Kablosuz algılayıcı ağlar için enerji duyarlı en iyi küme başı seçimine dayalı yeni bir kümeleme algoritması
A new clustering algorithm based on the selection of the best energy efficient   cluster head for wireless sensor networks
Yazar: MUHAMMET TAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ARAFAT ŞENTÜRK
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Kablosuz Algılayıcı Ağ (KAA)'lar geniş kullanım alanı bulunan, oldukça küçük boyutlu, sınırlı pil ömrüne sahip ve kablosuz olarak veri ileten ve alan ağ elemanlarıdır. Sınırlı kapasiteleri nedeniyle algılayıcılar olabildiğince az enerji kullanarak yaşam döngülerini uzatmaları gerekmektedir. Bu açıdan bakıldığında algılayıcıların daha az enerji ile veri iletimi veya veri alımı yapabilmeleri için birçok algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritmalar genel itibariyle algılayıcıların birlikte çalışarak iş bölümü yapmasına dayanmaktadır. Enerji tüketiminde önemli bir paya sahip olan veri iletimi ve alımı kablosuz algılayıcılar arasındaki mesafe, bant genişliği ve veri depolama kapasitesiyle doğrudan orantılıdır. Bu nedenle uzak iki algılayıcının veri iletimindeki enerji kullanımı yakın olan algılayıcıdan daha fazla olacağından bu mesafenin düşürülmesi adına kümeleme yöntemi geliştirilmiştir. Kümeleme yönteminde en etkili rolü Küme Başları (KB) oynamaktadır. Bu tez çalışmasında, algılayıcıların birbirlerine veya baz istasyonuna veri gönderirken harcamış oldukları enerjiyi en aza düşürerek algılayıcılar için hayati öneme sahip olan batarya ömrünün uzatılması sağlayan yeni bir kümeleme algoritması geliştirilmiştir. Kablosuz Algılayıcı Ağlar için etkin bir kümelemeye dayalı bu yeni algoritma Küme Merkezli-Küme Başı Seçim Algoritması (KM-KBA) olarak adlandırılmıştır. KM-KBA kümelenmiş bir Kablosuz Algılayıcı Ağ'da her bir kümenin kendi içerisinde iki kümeye ayrılmasına dayanmaktadır. Bu iki kümeden birincisi tüm algılayıcıların ortalama mesafesi içerisinde bulunan algılayıcılardan oluşan, küme içerisindeki algılayıcıların merkezi konumunda bulunan ve Küme Merkezi (KM) olarak adlandırılan küme, ikincisi ise Küme Merkezi dışında kalan algılayıcıların oluşturmuş olduğu ve Küme Merkezi Dışındakiler (KMD) olarak adlandırılan dış kümeden oluşmaktadır. Küme Merkezi içerisinde bulunan algılayıcılar Kablosuz Algılayıcı Ağ'ın veri gönderimi ve alımı için belirlen periyotlar (döngü) içerisinde KB olma önceliğine sahiptirler. Bu sayede merkezi konumda bulunan algılayıcıların KB olması sağlanarak mesafe bazlı enerji tasarrufu sağlanarak KAA'ların ömrü uzatılmaktadır. Geliştirilen bu algoritma, Matlab benzetim aracı ile başarım değerlendirmesi yapılarak, algılayıcıların yaşam döngü sayısı, döngü başına harcamış oldukları enerji miktarı ve gönderilen toplam paket sayıları diğer algoritmalarla karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir.

Abstract:
Wireless Sensor Networks (WSN) are the network elements which are widely used, very small size, limited battery life, data transmitting and receiving wirelessly. Because of their limited capacity, life cycles need to be extended by using as little energy as possible. In this respect, many algorithms have been developed to enable sensors to transmit or receive data with less energy. These algorithms are generally based on working of the sensors together to make the division of labor. Data transmission and reception which have a significant share in energy consumption are directly proportional with the distance between wireless sensors, bandwidth and data storage capacity. Because of this, the energy usage of data transmission of the two remote sensors will be more than the proximity sensor so the clustering method has been developed in order to reduce this distance. Therefore, Cluster Heads (KB) plays the most effective role in clustering method. In this thesis, a new clustering algorithm has been developed to minimize the energy consumed by the sensors while sending data to each other or to the base station and to extend the battery life which is vital for the sensors. This new algorithm based on an efficient clustering for Wireless Sensor Networks is called Cluster Centric-Cluster Head Selection Algorithm (Küme Merkezli- Küme Başı Seçim Algorithm (KM-KBA)). KM-KBA is a Wireless Sensor Network in each cluster is based on clustered into two clusters in itself. The first of these two clusters consists of the sensors which are located within the average distance of all the sensors and which is located in the central position of the sensors within the cluster and called the Cluster Center (CC), and the second consists of the outer cluster called sensors Outside the Cluster Center (OCC). Sensors in the Cluster Center (CC) have the priority Cluster Head (CH) in the specified period (round) for the Wireless Sensor Network's data transmission and reception. In this way, by providing the centralized sensors to be Cluster Head (CH), distance-based energy saving is provided and the life of the WSNs extended. The developed algorithm, performance evaluated with Matlab simulation tool, the number of life round of the sensors, the amount of energy spent per round and the total number of packets sent were analyzed in comparison with other algorithms.