شماره ركورد
33407
پديد آورنده
زهرا عبدالحسيني
عنوان
ارزيابي مصرف توان در اينترنت اشياء مبتنيبر خوشهبندي با استفاده از يك مدل شبكه پتري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/11/13
استاد راهنما
دكتر محمد عبداللهي ازگمي
استاد مشاور
دكتر علي نقاش اسدي
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
چكيده
با گسترش روزافزون فناوريهاي بيسيم و ظهور فراگير اينترنت اشياء، بهينهسازي مصرف انرژي در شبكههاي متشكل از گرههاي باتريمحور به يكي از چالشهاي اساسي حوزه پژوهشهاي شبكههاي حسگر بيسيم اينترنت اشياء تبديل شده است. بهويژه هنگامي كه اين گرهها در محيطهايي با محدوديت شديد منابع انرژي مستقر ميشوند و امكان تعويض يا شارژ باتري برايشان ميسر نيست، اعمال روشهاي مديريت انرژي نظير خوشهبندي يا تجهيز آنها به برداشتگر انرژي از محيط، نقشي كليدي در افزايش طول عمر شبكه ايفا ميكند. در الگوريتمهاي مسيريابي خوشهبندي، سرخوشهها با برعهده گرفتن بخشي از وظايف ارتباطي پرهزينه، بار ارسال و دريافت پيام را براي گرههاي عادي كاهش ميدهند. از سوي ديگر وجود ناهمگوني سختافزاري گرهها در يك خوشه، امكان استفاده از گرههاي پرقدرت براي انجام وظايف سنگين ارتباطي را فراهم كرده و در صورت تجهيز آنها به سامانه برداشت انرژي از محيط، پايداري و طول عمر شبكه بهطور قابل توجهاي ارتقا مييابد.
براي بررسي رفتار دقيق شبكه در اين شرايط پيچيده، استفاده از مدلهاي صوري همچون شبكههاي پتري رنگي
CPNs گزينهاي كارآمد در مقايسه با پيادهسازيهاي نمونه است. اين نوع مدل صوري قادر است همزمان رويدادهاي گسسته نظير تبادل پيام و انتخاب سرخوشه و فرايندهاي پيوسته شامل برداشت و مصرف تدريجي انرژي را با دقت قابل قبولي بازتاب كند. در پژوهش حاضر، مدلي جامع براي چنين شبكهاي با استفاده از ابزار CPN Tools ارائه شده است كه با در نظر گرفتن عوامل مهمي نظير ظرفيت باتري، نرخ برداشت انرژي از محيط، سطح تابش نور خورشيد، زمان پاسخدهي حسگرها و فواصل زماني بين دورهاي اجرايي، تأثير هر يك بر مصرف انرژي شبكه را بهصورت كمّي ارزيابي ميكند. ساختار سلسلهمراتبي مدل بهگونهاي طراحي شده كه ضمن فراهمآوردن قابليت مقياسپذيري بالا، تغيير تعداد يا ويژگيهاي گرهها را نيز تسهيل مينمايد. افزون بر اين، ناهمگوني گرهها، شرايط اقليمي گوناگون و سازوكار برداشت انرژي در حالت خواب ميان دورهاي اجرايي در چارچوب يكپارچه همين مدل لحاظ شده است.
مدل پيشنهادي با امكان تمايز رفتار گرههاي ناهمگن و بررسي همزمان مؤلفههاي گسسته و پيوسته، ميتواند سطح انرژي گرهها را در هر لحظه رصد كرده و كارايي خوشهبندي را در مطالعات مختلف مورد ارزيابي قرار دهد. افزون بر اين، تعريف مفروضات متنوع در مدل، زمينه مدلسازي شرايط واقعي را با دقت قابلملاحظهاي فراهم ميكند. در نهايت، بهمنظور اعتبارسنجي مدل، پيادهسازي متناظر در شبيهساز تخصصي OMNeT++ صورت گرفته و مقايسه نتايج نشان ميدهد كه خروجيهاي مدل مذكور با رفتار عملي شبكه در سطح جزئيات پيادهسازي انطباق قابلقبولي دارد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/03/03
عنوان به انگليسي
Power Consumption evaluation in Internet of Things Based on Clustering Using a Petri Net Model
تاريخ بهره برداري
2/1/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا عبدالحسيني
چكيده به لاتين
With the rapid expansion of wireless technologies and the widespread emergence of the Internet of Things, optimizing energy consumption in networks composed of battery-powered nodes has become a major challenge in wireless sensor network research for IoT applications. This issue is especially critical in scenarios where nodes are deployed under severe energy constraints, making battery replacement or recharging infeasible. In such cases, employing energy management methods such as clustering algorithms or equipping nodes with environmental energy harvesters plays a key role in extending the network’s operational lifetime. In clustering based routing algorithms, cluster heads assume a portion of the energy intensive communication tasks, thereby reducing transmission and reception overhead for ordinary nodes. Furthermore, hardware heterogeneity among nodes in a cluster facilitates the use of high-capacity nodes to handle more demanding communication tasks, and equipping them with environmental energy harvesting systems significantly enhances network stability and lifetime.
To thoroughly analyze network behavior under these complex conditions, analytical models like colored Petri nets (CPNs)
provide an efficient alternative to costly and time consuming real world implementations. These models can accurately represent both discrete events such as message exchange and cluster head selection and continuous processes such as gradual energy harvesting and consumption. In the present study, a comprehensive model for such networks is developed using CPN Tools, taking into account key factors including battery capacity, environmental energy harvesting rate, sunlight intensity, sensor response time, and the interval between operational rounds. This approach provides a quantitative assessment of each factor’s impact on the network’s energy consumption. The model’s hierarchical structure offers high scalability, simplifying any changes to the number or characteristics of nodes. Moreover, node heterogeneity, diverse climatic conditions, and energy harvesting mechanisms during sleep intervals between rounds are seamlessly integrated into this unified framework.
By distinguishing the behavior of heterogeneous nodes and concurrently modeling discrete and continuous components, the proposed model can monitor node energy levels in real time and evaluate the effectiveness of clustering schemes in various studies. Additionally, by enabling diverse assumptions, the model allows for highly accurate simulations of real-world conditions. Finally, to validate the proposed model, a corresponding implementation was carried out in the OMNeT++ simulation environment, and a comparison of the results shows that the outputs of the hierarchical timed colored Petri net model closely align with actual network behavior in terms of detailed implementation.
كليدواژه هاي فارسي
مدلسازي , اينترنت اشياء , مصرف انرژي , خوشهبندي , شبكههاي پتري رنگي
كليدواژه هاي لاتين
Modeling , Internet of Things , Energy Consumption , Clustering , colored Petri nets
Author
zahra Abdolhosseini
SuperVisor
Dr. Mohammad Abdollahi Azgomi