با پیشرفت فناوری، محبوبیت شبکه های حسگر بی سیم بیش از پیش شده است. این شبکه ها کاربردهای مختلفی دارند که از جمله آنها می توان به کاربردهای نظارتی،اتوماسیون،کشاورزی و امنیتی اشاره کرد. این گره ها دارای محدودیت های انرژی،پهنای باند،توان پردازشی و حافظه هستند. از این رو کاهش مصرف انرژی، افزایش طول عمر شبکه و مقیاس پذیری چالش های مسیریابی در شبکه های حسگر هستند.الگوریتم های بسیاری برای مسیر یابی در شبکه های حسگر ارائه شده اند. یک دسته از این الگوریتم ها الگوریتم های سلسله مراتبی مبتنی بر خوشه بندی هستند که هدف اصلی آنها کاهش مصرف انرژی ، توزیع انرژی مصرف شده در کل شبکه و افزایش مقیاس پذیری الگوریتم است.در بسیاری از الگوریتم های مسیریابی مبتنی بر خوشه بندی مشکلاتی وجود دارد که موجب عدم کارایی الگوریتم می شوند. از جمله از این مشکلات عدم آگاهی از سطح انرژی و مکان گره های سربار ناشی از خوشه بندی و فرستادن داده ها از سرخوشه به ایستگاه پایه است. در پروتکل های خوشه بندی سرخوشه انرژی بسیاری را برای ارسال مصرف می کند، چون علاوه بر ارسال داده های خود وظیفه ارسال داده های همسایه خود که جزئی از خوشه می باشند را نیز دارد، که این خود باعث تسریع در کاهش عمر سرخوشه و به طبع آن کاهش طول عمر و انرژی شبکه می¬شود. یکی از راه¬های بهبود طول عمر شبکه بحث حرکت ایستگاه پایه است. بطور خاص به کارگیری یک ایستگاه پایه متحرک برای جمع آوری داده ها می تواند انرژی مصرفی در میان گره های حسگر را متعادل کند و در نتیجه تا حد زیادی باعث افزایش طول عمر شبکه شود در این رساله الگوریتم جدیدی مبتنی بر مدیریت حرکت ایستگاه پایه بصورت کنترل شده با منطق فازی دوسطحی، آگاه به جزییات سرخوشه¬ها و تعیین بهترین مسیر از پیش تعیین شده و بهترین گام برای حرکت ایستگاه پایه برای قرار گرفتن در نزدیکی سرخوشه مورد نظر ارائه شده است. می توانید این پروژه رشته برق مخابرات را به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
شبکه های حسگر بی سیم ، توجه بسیاری را در سراسر جهان در سال های اخیر به خود جلب کرده است که به واسطه پیشرفت هایی است که این شبکه ها در حوزه های الکترونیک ارتباط بی سیم و فناوری اطلاعات ایجاد می کنند. شبکه حسگر بی سیم، ترکیبی از سیستم های نهفته است که شامل فناوری حسگر، پردازش اطلاعات و ارتباطات بی سیم است که از طریق یک شبکه بی سیم با یکدیگر در ارتباط هستند. اینگونه شبکه ها به ابزار مناسبی برای استخراج داده از محیط اطراف و مانیتورینگ رویدادهای محیطی تبدیل شده اند و کاربردهای آنها در زمینه های خانگی ،صنعتی و نظامی روز به روز در حال افزایش است. کاربردهای نظامی ، کاربردهای نظارتی از جمله نظارت بر محیط زیست. قیمت ارزان و اندازه کوچک گره های حسگر امکان استفاده از منابع تغذیه بزرگ را نمی دهد و به واسطه این که گره های حسگر ممکن است در محیط خطرناک و دور از دسترس به کار بروند جایگزین منابع تغذیه، آنها ممکن و مقرون به صرفه نیست. بنابراین وقتی که انرژی یک گره حسگر محدود است انرژی کل شبکه هم با محدودیت های جدی همراه است که مهمترین چالش موجود در شبکه های حسگر است.روش های مسیریابی برای کاهش انرژی و همچنین افزایش طول عمر شبکه باید بتوانند علاوه بر کاهش مصرف انرژی در گره ها، جمع آوری صحیح داده ها، اتلاف انرژی را بین گره ها پخش کنند تا طول عمر شبکه را افزایش دهند. خوشه بندی که یک روش مسیریابی موثر برای کاهش مصرف انرژی گره ها و ایجاد تعادل در اتلاف انرژی بین گره ها و در نتیجه افزایش طول عمر شبکه می باشد. دارای مشکلاتی از جمله سرباری سرخوشه ها هستند که انرژی خیلی زیادی برای ارسال داده ها به ایستگاه پایه مصرف می کنند، چون علاوه بر ارسال داده های خود وظیفه ارسال داده های همسایه های خود که جزئی از خوشه می باشند را نیز دارند به همین علت ایستگاه پایه متحرک نیز یک روش موثر و کارامد برای افزایش طول عمر سرخوشه و به طبع آن افزایش طول عمر شبکه می باشد. گره ها پس از خوشه بندی توسط پروتکل خوشه بندی و انتخاب سرخوشه، ایستگاه پایه برای جمع آوری داده های سرخوشه ها با انجام استراتژی خاصی شروع به حرکت کرده و داده های موجود در سطح شبکه را جمع اوری می کند. ایستگاه های پایه دارای انرژی نا محدود هستند و می توانند با کاربر نهایی از طریق ماهواره، اینترنت و غیره در ارتباط باشند.
ساختار پایان نامه
این پایان¬نامه با مقدمه¬ای بر شبکه¬های حسگر بی¬سیم و معرفی روش مسیریابی مبتنی بر خوشه¬بندی و تحرک ایستگاه¬پایه در فصل اول آغاز می¬شود. فصل دوم شامل معرفی کامل این شبکه¬ها، کاربردهای آن و معماری آن خواهد بود. در فصل سوم به مقوله خوشه¬بندی گره¬ها و مصرف انرژی در این شبکه¬ها، نقش لایه¬های داده و شبکه در مصرف انرژی، مروری بر منطق فازی، معرفی روش¬های پیشین الگوریتم¬های سلسله مراتبی با ایستگاه پایه ثابت و متحرک و مرور الگوریتم بهینه¬سازی اجتماع ذرات پرداخته می¬شود. در فصل چهارم، مشکل روش¬های پیشین بیان می¬شود و جزئیات روش پیشنهادی شامل نحوه انتخاب سرخوشه بحرانی، انتخاب بهترین مسیر و حرکت ایستگاه پایه بررسی می¬شود. ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی بواسطه مقایسه با روش¬های دیگر با استفاده از نرم¬افزار متلب در فصل پنجم مورد بررسی قرار می¬گیرد، همچنین نتیجه¬گیری و پیشنهادات نیز در فصل پنجم ارائه گردیده¬است.
کاربرد های شبکه حسگر بی سیم
گره های حسگر می توانند به منظور کشف و یا مانیتورینگ انواع مختلفی از پارامترها یا شرایط فیزیکی مورد استفاده قرار می گیرند. حسگرهای بی سیم نسبت به حسگرهای سیمی مرسوم از مزایای قابل توجهی بر خوردارند. حسگرهای بی سیم نه تنها باعث کاهش هزینه و تاخیر در چیدمان می شوند، بلکه برای هر محیطی خصوصاً محیط هایی که استفاده از شبکه های حسگر مرسوم در آنها غیر ممکن است، مانند زمین های غیر قابل سکونت، مناطق جنگی، فضای خارج از جو زمین و یا اقیانوس های عمیق به کار می روند. با این حال قابلیت دسترسی به حسگر های ارزان قیمت و مخابرات بی سیم، نوید توسعه بازه وسیعی از کاربردها را در هر نوع زمینه نظامی و غیر نظامی داده است.
فهرست مطالب
چکیده.............................................................................................................................................................1
فصل اول: مقدمه 2
1-1 مقدمه 3
1-2 هدف پایان نامه 4
1-3 ساختار پایان¬نامه 4
فصل دوم : معرفی شبکه¬های حسگر بی¬سیم 5
2-2 کاربرد های شبکه حسگر بی¬سیم 6
2-2-1 مانیتورینگ محیطی 6
2-2-2 کاربردهای نظامی 7
2-2-3 کاربردهای بهداشتی 8
2-2-4 کنترل فرایند صنعتی 8
2-2-5 نظارت و امنیت 9
2-2-6 هوشمندی خانه 9
2-3 دسته بندی شبکه‌های حسگر بی¬سیم 9
2-4 معماری شبکه های حسگر بی¬سیم 12
2-4-1 واحد حسگر 12
2-4-2 واحد پردازشگر 12
2-4-3 واحد ارتباطات 13
2-4-4 واحد توان 13
2-5 معماری‌های شبکه 13
2-5-1 معماری تخت 14
2-5-2 معماری سلسله مراتبی 15
2-6 اهداف طراحی شبکه 16
2-7 چالش های طراحی شبکه 18
فصل سوم: مروری بر روش های پیشین 20
3-1 انتشار داده¬ها 21
3-1-1روش همه پخشی 21
3-1-2روش شایعه پراکنی 22
3-1-3روش SPIN : 23
3-1-3-1 پیغام‌هایSPIN : 24
3-1-3-2SPIN : یک روش دست تکانی سه مرحله‌ای 24
3-1-4 روش پخش مستیقم 25
3-1-5 پرس و جو تودرتو 26
3-1-6 مقایسه روش انتشار مستقیم باروش SPIN: 27
3-1-7 روش مسیر یابی جغرافیایی (GEAR) : 28
3-1-8 روش انتشار بیرون دهنده 29
3-1-9روش انتشار جذب یک مرحله‌ای 30
3-1-10 روش خوشه¬بندی 31
3-2 خوشه¬بندی گره¬ها 32
3-2-1 معماری‌های شبکه حسگر بی¬سیم 32
3-2-1-1 شبکه‌های حسگرهمگون 32
3-2-1-2شبکه‌های حسگر نا همگون 33
3-2-1-3شبکه‌های حسگر ترکیبی 33
3-3ساختارهای خوشه بندی نودها 34
3-3-1 چیدمان نودها با استقرار منظم 36
3-3-2 چیدمان نودها با توزیع تصادفی 36
3-4 مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم 36
3-5 اتصال داده 37
3-5-1 دستیابی چند گانه مبتنی بر تقسیم بندی زمانی TDMA 38
3-5-2 دستیابی چند گانه مبتنی بر تشخیص حامل CSMA 38
3-6 لایه شبکه 38
3-7 سیستم¬های فازی در شبکه¬های حسگر بی¬سیم 39
3-7-1 مروری بر منطق فازی 39
3-7-1-1 مجموعه¬های فازی 40
3-7-1-2 توابع عضویت 41
3-7-1-3 عملگرهای فازی 41
3-7-1-4 قوانین اگر- آنگاه 42
3-7-1-5 سیستم¬های استنتاج فازی 42
3-8 الگوریتم LEACH 43
3-8-1 فاز راه انداز 44
3-8-2 فاز حالت پایدار 44
3-9 الگوریتم CHEF 44
3-9-1 انتخاب سرخوشه با استفاده از منطق فازی 45
3-10 کارهای مرتبط در زمینه تحرک ایستگاه پایه 46
3-11 مروری بر الگوریتم اجتماع ذرات 48
3-11-1 الگوریتم بهینه¬سازی اجتماع ذرات 49
3-11-2 عملکرد کلی الگوریتم ذرات 50
3-11-3 محاسبه سرعت هر ذره 50
3-11-4 ضرایب شتاب و اعداد تصادفی 51
3-11-5 انتخاب سرعت ماکزیمم 51
3-11-6 انتخاب اینرسی وزنی 51
فصل چهارم: روش پیشنهادی 53
4-1 شرح مشکل 54
4-2 روش پیشنهادی 54
4-2-1 انتخاب سرخوشه 51
4-2-2 پارامترهای سیستم فازی دوسطحی 56
4-2-3 قوانین فازی 57
4-2-4 تعیین مقدار شانس سرخوش 59
4-2-4-1 گام اول: فازی¬سازی 59
4-2-4-2 گام دوم: ارزیابی قوانین 61
4-2-4-3 گام سوم: تجمیع خروجی¬ها 62
4-2-4-4 گام چهارم: غیرفازی¬سازی 62
4-2-5 مدیریت حرکت ایستگاه پایه 63
فصل پنجم: نتایج شبیه¬سازی 64
5-1 محیط شبیه¬سازی و پارامترهای مورد استفاده 65
5-1-1 مدل شبکه 65
5-1-2 مدل مصرف انرژی 65
5-2 معیارهای ارزیابی 67
5-3 نتایج شبیه¬سازی 68
5-4 نتیجه¬گیری 76
5-5 پیشنهادات 76
منابع و مآخذ 77
چکیده انگلیسی
فهرست جداول
جدول 3-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب سرخوشه......................................................45
جدول4-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح اول).......................57
جدول4-2- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح دوم) .....................58
جدول5-1- پارامترهای مورد استفاده..........................................................................................................67
جدول5-2- طول عمر شبکه با ایستگاه پایه ثابت.......................................................................................68
جدول5-3- طول عمرشبکه 100*100 CHEF......................................................................................70
جدول5-4- طول عمرشبکه 100*100 LEACH ..................................................................................71
جدول5-5- طول عمر شبکه 60*60 الگوریتم اجتماع ذرات....................................................................75
فهرست نمودارها
نمودار5-1- مقایسه طول عمر شبکه در مسیرهای مختلف..........................................................................69
نمودار5-2- زمان مرگ اولین گره 69
نمودار 5-3- مقایسه طول عمر سینک متحرک و ثابت 70
نمودار 5-4- زمان مرگ اولین گره 71
نمودار 5-5- مقایسه مسیرهای مختلف از نظر طول عمر شبکه 72
نمودار 5-6- زمان تمام شدن انرژی اولین گره 72
نمودار 5-7- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه CHEF 73
نمودار 5-8- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه LEACH 73
نمودار 5-9- انرژی باقیمانده کل شبکه 74
نمودار 5-10- استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات 75