پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
درس سمینار کارشناسی ارشد بهینه سازی طول عمر در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتای یادگیری
چکیده
در این گفتار پروتکل مسیریابی وفادار سازگار اتصالی (CAF) برای شبکه های حسگر بی سیم بر پایه کاهش میزان مصرف انرژی با حفظ ارتباطات درون شبکهای در ساختار شبکههای حسگر بیسیم پیشنهاد شده است. CAF به عنوان یک پروتکل مسیریابی انرژیآگاه، ارتباطمحور بدون تاثیر گذاری در وفاداری سطوح مسیریابی سعی در افزایش طول عمر شبکه از طریق خاموش کردن مولفههای رادیویی در گرههای حسگر زاید را دارد.
مسیریابی در شبکههای حسگر بیسیم به دلیل برخی از ویژگیهای درونی آن بسیار متمایز از ساختارهای ارتباطی معاصر و شبکههای موردی بیسیم بوده و دارای چالشهای فراوانی در بیان پروتکلها و الگوریتمها میباشد. اولین ویژگی این شبکهها عدم امکان ایجاد یک شمای آدرسدهی عمومی برای آرایش مطلق گرههای حسگر میباشد. بنابراین رویکردهای سنتی مبتنی بر شناسه برای شبکههای حسگر بیسیم غیرکاربردی خواهند بود. برخلاف شبکههای ارتباطی مرسوم، به عنوان ویژگی دوم تقریبا تمامی کاربردهای شبکههای حسگر نیاز مند جریان دادههای ادراک شده از چندین ناحیه ادراکی (مرجع) به کمک گرههای حسگر به سمت یک چاهک ویژه میباشند. ویژگی سوم افزونگی قابل توجه ترافیک دادههای ایجاد شده در شبکه به دلیل تولید و ارسال دادههای مشابه از چندین حسگر که در مجاورت یک پدیده خواص قرار دارند، میباشد. چنین افزونگی نیاز به بهرهگیری از پروتکلهای مسیریابی در بهبود مصرف انرژی و پهنایباند دارد. و به عنوان ویژگی چهارم گرههای حسگر از لحاظ میزان نیروی مصرفی ارتباطات، انرژی توکار، قدرت پردازش و ظرفیت حافظه در محدودیت بوده و نیازمند مدیریت دقیق منابع میباشند. به دلیل چنین تفاوتهایی، راهحلهای جدید بسیاری در تقابل با مشکل مسیریابی در شبکههای حسگر بیسیم ارائه شده است که این روشها و پروتکلها توجه زیادی به خصوصیات گرههای حسگر برمبنای کاربرد و نیازمندیهای معماری آنها دارند.
CAF نیز به عنوان یک پروتکل مسیریابی با طرح مدیریت توپولوژی مبتنی بر ارتباطات و تلفیق آن با یک پروتکل مسیریابی پخش شیبدار دادهمحور از طریق تشخیص و خاموش کردن رادیو و سایر مولفه های گره های زاید تا زمان نگهداری ارتباطات و مسیرهای متناهی به چاهک از انرژی محافظت میکند. CAF که از ترکیب پروتکل مسیریابی GBR و پروتکل مدیریت توپولوژی Naps در عین استفاده از مزایای هر دو پروتکل الهام گرفته شده بدون نیاز به اطلاعات موقعیت جغرافیایی سطح تقریبا ثابتی از وفاداری مسیریابی را حفظ میکند. این پروتکل پس از ایجاد لایه های مجازی ارتباطی به طرف حفره با حفظ ارتباطات میان لایه ها، گره های زاید را در وضعیت خواب قرار می دهد، در واقع هر گره با شناسایی گره هایی که می توانند در هر لایه وظیفه ارتباطی آن گره را بر عهده بگیرند به وضعیت خواب فرو می روند. CAF علارغم سازگاری با تمامی مدلهای تحویل داده نتایج مناسب قابل توجهی را در مدلهای پیوسته و رویدادگرا، نسبت به مدل پرسشگرا از خود نشان می دهد. در این مجموعه پس از بیان ساختار پیادهسازی پروتکل CAF با شبیهسازی این الگوریتم و مقایسه آن با پروتکلهای دیگری همچون GBR ، Naps و GAF میزان کارایی در این پروتکل بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد که CAF بدون نیاز به اطلاعات موقعیتی از نظر کنترل توپولوژی، مسیریابی و ذخیره انرژی در حد پروتکلهای مبتنی بر موقعیت عمل کرده و میزان تحویل بسته و میانگین تاخیر بستهها را بهبود بخشیده است.
فهرست
فصل اول
مقدمه 9
1-1- معرفی شبکه های حسگر بیسیم 10
1-2- اجزای سخت افزاری و ساختمان گرههای حسگر بیسیم 13
1-3- معماری سیستمی و موضوعات طراحی 18
1-4- چالشها و پارامترهای طراحی 24
1-5- بیان ویژگیهای کلی شبکه های حسگر 28
1-6- خلاصه و نتیجه گیری 29
فصل دوم
2-1- رویکردهای انرژیآگاه در پروتکلهای شبکههای حسگر بیسیم 31
2-2- الگوریتمها و پروتکلهای مسیریابی داده محور 32
2-2-1- روش غرقه سازی 32
2-2-2- روش شایعه پراکنی 34
2-2-3- روش SPIN 35
2-2-4- روش انتشار مستقیم 37
2-2-5- روش EAR 39
2-2-6- روش شایعه پراکنی 39
2-3- الگوریتمها و پروتکلهای مسیریابی سلسله مراتبی 39
2-3-1- روش LEACH 0 40
2-3-2- روش PEGASIS 43
2-3-3- روش TEEN 44
2-4- الگورریمهای مبتنی بر مکان 46
2-4-1- روش GAF 46
2-4-2- روش GEAR 48
2-5- الگوریتمهای آگاه از کیفیت سرویس و جریان شبکه 49
2-5-1- روش EDDD 50
2-6- خلاصه و نتیجه گیری 55
فصل اول
آشنایی با روش های شبکه های حسگر بیسیم و حیطه مطالعه
اهداف فصل:
- بیان مسئله و اهمیت آن
- معرفی چالش های مهم
- معرفی حیطه مطالعه و ساختار پایاننامه
- خلاصه و نتیجه گیری
مقدمه
مدارات حسی، وابسته به فضای اطراف خود شرایط محیطی را ارزیابی و اندازهگیری کرده و آنها را به پیامهای الکترونیکی تبدیل میکنند. پردازش چنین سیگنالهایی باعث آشکار شدن برخی از خصوصیات مکان قرارگیری حسگر و یا رویدادها و رخدادهای پیرامون حسگر میشود. هر حسگر اطلاعات جمعآوری شده خود را از طریق انتقالدهندههای رادیویی به یک مرکز فرماندهی (چاهک) و یا یک مرکز تراکم داده (یک دروازه) مخابره میکند. ارسال اطلاعات یا به صورت ارتباط رادیویی مستقیم با مرکز و یا از طریق ارسال چندگامه اطلاعات به سمت مرکز صورت میپذیرد.
با پیشرفتهای حاصل شده و کاهش حجم و هزینه ایجاد این نوع مدارات، رغبت فراوانی به استفاده از مجموعه زیادی از حسگرهای یکبارمصرف در کاربردهای عملیاتی ایجاد شده است. در سالهای اخیر این علاقهمندی انگیزههای تحقیقاتی زیادی را به منظور ایجاد همکاری میان حسگرها ایجاد کرده است، در واقع از طریق این تحقیقات بهبودهایی را در زمینه های تبادل اطلاعات میان گرههای حسگر، پردازش و گردآوری دادهها، هماهنگی و مدیریت فعالیت عناصر حسگر و جریان داده به سمت چاهک حاصل شده است. یک معماری آشکار برای چنین مجموعهی توزیع شده از عناصر حسگر، شبکهای با ارتباطات بیسیم شکلگرفته میان گرههای حسگر در یک حالت اقتضاعی است.
شبکهبندی گرههای حسگر اثرات مهمی در نرخ بهرهوری بسیاری از کاربردهای مراقبت محیطی، امنیتی، نظامی، تجاری، پزشکی و مدیریت سوانح و بلایا از خود نشان داده است. این سیستمها از طریق پردازش اطلاعات گردآوریشدهی چندین حسگر رویدادهای مناطق مورد نظر را نظارت و بررسی میکنند. به عنوان مثال، سیستمهای ارتباطی، فرماندهی، شناسایی، دیده بانی، میدانمین هوشمند، سیستمهای هوشمند دفاعی و انصداد مرزها از جملهی کاربردهای نظامی این شبکهها میباشد. در زمینههای پزشکی، سیستمهای مراقبت از بیماران ناتوان که فاقد مراقب میباشند، محیطهای هوشمند برای افراد سالخوده و شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر بیماران از جمله کاربرد های آن است. از طرفی در سیستمهای نظارت محیطی، کاربردهایی همچون مراقبت و نظارت بر جنگلها (جنگلداری)، مراتع، آبگیرها و محیطهای محافظت شده نتایج قابل توجهی ایجاد کرده است. کاربردهای تجاری حوزه وسیعی از کاربردها را شامل می شود که از میان آنها میتوان سیستم های امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت، سیستم های ردگیری، نظارت وکنترل وسایل نقلیه و ترافیک، کنترل کیفیت تولیدات صنعتی و مطالعه در مورد پدیده های طبیعی مثل گردباد، زلزله، سیل، تحقیق در مورد زندگی گونه های خاص از گیاهان و جانوران و غیره را نام برد. در برخی از کاربردها نیز عناصر شبکههای حسگر به کمک بازیگرهایی درون گرهها بعنوان گروهی از رباتهای کوچک که با همکاری هم فعالیت خاصی را انجام می دهند استفاده میشوند.
با توجه به میزان اهمیت موضوع شبکههای حسگر بیسیم و طیف گسترده کاربردی آنها در این تحقیق سعی شده تعریف کاملی از ساختار این نوع شبکهها، مؤلفههای اصلی آن و خلاصهای از پژوهش های به عمل آمده در این زمینه ارائه شود.