提议IoT-Enabled智能垃圾箱管理体系和有效的路线选择

文摘

物联网(物联网)是一种新兴技术,提供有前景的现代化传统的系统解决方案。这协议承诺导致结晶智能城市、智能家居、智能产业,和智能环境。本文介绍了智能智能城市的废物管理架构和高效的路由技术架构考虑至少延迟。在无线传感器网络中,端到端延迟是一个重要的服务质量(QoS)参数来克服延迟数据通信。在本文中,我们考虑在智能废物管理应用程序的端到端延迟最小化。“端到端延迟”一词被定义为总时间由一个数据包到达目的节点。该方案考虑了干扰水平,路由路径的长度,沿着路径跳数。仿真结果表明,该方案优于当前的计划。

1。介绍

沟通和激烈的革命的后果是计算机应用发展互联网。从传统的信息传送,当今的时代是网络,机器对机器(M2M)通信,通信的实时音频、视频、和感官数据,等,这可能是由于在super-media进步。物联网(物联网)链接物理诸如汽车、冰箱、恒温器,汽车互联网无线网络并激活他们分享和坐标信息1- - - - - -6]。物联网的各种应用程序包括交通、医疗、制造业、家庭自动化、电网。物联网中起着显著的作用,提高生活质量和世界经济增长7- - - - - -9]。信息和通讯技术(ICT)的发展产生越来越多的对象,成为嵌入式传感器和与其他事物和对象有沟通的能力,也就是说,将物质世界本身转变为一个信息和知识系统(10,11]。物联网使事情/对象使用互联网环境的积极参与者。也就是说,他们与其他成员或栈共享数据和信息持有者通过无线/有线网络,通常使用相同的互联网协议(IP)连接网络(12,13]。这样,事情/对象有能力识别行为和偏差的环境和有能力自主代理/反应很大程度上以一个适当的方式而无需人工干预。这些未来物联网生长需要看到加速度和成熟的通用标准,创造性的方法和更多的跨部门合作的商业模式(14]。

无线传感器是物联网的重要应用之一7,15]。许多传感器可能加入建立网络,即无线传感器网络,这是一个自组织网络。传感器收集感知数据回信息中心实时存储和分析(16,17]。传感器收集周围环境的数据并将数据发送到基站通过中间节点。这些传感器节点部署在不同的物联网应用程序如上所述的特定任务。此外,智能城市应用程序在过去几年获得高吸引力。

调查,有效的废物管理是失踪在先进的智能城市的应用研究。因此,一个应用程序,即智能废物管理(SWM)系统旨在开发克服智能城市的垃圾收集问题。SWM准时提供垃圾收集和最小化垃圾收集过程的总成本。这项工作表明,在物联网智能垃圾处理系统使清洁运营商实时检测清洗问题。因此,这个系统确保提高整体生产力和清洁。此外,端到端延迟也考虑建议的体系结构。演示了“端到端延迟”一词所花费的时间的总和一个数据包从源到目的地的合成等许多因素干扰水平的路径,路由路径的长度,节点的数量/跳路由路径。本文主要关注节点延迟,延迟从源到目的地,单个节点的延迟。

传统上,垃圾桶被清洁工在指定的时间间隔放气。这个过程有许多缺点如下(18]:(1)一些垃圾桶满速度比捡和排空时填满之前的下次安排收集姿势卫生风险(2)有一些特殊的日子,比如,公共假日,周末和节日,在此期间,许多垃圾桶很快填满,可能需要更快的收集时间间隔

这里提出的工作展示了智能废物管理架构,确保清洁运营商实时探测清洁问题。此外,减少端到端延迟也考虑当消息需要发送的垃圾收集器。

本文组织如下。节2的背景,讨论了物联网。提出的方法描述部分3。部分4描述了仿真结果。结论和未来的工作描述的部分5。

2。物联网的背景

沟通是物联网最重要的一部分,也就是说,不同的设备的互联互通能够与其他设备通信(19]。所有的附加属性,如操纵、传感、采集、过程,和数据存储,是不必要的,除非和直到设备正是需要这些属性之一。然而,沟通能力是必要的,当分类设备作为物联网设备。它比正在执行的沟通更重要;与此同时,物理链路层通信在物联网在很多方面可以理解。

图1显示设备的通信并不总是需要一个特定的通信网络。也就是说,当两个设备的通信范围内,他们可以直接相互通信;例如,无线电技术,如蓝牙或无线个域网,使直接沟通(20.]。在图1设备使用一个协议通过网关进行通信,也就是说,IPv6在“低功耗无线个人区域网”然后网关可以互相使用另一个协议IPv4网络。在图1B、案例演示了两个设备直接连接到通信网络,而不需要一个网关,可以交流,即使节点定位在不同的地方。物理设备可以绘制在信息世界中通过使用多个虚拟的东西;然而,一个虚拟的东西不需要与多个物理相关的事情。它会存在任何物理自主的事情;例如,一个物理的东西可以由多个应用程序执行在虚拟世界中有多个特征。同样的,虚拟的东西也有很多身份;例如,一个虚拟的东西可能是一个音频文件在一个USB驱动器。这个音频文件可能有不同的文件名称和多个副本,和这些文件可能有不同的品质。

在[21),以有效的传输协议介绍super-media智能监测系统的数据。流量控制和同步技术考虑智能监测系统的效率最大化。有三个通道考虑建议的体系结构从环境中收集的数据和数据中心。第一个通道的视频通道,第二通道的音频通道,第三个通道是多种感觉的通道。

上优于同步(LS)方法提出了(22)尽量减少传输延迟对工业物联网(IIoTs),而对减少网络寿命没有影响。LS算法认为IIoTs转发节点的传输延迟最小化。在LS方案中,每个发送节点看起来靠近汇聚节点的中间节点通过数据选择传达到水槽节点。发送方节点同步通过自学与它的邻居节点的工作周期。水槽在传感器IIoTs,附近的节点消耗的能量要比节点远离高下沉。然而,节点靠近水槽有较小的延迟,最终提高了网络性能方面的延迟。

基于用途的适应性工作周期(UADC)提出了23]显示强劲的能源效率,减少传输延迟,提高网络的生命周期。该算法综合考虑绩效评估来确定中继节点的选择。数据传播算法选择节点,提高效率的能源节约。传输效率是通过最大化增强尝试重新传输的单位传输能耗。获得更好的价值,转发节点组成的小单元传输能量耗散,轻微的延迟和高能源被认为是。因此,实现整体能源效率、能源利用率是稳定的,和数据传播延迟最小化。因此,从网络整体UADC达到一个最佳的结果通过选择链接,增加了网络的功能。

废物管理系统(WMS)提出了(24),侧重于社会方面的废物管理系统。WMS和RFID标签使用物联网设备,重量,和超声波传感器测量公民与WMS的交互。每本是配备了一个物联网设备、超声波传感器、重量传感器、射频识别阅读器,太阳能电池,和两个发光二极管作为指标,这些指标之一,另一个是颜色是红色,绿色。每个公民都想与系统交互的RFID卡与凭证相关公民。然而,建筑不是有效的本管理、资源保护和信息传播。

旅行的时间由一个消息从源到目的地称为端到端延迟。延迟取决于数量的啤酒花和网络上的拥堵。无线传感器网络的传感器节点是由小电池,可充电或更换。因此,传感器只能发送一个有限数量的比特从源到汇到他们耗尽精力25]。QoS的主要指标是端到端延迟。数据速率和端到端延迟都是用户预期的数据传输速度的综合效应。小型文件的传输,端到端延迟是主导因素,对于大型文件的传输,数据速率是主导因素。在无线传感器的环境中,传感器节点需要定期报道水槽,端到端延迟起着关键作用。为此,我们集中精力找到无线传感器节点,减少端到端延迟。“端到端延迟”一词形容时间的总和的数据包到达目的地。许多因素可以合成,包括沿路径的干扰水平,路由路径长度,和路由路径的跳数。

到目前为止,我们的重点是在智能节点延迟废物管理架构,这是延迟从源到目的地,单个节点的延迟。现在,让我们观察延迟的总数从源到目的地。假设我们有“N−1”数据从源节点到目标节点的节点。让我们考虑一段时间,网络拥堵排队延迟是微不足道的,在每个路由器,存在处理延迟和主机源D_proc。每个路由器传输速率的源主机是R位/秒D_道具在每一个环节的传播;每个节点的延迟积累端到端延迟: 在哪里l包的大小和吗R是路由器。

3所示。提出的方法

本节提供建议的方法,演示了聪明的废物管理系统使得清洗操作和检测实时物联网的清洁问题。聪明的废物管理架构提出了部分3.1确保提高整体生产力和清洁。部分3.2提供了端到端延迟最小化当源节点(本)充满了垃圾,需要清空。以下描述的部分。

3.1。聪明的废物管理架构

市政的操作难题之一,当地政府正面临是城市固体垃圾的收集。近年来,由于环境问题的数量和成本,大部分的城市被迫来评估他们的固体废物管理和检查成本效益和环境的影响,例如,设计的路线。在过去的15年里,大量的技术进步,新收购和发展提供的行业。因此,市政和私人搬运工都认真考虑使用计算机等先进技术车辆路线规划和进度的决定收集废物(26]。本系统描述的研究计划和电脑化的车辆路线城市固体垃圾的收集不同地区的巴基斯坦。该系统包含的所有阶段的集合我们浪费材料,装载卡车,在回收单位回收它。

为了这个目的,它包括以下的活动列表:(我)控制和监测废物的收集;有效和快速运输回收单位/点(2)防止垃圾溢出从垃圾桶在运输到回收单位(3)快速运输回收单位,这样交通条件将在高峰时间不被打扰(iv)适当的存储和维护的存储单元

这是唯一的一个方面回收的废物。现在,让我们谈谈智能废物容器回收和管理系统。我们使用智能垃圾箱的waste-detecting传感器是固定的。这些传感器可以发送信号到最近的基站传感器参考。

当传感器检测到垃圾的体积时,他们各自的中心沟通,说明垃圾的体积。垃圾中心将垃圾皮卡发送到从垃圾桶收集垃圾和回收的回收单位。

在下图中,表明,垃圾收集车走的路线是最优化路线,成本和hygiene-wise。

在图2,它会很容易注意到皮卡是指向那些超过90%的垃圾桶满约100%满,而不是选择的路径部分填满。在这种情况下,皮卡选择最优化路线,不仅降低了其成本集合中往返,而且盾牌的不利条件。

3.2。拟议中的端到端延迟的技术

延迟估计量的估计和计算在任何节点n_我通过使用方程(执行2)以下,道明_我,我是延迟是由于传输包(P)的节点n_j从节点n_我使用链接l_我,我和QD_倪是队列延迟。P_r是一个节点到另一个节点的传播延迟在处理延迟可以放在其他延误有经验的包(p);然而,它可以忽略这些极小:

队列延迟QD_倪的包P延迟在任何节点处理的包吗P它仍然在队列中。平滑系数的值是恒定的α这是0和1。最初,QD_倪经历是队列延迟第一个包:

传输延迟(TD_我,我)是由数据包的时间(P),仍然在MAC层的节点n_我之前成功传输到节点n_j在链接l_我,我或下降。它可以给出的公式计算出方程(4),代表不同的数据率位博士,数据包的大小由SP位,并在时间间隔传输数据包的数量δt是NP:

传播延迟,P_rD,所花费的时间包物理节点的旅程n_我到节点n_j。d_倪距离除以速度吗按照下面公式:

如果有N路径从发送节点到目标节点,然后发送方估计路径延迟PD和自动选取的路径至少延迟比较其他路径来发送消息。让n_p表示的路径和数量n_我表示节点的数目,我= 1,2,3,…,N。

路径延迟(PD)在每个路径估计如下:

如果p> 1,p表示路径的数量

传播被认为从源到目的地的最低在无线网络的端到端延迟传播可以保留并保证链接。不同的路径需要不同间隔的值计算表映射所有间隔对应的路径,减少端到端延迟图中描述3。

的责任EREP算法下跳根据要求选择所需的QoS参数中描述的算法1。在接收到数据包(DPs)数据包分类器模块,我们提议EREP算法,给出以下,搜索路由表(R_t),只有那些在附近节点的链接(L-QUAL质量_我,j)大于或等于预定义的阈值水平(L-QUALthre)和地方在NNL-QUAL(线:2 - 4)。DP立即丢弃的空NNL-QUAL(线路:5 - 6)。否则,DP属于CD,延迟知道过程称为输入NNPD和DP(行:7 - 8)。而在DP属于非传染性疾病的情况下,所需的啤酒花(DH)是属于NNL-QUAL节点。

一旦推迟知道程序被调用时,它只选择那些节点属于NNL-QUAL的端到端路径延迟(PD_我,j)是小于或等于要求延迟(PD_{要求的事情}),并将它们在NNPD(行:10 - 12)。对于空NNPD,数据包就会被丢弃立即(行:13 - 14日)。NNPD如果有一个节点,那么该节点被选中作为DH(第15 - 16行:)。否则,reliability-aware过程称为输入NNPD和DP(线:17)。在调用reliability-aware过程,只选择那些端到端路径的节点可靠性(PR_我,j)大于或等于所需的可靠性(公关_{要求的事情})并将它们存储在NNPR(行:18 - 20)。如果没有一个节点满足所需的可靠性需求,然后DH是节点属于NNPD拥有最高的公关_我,j(台词:21 - 22)。NNPR如果只有一个条目,那么该节点被选中作为DH(行:23 - 24日)。否则,节点属于NNPR至少PT_我,j是选为DH(线:25)。

4所示。仿真结果

研究提出算法的性能和比较他们现有的多种实验是利用仿真工具进行。MATLAB是一种高精度数值模拟环境和一个受欢迎的工具来评估网络模型,用于模拟工具。仿真网络被认为是在表1对算法的性能进行评估。仿真结果进行了分析评估提出了算法的效率。各种性能参数,比如包丢失,拥堵,包送货,和缓冲区大小,考虑比较与当前方案。该方案简要描述提到参数在下面的部分中给出。

4.1。模拟网络参数

以下4.4.1。包丢失

当一些数据穿越计算机网络和一个或多个数据包无法到达目的地,那么它被称为包丢失。包损失主要是由计算机网络拥塞造成的。它可以测量的百分比数据包丢失的数据包发送。

4.1.2。交通拥堵

的减少网络拥塞可以被定义为服务质量(QoS),在这种情况下发生在当一个网络携带比它可以处理更多的数据。这会影响排队延迟,导致阻塞的连接和数据包丢失。

4.1.3。包送货

包交付是生成的数据包的比率比收到的数据包的目的地。

4.1.4。缓冲区大小

缓冲区大小的物理区域的内存存储用于临时存储数据被从一个地方移动到另一个。

4.1.5。比特率

比特率是数据传输的速率从源到目的地。换句话说,我们可以说,在给定的时间多少数据传输。它主要是通过测量每秒位数(bps)或(Kbps)和(Mbps)。

4.2。平均丢包率

算法的性能可以用平均丢包率,评估一个更好的算法可以定义当丢包率至少在数据生成增加。图4描述的性能高效的路由选举过程(EREP)的丢包率,而结果EREP CDR和LTRT比较程序。

4.3。平均成功率

算法的性能可以评估使用的平均成功率,可以定义一个更好的算法,当包成功率更大。图5描述的性能EREP平均成功率而言,虽然EREP的结果相比,CDR和LTRT程序。

数据生成率的影响如图5通过考虑不同的链接的品质在包成功率。数据生成增加,包成功率是小幅减少计划,可能是因为交通堵塞。

4.4。准时包交付

算法的性能可以通过准时交付的包,一个更好的评估算法可以定义当准时包交付更大的数据生成时增加。图6描述的性能EREP准时包交付,而结果EREP比较和CDR LTRT程序。

时间约束影响数据包的平均时间交货率相似品质通过考虑不同的链接。

从数据很明显4- - - - - -6,提出EREP方案优于目前比其他方案,诸如CDR [27]和LTRT [28]。这是因为考虑到传播延迟在评价每跳的端到端延迟。

5。结论和未来的工作方向

本文提出IoT-enabled废物管理系统(SWM)智能城市的应用程序。因此,开发一个应用程序最初在智能城市,即智能废物管理(SWM)系统。SWM系统提供准时的垃圾收集,最终的总成本最小化垃圾收集过程。拟议的工作表明,物联网的废物管理系统使清洁运营商实时检测清洗问题。因此,该系统有助于提高整体工作效率和清洁。此外,端到端延迟也考虑建议的体系结构。“端到端延迟”一词是证明一个数据包的总时间达到从源到目的地的合成许多因素,包括沿路径的干扰水平,路由路径的长度,节点的数量/跳路由路径。传播延迟也被认为是在评估的端到端延迟。从仿真结果中观察到的,该方案优于现有的工作。

维护算法,可靠性、冗余最小化和SWM应用程序中数据广播是开放的研究问题。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Asim·泽提出了方法。Qurban阿里负责验证。Muhammad Saleem回顾了凯伊斯手稿。哈立德Mahmood Awan负责资源管理和概念化。贾马尔Uddin和默罕默德凯伊斯Saleem参与融资收购。阿里赛义德Alowayr Saleem伊克巴尔和写的手稿,并负责最终批准证明手稿。费萨尔巴希尔进行审查和编辑。

确认

这项工作是在Qurtuba大学开发的科学和信息技术,巴基斯坦,伊斯兰堡与通讯卫星合作大学Attock校园,巴基斯坦。

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