رویکردی مبتنی بر اینترنت اشیا برای مدیریت هوشمند ساختمان با استفاده از روش فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده ریاضی و علوم رایانه، دانشگاه علامه طباطبائی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه برق و کامپیوتر، مرکز محمودآباد، واحد نور، دانشگاه آزاد اسلامی، محمودآباد، ایران

3 کارشناسی ارشد مدیریت فناوری اطلاعات، مؤسسه آموزش عالی نیما، محمودآباد، ایران

چکیده

استفاده از اینترنت اشیا به منظور بهره‌برداری از آن برای هوشمندسازی ساختمان‌ها و منازل، چالش‌های زیادی را به همراه داشته است. یکی از چالش‌های اساسی در راستای پیاده‌سازی و اجرای شبکه اینترنت اشیا، مسئله انرژی مصرفی تجهیزات آن است به گونه‌ای که عمر کوتاه تجهیزات در این نوع شبکه‌ها را در پی دارد. از این رو راهکارهای مختلفی در راستای رسیدن به هدف کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر گره‌ها ارائه شده است. هدف این پژوهش کاهش مصرف انرژی، افزایش تعداد بسته ارسال شده به مقصد، افزایش طول عمر تجهیزات این نوع شبکه و پوشش بیشتر آن‌ها است. برای تحقق این هدف از پروتکل LEACH* استفاده شد.پروتکل مسیریابی LEACH یک پروتکل سازماندهی شده است که بارها را بر روی شبکه های حسگر توزیع می‌کند. در پروتکل مسیریابیLEACH  گره‌ها خود را در گروه‌های محلی ساماندهی می‌کنند، به صورتی که یک گره در گروه به‌عنوان سرگروه عمل می‌کند. در این روش پیشنهادی تعداد بسیار کمی از گره‌ها در حالت فعال (روشن) برای ردیابی هدف قرار می‌گیرند و مابقی گره‌ها به حالت غیرفعال (خوابیده) تغییر وضعیت می‌دهند. در این مقاله روش پیشنهادی با پروتکل H-LEACH مقایسه می‌شود. نتایج مقایسه بیانگر عملکرد بهتر روش پیشنهادی نسبت به پروتکل H-LEACH در افزایش طول عمر شبکه است و در این روش 75/49 درصد بهبود انرژی باقیمانده و 44/36 درصد کاهش در بسته‌های ارسالی نسبت به روش H-LEACH مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An IoT-Based Approach for Intelligent Building Management Using Fuzzy Method

نویسندگان [English]

  • Hassan Rashidi 1
  • Nadi Alizadeh 2
  • Soheil Moomeni Azandariani 3
1 Professor, Department of Mathematics and Computer Science, Allameh Tabataba’i University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Electrical and Computer, Mahmoudabad center, Nour branch, Islamic Azad University, Mahmouabad, Iran
3 MSc of Information Technology Management, Nima Excellent Education Center Institute, Mahmoudabad, Iran
چکیده [English]

Using the Internet of Things (IoT) for intelligence of buildings and homes has posed many challenges. One of the main challenges in implementing IoT is the energy consumption of its equipment, so that leads to the short life time of equipment in networks like this. Various solutions have been proposed to achieve the goal of reducing energy consumption and increasing the life of nodes. The purpose of this study is to reduce energy consumption, increase the number of packets sent to the destination, increase the equipment life time in this type of network, and cover them more. To achieve this goal, the LEACH protocol is proposed instead of the probability distribution of fuzzy logic, in the cluster selection phase. The LEACH routing protocol is an organized one that distributes loads over sensor networks. In this protocol, nodes organize themselves into local groups, with one node in the group acting as the group leader. In this proposed method, a very small number of nodes are targeted in active mode for tracking, and the remaining nodes are switched to inactive (dormant) position. In this paper, the proposed method is compared with the H-LEACH protocol, which is the basis of tracking in important articles published exactly under the same conditions. Duo to boosting remaining energy in this method by 49.75% and reducing the sent packages by 36.44%, it is concluded that the proposed method performs better than the H-LEACH protocol in increasing the network life.

کلیدواژه‌ها [English]

  • IoT
  • Cuckoo Search
  • Cuckoo Optimization
  • Fuzzy Algorithm
  • Clustering

مراجع

توکلی، مسعود، رزقی، هادی و نصیری پور، امیراشکان. (1396). تأثیر به کارگیری اینترنت اشیاء بر عملکرد سازمانی حوزه سلامت (مطالعه موردی: بیمارستان شهید رجائی تهران). مدیریت بهداشت و درمان. 8(2) ص 41-56.
درواری، سیده زهرا، سدیدی، جواد. (1396) ارائه مدل توسعه یافته فرا ابتکاری مبتنی بر الگوریتم ژنتیک چندهدفه برای مدل‌سازی تغییر بهینه کاربری اراضی، برنامه‌ریزی و آمایش فضا، دوره بیست و یکم شماره سه.
دلقندی، فائزه، ریاحی نیا نصرت. (1397). امکان‌سنجی استفاده از خدمات تلفن همراه هوشمند در کتابخانه‌های دانشگاهی ایران (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی)، فصلنامه مدیریت اطلاعات و دانش شناسی، سال پنجم، شمارة یک، بهار (47-58)
رضوانی، زهرا، (1392)، روش ابداعی خوشه‌بندی مبتنی بر الگوریتم ازدحام ذرات در شبکه‌های بی‌سیم، اولین کنفرانس بین المللی الگوریتم‌های فرا ابتکاری.
رحیم پناه، ناصر محمد، مصری نژاد، فرهاد (1394) الگوریتم مسیریابی جدید مبتنی بر فاصله برای کاهش مصرف انرژی در شبکه‌های حسگر بی سیم، چهارمین کنفرانس ملی ایده‌های نو در مهندسی برق.
سامانی پور، علی، جاویدان، رضا. (1397). بررسی پلتفرم‌های پردازش ابری اینترنت اشیاء به‌عنوان زیرساخت نرم‌افزارهای سازمانی، دومین همایش ملی پیشرفت‌های معماری سازمانی.
 فامیلیان، مولود. (1394). بهینه­سازی سبد سهام با استفاده از الگوریتم جستجوی فاخته و رقابت استعماری. دومین کنفرانس بین‌المللی پژوهش­های نوین در مدیریت، اقتصاد و حسابداری.
غفاری، علی؛ داروگران، لادن و شیری، امیر، (1389)، مقایسه روش‌های تجمیع داده‌ها در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، سومین همایش ملی مهندسی برق کامپیوتر و فناوری اطلاعات، همدان. ص 536-531 -،https://civilica.com/doc/106132.
کیانی شاهوندی، لقمان، تشنه لب، محمد و هارون آبادی، علی، (1390)، ارائه یک روش جدید برای بهینه کردن مصرف انرژی در شبکه‌های بی‌سیم مبتنی بر الگوریتم رقابت استعماری، چهاردهمین کنفرانس دانشجویی مهندسی برق، ص 6:1-7.
قائینی، حسین، (1381) مدیریت هوشمند تأسیسات و بنا، دومین همایش بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان.
Atzori, L. Iera, A. & Morabito, G. (2010). The internet of things: A survey. Computer networks, 54(15): 2787-2805.
Blum.C, (2015) Ant colony optimization: Introduction and recent trends, Physics of Life Reviews, pp.2: 353–355.
Cheuk-Wang Yau, Tyrone Tai-On Kwok, Chi-Un Lei, Yu-Kwong Kwok, (2017) “Energy Harvesting in Internet of Things”, Internet of Everything pp 35-79.
Choudhary.V, Chowdhary.K. R, (2012), Energy Efficient Object Tracking Technique using Mobile Data Collectors in Wireless Networks, Special Issue of International Journal of Computer Applications on Wireless Communication and Mobile Networks, 0975 – 8887, pp.6:10-16.
Dnyaneshwar S. Mantri, Neeli Rashmi Prasad, Ramjee Prasad. (2018). Mobility and Heterogeneity Aware Cluster-Based Data Aggregation for Wireless Network, Springer.
Dutta.R,Gupta.SH, Mukul K. D, (2012), Power Consumption and Maximizing Network Lifeti during Communication of Node in WN, Procedia Technology, pp.4: 158 – 162.
Liang Xue, Yanlong Wang, Zhihua Li, Jijun Zhao, Xinping Guan, (2017), Robust Routing Design with Consideration of Lifetime Maximization for Wireless Networks in a Framework of Anti-Risk Strategy with the Improved Constrained Particle Swarm Optimization Approach, Wireless Personal Communications. June 2017, Volume 94, Issue 3, pp 527–558.
Malekan Seyed.Z, Mirabedini Hassan Zarei.J, Abdini Aboksar.M, (2014), Optimizing Energy consumption in networks using ant colony algorithm and fuzzy system, International Journal of Computer Application, ISSN: 2250-1797, pp.14:115-129.
Ms. Pavithra.G, Ms. Devaki, (2014), Link and Location Based Routing Mechanism for Energy Efficiency inWireless Networks, International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), pp.6:212-218.
Pedrycz, Witold (2020). Fuzzy control and fuzzy systems (2 ed.). Research Studies Press Ltd.
Qing-Shan Jia, Yuanming Zhang, Qianchuan Zhao. (2019) “Controlling the Internet of Things – from Energy Saving to Fast Evacuation in Smart Buildings”, Intelligent Building Control Systems pp 293-310.
Rutusha Patel, Shailaja Kanawade. (2017). Deployment of Data Aggregation Technique in Wireless Network, Springer.
Shyua.S. J, Linb.B.M. T, Yinc.P. Y, (2014), Application of ant colony optimization for no-wait flowshop scheduling problem to minimize the total completion time, Computers & Industrial Engineering,0360-8352, pp.13:181-194.
Tung-Wei Kuo, Kate Ching-Ju Lin, Ming-Jer Tsai. (2019), “On the Construction of Data Aggregation Tree with Minimum Energy Cost in Wireless Networks: NP-Completeness and Approximation Algorithms”, IEEE Transactions on Computers. Volume: 65, Issue: 10, Oct. 1.
Vishal Gupta and M.N. Doja, (2018), “H-LEACH: Modified and Efficient LEACH Protocol for Hybrid Clustering Scenario in Wireless Sensor Networks”, Springer Nature Singapore Pte Ltd. Advances in Intelligent Systems and Computing 638, https://doi.org/10.1007/978-981-10-6005-2_42.
Malekan Seyed.Z, Mirabedini Hassan Zarei.J, Abdini Aboksar.M,2014, Optimizing Energy consumption in networks using ant colony algorithm and fuzzy system, International Journal of Computer Application, ISSN: 2250-1797, pp.14:115-129.
Yang, X. S. & Deb, S. (2009). Cuckoo search via Lévy flights. In World Congress on Nature & Biologically Inspired Computing, December 9-11, (pp. 210-214). Retrieved June 17, 2019, from https://www.cs.tufts.edu/comp/150GA/homeworks/hw3/_reading7%20Cuckoo%20search.pdf

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 مهر 1399
  • تاریخ بازنگری: 13 آبان 1399
  • تاریخ پذیرش: 28 آذر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار