروتوكول الشجرة المتصلة (CTDA)، بحيث يعمل على تحسين منطقة تغطية الشبكة لعدد معين من العقد، وذلك أثناء تحسين منطقة التغطية؛ فإنه يضمن أن يكون استهلاك الطاقة أقل من النموذج المقترح بالفعل، كما يتم نشر العقد بشكل عشوائي في الشبكة، وهذه العقد متجانسة في طبيعتها ومزودة بآلية محرك وبالون لضبط عمقها.

كما تنقسم عملية التوجيه إلى مرحلتين، في المرحلة الأولى يتم وضع علامة على أقرب عقدة إلى الحوض كعقدة جذر، تبحث عقدة الجذر هذه عن العقد المجاورة لها لإكمال فروعها في الجولة الأولى، وفي الجولة الثانية تحدد العقد الفرعية للجولة الأولى نفسها كعقد جذر وتبحث عن العقد الفرعية الخاصة بها.

كما تستمر هذه العملية حتى تصبح جميع العقد في الشبكة جزءاً من الشجرة، وفي المرحلة الثانية يتم حساب منطقة التغطية، وخاصةً إذا تداخلت منطقة تغطية فرعين من الشجرة؛ فسيتم تحريك أحد الفروع بعيداً مع الحفاظ على الاتصال، وبهذه الطريقة يتم تغطية الحد الأقصى من مساحة الشبكة بأقل عدد ممكن من العقد، ومع ذلك ترتبط كفاءة البروتوكول بافتراض محدودية حركة العقد.

و للاستفادة من المعلومات العميقة للعقدة لتوجيه حزم البيانات؛ فقد تسميتها ببروتوكول التوجيه القائم على العمق (DBR)، كما أن الهدف هو تقليل استهلاك الطاقة أثناء النقل، والذي يتم تحقيقه بنجاح، وهناك إجمالي استهلاك الطاقة في (DBR) هو نصف بروتوكولات الجزء المقابل، ومع ذلك؛ فإنه يأتي مع مشكلة انخفاض عمر الشبكة.