استاد راهنما:

دکتر محمد رضا میبدی

استاد مشاور:

دکتر سعید ستایشی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب:

چکیده………………………………. 9

1-   مقدمه…………………………….. 10

1-1-   شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 10

1-1-1-    مسائل مطرح در شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 13

1-1-2-    پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 15

1-1-3-   خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 16

1-1-4-    تجمیع داده ها در شبکه های حسگر…………………………….. 17

1-2-   کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 18

1-2-1-    کیفیت سرویس در شبکه های داده ای سنتی………………………………. 20

1-2-2-   کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 26

1-3-  آتوماتای یادگیر…………………………….. 29

1-3-1-   آتوماتای یادگیر…………………………….. 31

1-3-2-   معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر…………………………….. 34

1-3-3-   الگوریتمهای یادگیری………………………………. 35

1-3-4-   آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر…………………………….. 39

1-4-   آتوماتای یادگیر سلولی……………………………… 40

1-4-1-    آتوماتای سلولی………………………………. 40

1-4-2-   آتوماتای یادگیر سلولی (CLA)……………………………..

1-4-3-   آتوماتای یادگیر سلولی نامنظم (ICLA)……………………………..

1-5-   اهداف پایان نامه و ساختار آن……………………………… 48

2-  پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیرسلولی…. 50

2-1-   مقدمه……………………………. 50

2-1-1-    اشکال مختلف طراحی………………………………. 51

2-2-  دسته بندی مسائل پوشش در شبکه های حسگر………………. 52

2-2-1-   پوشش ناحیه ای………………………………. 53

2-2-2-   پوشش نقطه ای……………………………. 56

2-2-3-  پوشش مرزی……………………………. 57

2-3-  روش پوشش CCP………………………………

2-3-1-   فرضیات مسئله……………………………… 59

2-3-2-  تشریح روش……………………………. 59

2-4-  حل مسئله پوشش(k-پوششی ) با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر………….. 61

2-4-1-   فرضیات و مدل مسئله……………………………… 63

2-4-2-   روش تشخیص افزونه بودن نود حسگر…………………………….. 64

2-4-3-  شبیه سازی ……………………………. 72

2-5-  جمع بندی……………………………. 79

3-  خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر سلولی….. 80

3-1-  مقدمه……………………………. 80

3-2-  کارهای انجام شده…………………………….. 83

3-2-1-   پروتکل خوشه بندی LEACH………………………………

3-2-2-  پروتکل خوشه بندی HEED………………………………

3-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر سلولی….. 93

3-3-1-   روش خوشه بندی پیشنهادی………………………………. 94

3-3-2-  شبیه سازی……………………………. 102

3-4-  جمع بندی …………………………….107

4-  تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر……. 108

4-1-   مقدمه……………………………. 108

4-2-  کارهای انجام گرفته…………………………….. 109

4-3-  تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر….. 112

4-3-1-   اظهار مسئله و مفروضات آن……………………………… 113 جستجو در سایت :   

4-3-2-  تشریح روش پیشنهادی………………………………. 115

4-4-  شبیه سازی…………………………….119

4-4-1-   آزمایش اول……………………………. 122

4-4-2-   آزمایش دوم ……………………………. 122

4-4-3-  آزمایش سوم……………………………. 123

4-5-  جمع بندی ……………………………. 125

5-  نتیجه گیری……………………………… 126

6-  پیوست اول: شبکه های حسگر بی سیم……………………………… 127

6-1-   تاریخچه شبکه های حسگر…………………………….. 127

6-2-  ساختار هر گره حسگر…………………………….. 128

6-2-1-   اجزاء درونی یک گره حسگر…………………………….. 128

6-2-2-   محدودیتهای سختافزاری یک گره حسگر…………………………….. 130

6-3-  پشته پروتکلی  ……………………………. 131

6-4-  مزایای شبکه های حسگر بیسیم……………………………… 132

6-5-  کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم……………………………… 134

7-  پیوست دوم:آتوماتای یادگیرسلولی……………………………… 138

7-1-  تاریخچه آتوماتای یادگیر…………………………….. 138

7-2-  معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر…………………………….. 139

7-3- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر…………………………….. 141

7-4-  آتوماتای یادگیر تعقیبی……………………………… 142

7-5-  آتوماتای یادگیر سلولی (CLA)……………………………..

7-6-  آتوماتای یادگیر سلولی باز(OCLA)……………………………..

7-7- آتوماتای یادگیر سلولی ناهمگام (ACLA)……………………………..

8-  پیوست سوم: تبیین نرم افزار J-Sim و پیاده سازی الگوریتمهای پیشنهادی با آن…… 155

8-1-  مقدمه ……………………………. 155

8-2-  شبیه ساز J-Sim …………………………….

8-2-1-   شبیه سازی شبکه های حسگر بی سیم با بهره گیری از J-sim……………………………….

8-2-2-  نصب و اجرا…………………………….162

8-3- پیاده سازی الگوریتم خوشه بندی پیشنهادی………………… 163

8-4-  پیاده سازی الگوریتم پوشش پیشنهادی…………………….. 185

8-5-  پیاده سازی الگوریتم تجمیع پیشنهادی……………………………… 190

9-  واژه نامه…………………………….. 195

مراجع…………………………….. 199

چکیده:

کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم نسبت به شبکه های سنتی بسیار متفاوت می باشد. بعضی از پارامترهایی که در ارزیابی کیفیت سرویس در این شبکه ها مورد بهره گیری قرار می گیرند عبارتند از: پوشش شبکه, تعداد بهینه نودهای فعال در شبکه, طول عمر شبکه و اندازه مصرف انرژی. در این پایان نامه سه مسئله اساسی شبکه ها ی حسگر بی سیم مطرح گردیده و با هدف بهبود پارامترهای کیفیت سرویس، برای این مسائل، راه حلهایی کارا با بهره گیری از روش هوشمند آتوماتاهای یادگیرسلولی ارائه شده می باشد. آغاز مسئله پوشش محیط در شبکه های حسگر را با بهره گیری از غیر فعال کردن نودهای غیر ضروری و فعال نگه داشتن بهینه نودها حل می گردد، تا در مصرف انرژی صرفه جویی به اقدام آمده و عمر شبکه افزایش یابد. سپس به مسئله خوشه بندی در شبکه حسگر پرداخته شده و با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیرسلولی, شبکه های حسگر به گونه ای خوشه بندی می شوند که انرژی به صورت یکنواخت در شبکه بمصرف رسیده وعمر شبکه افزایش یابد. پس از آن با بهره گیری از آتوماتاهای یادگیر یک روش تجمیع داده های محیط حسگری پیشنهاد می گردد که در مصرف انرژی شبکه صرفه جویی به اقدام آورده و عمر شبکه را افزایش می دهد. همه روشهای ارائه شده با بهره گیری از نرم افزار J-Sim شبیه سازی گردیده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد بهتر روشهای پیشنهادی نسبت به روشهای مشابه می باشد.

1- مقدمه

1-1- شبکه های حسگر بیسیم

شبکه های حسگر بی سیم[1] جهت جمع آوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی تواند حضورداشته باشد، مورد بهره گیری قرار می گیرند. در یک شبکه حسگر، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می کنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای نظاره گر اصلی ارسال می نمایند. عملکرد شبکه این می باشد که گزارش پدیده هایی راکه اتفاق می افتد به نظاره گری بدهد که لازم نیست از ساختار شبکه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط آنها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت بشر کار می کنند. معمولا تمامی گره­ها همسان می­باشند و عملاً با همکاری با یکدیگر، هدف کلی شبکه را برآورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین، می­باشد[1, 2]. شبکه­ حسگر بی­سیم نوع خاصی از شبکه­های موردی[2] می باشد. مبحث شبکه های حسگر بی سیم یکی از موضوعات جدید در زمینه مهندسی شبکه و فناوری اطلاعات می باشد.

پیشرفتهای اخیر در طراحی و ساخت تراشه های تجاری این امکان را به وجود آورده می باشد که اقدام پردازش سیگنال و حس کنندگی در یک تراشه یعنی حسگر شبکه بی سیم انجام گردد، که شامل سیستم های میکروالکترومکانیکی [3](MEMS) مانند حسگرها، محرک ها[4] و قطعات رادیویی RF می باشد.

حسگرهای بی سیم کوچکی تولید شده می باشد که قابلیت جمع ‌آوری داده از فاصله چند صد متر و ارسال داده بین حسگرهای بی سیم به مرکز اصلی را دارا می باشد و با این تکنولوژی اطلاعات دما – نوسانات، صدا، نور، رطوبت، و مغناطیس قابل جمع آوری می باشد که این حسگرهای بی سیم با هزینه کم و اندازه ای کوچک قابل نصب در شبکه های حسگر بی سیم می باشد. اما کوچک شدن حسگرهای بی سیم دارای معایبی نیز می باشد. تکنولوژی نیمه هادی باعث به وجودآمدن پردازنده های سریع با حافظه بالا شده می باشد اما تغذیه این مدارات هنوز هم یک مشکل اساسی می باشد که محدود به بهره گیری از باطری گردیده می باشد. بخش منبع تغذیه یک بخش مهم و محدود می باشد که در صورتیکه از باطری در این شبکه ها بهره گیری گردد، تعویض باطری ها در حالتی که تعداد نودهای شبکه زیاد باشد کاری سخت و دشوار خواهد بود و نودها به مقصود ذخیره و صرفه جویی در مصرف انرژی مجبور به بهره گیری از ارتباطات برد کوتاه خواهند گردید. تفاوت یک حسگر بی سیم کارا و یک حسگر بی سیم که دارای کارایی کم از نظر انرژی می باشد در عملکرد آنها در ساعت ها نسبت به هفته ها می باشد. افزایش اندازه شبکه WSN باعث پیچیدگی مسیریابی وارسال اطلاعات به مرکز اصلی می باشد. اما همچنان مسیریابی و پردازش نیاز به انرژی دارند. پس یکی از نکات کلیدی در توسعه و ارائه الگوریتمهای مسیریابی جدید، کاهش و صرفه جویی در انرژی مصرفی می باشد. بخش های مختلف شبکه های حسگر بی سیم بایستی شبیه سازی و مدلسازی گردند تا کارآیی آنها مورد مطالعه واقع گردد. برای اینکار شبکه های حسگر بی سیم به گرافهایی نگاشت می شوند که در این گرافها هر گره مطابق با یک نود در شبکه بوده و هر لبه بیانگر یک پیوند یا کانال ارتباطی بین دو نود در شبکه خواهد بود.اگر ارتباط بین نودها در شبکه دو جهته باشد گراف نگاشت شده بدون جهت خواهد بود و اگر ارتباط بین نود ها در شبکه نا متقارن باشد در آن صورت گراف نگاشت یافته جهتدار خواهد بود. البته مدل ارتباطی بین نودها در شبکه می تواند یک به یک یا یک به همه باشد. فراهم آوردن یک مدل عملی برای حسگرها کار پیچیده و دشواری می باشد که این به خاطر تنوع در انواع حسگرها هم از نظر ساختاری و هم از نظر اصول و اساس کار آنها می باشد. شبکه های حسگر دارای ویژگیهایی منحصر به فرد هستند که این امر باعث شده می باشد تا پروتکل های خاصی برای آنها در نظر گرفته گردد.

در شبکه های بی سیم حسگر معمولا فقط یک یا دو ایستگاه پایه‌ هست و تعداد زیادی نودهای حسگر در محیط پخش گردیده اند. به علت محدودیت برد این حسگرها و انرژی باطری خیلی از نودها قادر به ارتباط مستقیم با ایستگاه پایه‌ نمی باشند. اما با تکیه بر نودهای نظیر خود و نودهای حسگر دیگر، به ارتباط با ایستگاه پایه‌ می پردازد که در شبکه های [5]MANET نیز این اقدام توسط نودهای معمولی انجام می گردد.

معماری ارتباطات شبکه­های حسگر بی­سیم در شکل 1-1 دیده می­گردد[1]. در شبکه­های حسگر بی­سیم، تعداد زیادی گره با امکانات مخابره، پردازش، حس کردن محیط و … در محیطی با چهارچوب معین پراکنده شده­اند. رویداد اتفاق افتاده و یا سوالات پرسیده شده از سوی گره مرکزی[6] و ماموریت محوله به هر گره موجب می­گردد، ارتباطاتی بین گره­ها مستقر گردد. اطلاعات رد و بدل شده می‌تواند گزارشی از وضیعت محدوده ای که زیر نظر گره­های حسگر می­باشد به گره مرکزی و یا درخواستی از سمت گره مرکزی به سمت گره­های حسگر باشد. گره مرکزی به عنوان درگاه ارتباطی شبکه حسگر با سایر سیستم­ها و شبکه­های مخابراتی، در واقع گیرنده نهایی گزارش از گره­های حسگر می­باشد و بعد از انجام یکسری پردازش­ها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال می­کند (با بهره گیری از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و …). از سوی دیگر، درخواست­های کاربر نیز توسط این گره به شبکه انتقال می­یابد.

یک گره حسگر می‌تواند یکی از دو تأثیر تولید کننده داده‌ها و یا رله کننده داده‌های تولید شده توسط سایر گره‌ها را عهده دار شود. عموماً در شبکه‌های حسگر، اغلب گره‌ها هر دو تأثیر را به صورت توأم اعمال می‌کنند. برپایی و طراحی ساختار و معماری ارتباطات بین گره­های شبکه نیازمند رعایت فاکتورهای مختلف و زیادی مانند تحمل­پذیری خطا، مقیاس پذیری، هزینه تولید، محیط عملیات، توپولوژی شبکه حسگر، محدودیت­های سخت افزاری، ابزار و رسانه ارتباط، انرژی مصرفی و … می­باشد. جهت آشنایی بیشتر با شبکه های حسگر بی سیم به پیوست اول مراجعه گردد.

1-1-1- مسائل مطرح در شبکه های حسگر بیسیم دانلود متن کامل در سایت sabzfile.com

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته کامپیوتر با موضوع محاسبات مبتنی بر DNA

عوامل متعددی در طراحی شبکه­های حسگر موثر می باشد و موضوعات بسیاری در این زمینه مطرح می باشد که مطالعه تمام آنها در این نوشتار نمی­گنجد از این رو تنها به ذکر بعضی از آنها بطور اختصار اکتفا می­کنیم.

1-مسیریابی: ماهیت اصلی شبکه­های حسگر به این شکل می باشد که کارهایی که انجام می­دهند بایستی به صورت محلی باشد زیرا که هر گره تنها می­تواند با همسایه ­های خود ارتباط مستقر کند و اطلاعات کلی و سراسری از شبکه چندان در دسترس نیست (جمع­آوری این اطلاعات هزینه و زمان زیادی را مصرف می­کند). اطلاعات بدست آمده توسط گره ­ها، بایستی با بهره گیری از تکنیک­های مسیریابی، به نحوی به گره مرکزی ارسال گردد.

2- تنگناهای سخت­ افزاری: هرگره ضمن اینکه بایستی کل اجزاء لازم را داشته باشد بایستی بحد کافی کوچک، سبک و کم حجم نیز باشد. در عین حال هر گره بایستی انرژی مصرفی بسیار کم و قیمت تمام شده پایین داشته و با شرایط محیطی سازگار باشد. اینها همه محدودیت­هایی می باشد که کار طراحی و ساخت گره‌های حسگر را با چالش مواجه می­کند. ارائه طرح­های سخت­افزاری سبک و کم حجم در مورد هر یک از اجزای گره بخصوص قسمت ارتباط بی­سیم و حسگرها مانند موضوعات تحقیقاتی می باشد که جای کار بسیار دارد. پیشرفت فن­آوری ساخت مدارات مجتمع با فشردگی بالا و مصرف پایین، تأثیر بسزایی در کاهش تنگناهای سخت­افزاری داشته می باشد.

3- تحمل­پذیری خطا و قابلیت اطمینان[1]: هر گره ممکن می باشد خراب گردد یا در اثر رویدادهای محیطی مثل تصادف یا انفجار بکلی نابود گردد یا در اثر تمام شدن منبع انرژی از کار بیفتد. مقصود از تحمل‌پذیری یا قابلیت اطمینان این می باشد که خرابی گره­ها نباید عملکرد کلی شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. در واقع می­خواهیم با بهره گیری از اجزای غیر قابل اطمینان یک شبکه قابل اطمینان بسازیم.

4- توپولوژی: توپولوژی شبکه یکی از مفاهیم اولیه در شبکه­های حسگر می باشد که دیگر موردها نظیر مسیریابی و … بر روی آن تعریف می­گردد. ساختارهای زیادی در توپولوژی مطرح می باشد که بر اساس اولویت­های مختلف و در شرایط متفاوت یکی بر دیگری برتری دارد. مانند مورد هایی که در انتخاب یک ساختار تاثیر می­گذارد می­توان به مصرف انرژی کمتر، تنک بودن ساختار، کم بودن درجه گره، تحمل­پذیری خطا و تداخل تصریح نمود.

5- مقیاس­پذیری[2]: شبکه بایستی هم از نظر تعداد گره و هم از نظر اندازه پراکندگی گره­ها مقیاس­پذیر باشد. بعبارت دیگر شبکه حسگر از طرفی بایستی بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتی میلیون­ها گره کار کند و از طرف دیگر، چگالی توزیع متفاوت گره­ها را نیز پشتیبانی کند. در بسیاری کاربردها توزیع گره­ها تصادفی صورت می­گیرد و امکان توزیع با چگالی مشخص و یکنواخت وجود ندارد یا گره­ها در اثر عوامل محیطی جابجا می­شوند. پس چگالی بایستی بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغییر کند. موضوع مقیاس­پذیری به روش­ها نیز مربوط می­گردد بعضی روش­ها ممکن می باشد مقیاس­پذیر نباشند یعنی در یک چگالی با تعداد محدود از گره کار کند. پیش روی بعضی روش­ها مقیاس­پذیر هستند.

6- شرایط محیطی: طیف وسیعی از کاربرد­های شبکه ­های حسگر مربوط به محیط­هایی می­گردد که بشر نمی­تواند در آن حضور داشته باشد. مانند محیط­های آلوده از نظر شیمیایی، میکروبی، هسته­ای و یا مطالعات در کف اقیانوس­ها و فضا و یا محیط­های نظامی به علت حضور دشمن و یا در جنگل و زیستگاه جانوران که حضور بشر باعث فرار آنها می­گردد. در هر مورد، شرایط محیطی بایستی در طراحی گره­ها در نظر گرفته گردد مثلا در دریا و محیط­های مرطوب گره حسگر در محفظه­ای که رطوبت را منتقل نکند قرار می‌گیرد.

7- رسانه ارتباطی: در شبکه ­های حسگر ارتباط گره­ها بصورت بی­سیم و از طریق رسانه رادیویی، مادون قرمز، یا رسانه‌های نوری صورت می­گیرد. در رسانه رادیویی که بیشتر مورد بهره گیری قرار می­گیرد از باندهای مختلف صنعتی، علمی و پزشکی که در اکثر کشورها آزاد می باشد بهره گیری می­گردد. تعیین فرکانس در این رسانه با در نظر داشتن بعضی محدودیت­های سخت­افزاری، کارائی آنتن و مصرف انرژی می باشد. به خاطر لزوم دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده، رسانه مادون قرمز چندان مورد بهره گیری شبکه­ های حسگر نیست هرچند ساختن آنها ارزان و آسان می باشد. اخیرا، رسانه نوری به عنوان رسانه ارتباطی مورد توجه قرار گرفته می باشد. مانند این توجهات می­توان به بهره گیری از آن در ذره غیار هوشمند تصریح نمود[3]. انتخاب رسانه ارتباطی از بین این سه رسانه (رادیویی، مادون قرمز و نوری) با در نظر داشتن محدودیت­ها و ویژگی­های کاربرد مورد نظر از مسائل مطرح در طراحی شبکه­ های حسگر می باشد.

8- افزایش طول­ عمر شبکه: طول­عمر گره­ها بعلت محدودیت انرژی منبع تغذیه کوتاه می باشد. علاوه بر آن در بعضی مواقع، موقعیت ویژه یک گره در شبکه مشکل را تشدید می­کند. مثلاً گره­ای که در فاصله یک قدمی گره مرکزی قرار دارد از یک طرف بخاطر بار کاری زیاد خیلی زود انرژی خود را از دست می­دهد و از طرفی از کار افتادن آن باعث قطع ارتباط گره مرکزی با کل شبکه و در نتیجه موجب از کار افتادن شبکه می­گردد. مشکل تخلیه زود هنگام انرژی در مورد گره­های نواحی کم تراکم در توزیع غیر یکنواخت گره­ها نیز صدق می­کند در اینگونه موردها داشتن یک مدیریت انرژی در داخل گره­ها و ارائه راه­حل­های انرژی­آگاه بطوری که از گره­های بحرانی کمترین بهره گیری را بکند مناسب خواهد بود. با در نظر داشتن مطالب اظهار شده تمام الگوریتم­ها و تکنیک­های مورد بهره گیری در شبکه­های حسگر به انرژی بعنوان یک محدودیت جدی نگاه می­کنند و کوشش می­کنند با آگاهی از سطح انرژی مصرفی اقدام کنند تا کمترین انرژی مصرف گردد و در نتیجه افزایش طول­عمر شبکه حسگر را به دنبال داشته باشد.

[1] Reliability

[2] scalability

[1] Wireless Sensor Network

[2] Ad Hoc Networks

[3] Micro Electromechanical Systems

[4] Actuator

[5] Mobile ad hoc Network

[6] Sink

***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه : 209

قیمت : 14700 تومان

 

***

—-

پشتیبانی سایت :       

****         serderehi@gmail.com