درس سمینارکارشناسی ارشد بهینه سازی طول عمر در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتای یادگیری

درس سمینارکارشناسی ارشد بهینه سازی طول عمر در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتای یادگیری تحقیقات و پیشرفتهای صورت گرفته اخیر در زمینه­ سیستم­های ریزالکترومکانیکو مدارات مجتمع دیجیتالی کم انرژی منجر به توسعه زمینه جدیدی در سیستم­های اطلاعاتی با نام ریزحسگرها شده است معمولا این حسگرها مجهز به ابزارهایی جهت پردازش اطلاعات و ایجاد ارتباطات می­ باشند

دسته بندی	شبکه های کامپیوتری
فرمت فایل	doc
حجم فایل	635 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	85

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.