همایش آروین البرز ETSJR 1 3 2025 07 26 Application of Cuckoo Algorithm in Solving Routing Challenges in Internet of Things Networks کاربرد الگوریتم فاخته در حل چالش های مسیریابی شبکه های اینترنت اشیا 15 34 10.22051/jera.2021.31891.2698 FA عبید کارشناسی ارشد رشته کامپیوتر گرایش نرم افزار، دانشگاه شهید رضایی، استان کرمانشاه، ایران 2025 07 02 The Internet of Things (IoT) represents a transformative paradigm in modern networking, enabling the large-scale interconnection of heterogeneous devices ranging from sensors and actuators to complex embedded systems. With the continuous expansion of IoT deployments across domains such as smart cities, healthcare, and industrial automation, the demand for efficient, reliable, and scalable routing mechanisms has become increasingly critical. Conventional routing protocols, originally devised for traditional networks, struggle to accommodate the unique constraints of IoT environments, such as stringent energy limitations, high device density, dynamic topologies, and varying Quality-of-Service (QoS) requirements. These challenges necessitate the exploration and adoption of innovative, adaptive routing solutions. Nature-inspired optimization algorithms, especially the Cuckoo Optimization Algorithm (COA), have emerged as powerful alternatives for solving complex, dynamic problems in network design and management. Modelled on the brood parasitism behavior of cuckoo birds, COA offers global search capabilities, robust convergence characteristics, and flexibility in high-dimensional spaces, making it well-suited for addressing the multifaceted routing problems prevalent in IoT networks. The primary research goal of this study is to assess the applicability and effectiveness of the Cuckoo Optimization Algorithm in solving major routing challenges inherent in IoT networks, including balancing energy consumption, enhancing packet delivery reliability, optimizing network scalability, and coping with the heterogeneous and adaptive nature of IoT devices. This article begins by identifying and analyzing the specific routing challenges faced in IoT environments, followed by an introduction to the fundamentals and operational mechanics of COA. It then explores state-of-the-art applications of COA in wireless sensor and IoT networks, highlighting its comparative advantages over traditional and other metaheuristic algorithms. Building on this foundation, the paper discusses the adaptation of COA for IoT routing, detailing problem formulation, algorithm integration with IoT protocol stacks, and network simulation results. Extensive experimental evaluations demonstrate that COA-based routing solutions significantly outperform conventional approaches in terms of energy efficiency, network lifetime, reliability, and scalability. اینترنت اشیا (IoT) یک الگوی متحول‌کننده در شبکه‌های مدرن است که امکان اتصال دستگاه‌های ناهمگن در مقیاس بزرگ، از حسگرها و محرک‌ها گرفته تا سیستم‌های تعبیه‌شده پیچیده را فراهم می‌کند. با گسترش مداوم استقرار اینترنت اشیا در حوزه‌هایی مانند شهرهای هوشمند، مراقبت‌های بهداشتی و اتوماسیون صنعتی، تقاضا برای مکانیسم‌های مسیریابی کارآمد، قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر به طور فزاینده‌ای حیاتی شده است. پروتکل‌های مسیریابی مرسوم، که در ابتدا برای شبکه‌های سنتی ابداع شده بودند، در تطبیق با محدودیت‌های منحصر به فرد محیط‌های اینترنت اشیا، مانند محدودیت‌های سختگیرانه انرژی، تراکم بالای دستگاه، توپولوژی‌های پویا و الزامات متغیر کیفیت خدمات (QoS)، با مشکل مواجه هستند. این چالش‌ها، کاوش و پذیرش راه‌حل‌های مسیریابی نوآورانه و تطبیقی ​​را ضروری می‌سازد. الگوریتم‌های بهینه‌سازی الهام گرفته از طبیعت، به ویژه الگوریتم بهینه‌سازی فاخته (COA)، به عنوان جایگزین‌های قدرتمندی برای حل مسائل پیچیده و پویا در طراحی و مدیریت شبکه ظهور کرده‌اند. COA که بر اساس رفتار انگلی جوجه‌های پرندگان فاخته مدل‌سازی شده است، قابلیت‌های جستجوی سراسری، ویژگی‌های همگرایی قوی و انعطاف‌پذیری در فضاهای با ابعاد بالا را ارائه می‌دهد و آن را برای پرداختن به مسائل مسیریابی چندوجهی رایج در شبکه‌های اینترنت اشیا بسیار مناسب می‌سازد. هدف اصلی این مطالعه، ارزیابی کاربردپذیری و اثربخشی الگوریتم بهینه‌سازی فاخته در حل چالش‌های اصلی مسیریابی ذاتی در شبکه‌های اینترنت اشیا، از جمله متعادل کردن مصرف انرژی، افزایش قابلیت اطمینان تحویل بسته، بهینه‌سازی مقیاس‌پذیری شبکه و مقابله با ماهیت ناهمگن و تطبیقی ​​دستگاه‌های اینترنت اشیا است. این مقاله با شناسایی و تحلیل چالش‌های خاص مسیریابی که در محیط‌های اینترنت اشیا با آن مواجه هستیم، آغاز می‌شود و پس از آن مقدمه‌ای بر اصول و مکانیک عملیاتی COA ارائه می‌شود. سپس به بررسی کاربردهای پیشرفته COA در شبکه‌های حسگر بی‌سیم و اینترنت اشیا می‌پردازد و مزایای نسبی آن را نسبت به الگوریتم‌های سنتی و سایر الگوریتم‌های فراابتکاری برجسته می‌کند. بر اساس این پایه، این مقاله به بررسی تطبیق COA برای مسیریابی اینترنت اشیا، جزئیات فرمول‌بندی مسئله، ادغام الگوریتم با پشته‌های پروتکل اینترنت اشیا و نتایج شبیه‌سازی شبکه می‌پردازد. ارزیابی‌های تجربی گسترده نشان می‌دهد که راه‌حل‌های مسیریابی مبتنی بر COA از نظر بهره‌وری انرژی، طول عمر شبکه، قابلیت اطمینان و مقیاس‌پذیری به طور قابل توجهی از رویکردهای مرسوم بهتر عمل می‌کنند. /downloadfilepdf/213421