دانلود پایان نامه برق قدرت با عنوان بررسی راهکارهای مناسب جهت بهینه سازی مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از الگوریتم ممتیک (فایل word)

 یکی از چالش های مهم طراحی در شبکه های حسگر بی سیم (WSN)، طولانی کردن طول عمر سیستم (گره)  است، در حالیکه به کیفیت سرویس قابل قبولی برای کاربردها دست یافت. طولانی کردن عمر گره  با کاهش مصرف انرژی ارتباط مستقیم دارد . در WSN، هر گره حسگر با توان باتری کار می کند و در اکثر موارد مخصوصا در محیط های دور و خصمانه امکان شارژ مجدد و جایگزینی آسان نیست. به دلیل قابلیت های محدود گره های حسگر، معمولا مطلوب است که WSN باید با تراکم بالا گسترش یابد و بنابراین افزونگی می تواند برای افزایش و بهینه سازی طول عمر شبکه بکار گرفته شود. در این پایان نامه ابتدا به بررسی الگوهای تحقیق شده با هدف افزایش طول عمر شبکه های حسگر بی سیم ، می پردازیم سپس  یک الگوریتم بهینه سازی طول عمر و خود تثبیتی موثر برای تقویت طول عمر شبکه های حسگر بی سیم ، مطرح می کنیم. الگوریتم ما به دنبال ایجاد مقاومت با حفظ مجموعه ی لازم گره های در حال عمل و جایگزینی گره های خراب در صورت نیاز می باشد. برخی از نتایج تئوری و شبیه سازی را ارائه می کنیم که بطور کامل سودمندی الگوریتم پیشنهادی را نشان می دهند. می توانید این پروژه برق قدرت را به صورت فایل word دانلود نمایید.

مقدمه

یک شبکه حسگر بیسیم   (WSN) از تعداد زیادی نودهای حسگر تشکیل شده که به صورت متراکمی در اطراف پدیده فیزیکی مورد نظر پخش شده اند . این شبکه ها ، حداقل امکان محاسباتی و برخی ابزارهای حسی را برای حس پارامترهایی نظیر دما ، نور ، لرزش ، صدا ، تابش ، رطوبت و ... دارا می باشند .  پارامترهای ارزیابی شبکه های حسگر بیسیم (WSN) عبارتند از :

          طول عمر

          محدوده پوشش

          هزینه و سادگی در استفاده

          زمان پاسخگویی : کاربردهای بلادرنگ

          دقت : کاربردهای محیطی

          امنیت

          نرخ نمونه گیری موثر

علیرغم قابلیتهای بیشماری که این گره ها دارند ، اما به دلیل اینکه انرژی آنها به وسیله باتری هایی با توان محدود تامین می شود ، طول عمر آنها محدود خواهد بود . در حقیقت محدودیت انرژی گره ها و طول عمر شبکه یکی از چالشهای مهم بر سر راه این شبکه هاست . در میان عوامل مختلف مصرف انرژی ، مسیریابی داده ها یکی از مهمترین عوامل به حساب می آید . در این پایان نامه با تکیه بر موضوع کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه های حسگر بیسیم به توضیح و بررسی  این چالشها می پردازیم .

بیان مسئله

در سالهاي اخير، پيشرفت تكنولوژي مخابرات و صنعت قطعات الكتريكي و الكترونيكي خرد، منجر به ساخت سنسورهايي كوچك و نسبتا ارزان شده كه از طريق یک شبکه بی سیم با یکدیگر در ارتباطند . این شبکه ها که شبکه های سنسور بی سیم خوانده می شوند، 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 . شبکه های حسگر بی سیم مجموعه ای از گره های حسگر کوچک می باشند که توانايی نظارت و حس محیط پیرامون خود و ارسال داده های حس شده را به يک ايستگاه اصلی دارند.  محدود بودن انرژی موجود در گره ها، چالش اساسی شبکه های حسگر می باشد که بقای شبکه را تحت تاثیر خود قرار میدهد . از طرفی به خاطر وجود تعداد بسیا ر زیاد سنسور در شبکه و یا عدم امکان دسترسی به آنها، تعویض یا شارژی باتری سنسورها عملی نیست . به همین دلیل ارائه روشهایی جهت مصرف بهینه انرژی که در نهایت باعث افزایش  عمر شبکه شود، به شدت احساس می شود . پژوهش های قبل نشان داده است که با سازماندهی گره های شبکه در خوشه هایی، می توان به کارایی بیشتر انرژی به افزایش عمر شبکه منتهی می شود . در اکثر پژوهش ها به مدت زمان طی شده تا موقع مرگ اولین یا آخرین گره شبکه ، عمر شبکه گفته می شود .

ضرورت تحقیق

شبکه هاي حسگر بی سیم که معمولاً حاوي صدها یا حتی هزاران گره حسگر ارزان قیمت هستند، یک راه حل ایده آل براي کاربردهاي مختلف نظارتی و تجسس، از جمله کنترل ترافیک، مراقبت بهداشتی، نظارت محیطی، دیده بانی میدان جنگ و  ...  می باشند با توجه به محدودیت هاي گره هاي حسگر از نظر منابع انرژي ،  گسترش بدون مراقبت گره هاي حسگر در محیط عملیاتی و همچنین ماهیت کاربردهاي شبکه هاي حسگر بیسیم برقراري امنیت در این شبکه ها امري مهم و در عین حال مشکل می باشد. از آنجا که مراقبت گره های حسگر رابطه تنگاتنگی با طول عمر آنها دارد و عمر شبكه هاي حسگر، نوعاً كوتاه است  و دلیل آن  محدوديت انرژي منبع تغذيه می باشد ارائه الگوهاي ساختاري مناسب و ارائه روشهاي مديريتي و الگوريتمهاي مطلع از توان با هدف افزايش طول عمر شبكه حسگر از جمله مباحث مهم تحقيقاتي است.  ما در این پایان نامه به بررسی این راهکارها و الگوریتم های مناسب می پردازیم.

الگوریتم ممتیک

الگوریتم memetic یک استراتژی جستجو در میان مجموعه ای از عوامل بهینه ساز است که به صورت رقابتی یا همکاری در کنار هم قرار گرفته انددر الگوریتم memetic یک مجموعه از راه حل ها را برای حل مسئله در دست داریم.

طرح تحقیق و شیوه تجزیه و تحلیل داده ها

با توجه به اینکه هدف تحقیق بررسی روشهای موثر جهت بهینه سازی مصرف انرژی با استفاده از الگوریتم ممتیک می باشد، نوع مطالعه میدانی و بررسی مقالات مرتبط در این زمینه است.براي این موضوع سایتهاي مختلف از جمله Elsevier  و Springer مورد جستجو قرار می گیرد. از آنجایی که این پژوهش بر روي موضوع مینیمم کردن مصرف انرژی  تکیه دارد برای تحلیل داده ها از نرم افزار مطلب استفاده شده است.

فهرست مطالب

چکیده     1

فصل اول کلیات     2

1-1- مقدمه          3

1-2- بیان مسئله    4

1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق          4

1-4- اهداف پژوهش           5

1-4-1- هدف اصلی           5

1-4-2 - اهداف فرعی         5

1-5 سوالات تحقیق            5

1-5-1- سوال اصلی           5

1-5-2- سوالات فرعی        5

1-6- فرضیات تحقیق          5

1-6-1- فرضیه اصلی         5

1-6-2- فرضیات فرعی       6

1-7- تعاریف اصطلاحات     6

1-7-1- تعریف عمر شبکه   6

1-7-2- تعریف الگوریتم ممتیک        6

1-7-3- تعریف ازدحام در شبکه         6

1-8- طرح تحقیق و شیوه تجزیه و تحلیل داده ها 6

فصل دوم ادبیات و پیشینه پژوهش       7

2-1 تاریخچه شبکه هاي حسگر بیسیم  8

2-2- ویژگی های عمومی  شبکه های حسگر بیسیم (WSN)           13

2-2- 1 ساختار ارتباطی شبکه های حسگر        14

2-2-2 فاکتورهای طراحی    14

2-2-3 تحمل خرابی           14

2-2-4 قابلیت گسترش         15

2-2-5 هزینه تولید 15

2-3- ویژگی های سخت افزاری         15

2-4 ویژگی های منحصر به فرد یک شبکه حس گر بیسیم (WSN)   17

2-5 کاربردهاي شبکه هاي حسگر بیسیم           18

2-5-1 ایجاد امنیت 18

2-5-2 محیط و موجودات زنده          19

2-5-3 صنعت      19

 2-5-4 کنترل ترافیک        19

2-6 چالش هاي شبکه هاي حسگر بیسیم            20

2-7 مفاهیم قابل بحث و تحقیق در شبکه هاي حسگر بیسیم  23

2-7-1 تنگناهاي سخت افزاري           23

2-7-2 توپولوژي  23

2-7-3 قابلیت اطمینان         24

2-7-4 مقیاس پذیري           24

2-7-5 قیمت تمام شده          25

2-7-6 شرایط محیطی         25

2-7-7  رسانه ارتباطی        25

2-7-8 توان مصرفی گره ها  25

2-8 مفهوم مسیریابی در شبکه هاي حسگر بیسیم 26

2-9 چالشهاي مسیریابی در شبکه هاي حسگر بیسیم          28

فصل سوم کنترل ازدحام و  روشهاي پیشنهاد شده براي مسیریابی در شبکه هاي حسگر بیسیم        33

3-1 مقدمه           34

3-2 ازدحام در شبکه           34

3-3 کنترل ازدحام  35

3-4 تفاوت بین کنترل ازدحام و کنترل جریان     36

3-5 اصول کلی در کنترل جریان        36

3-6 سیاستهای پیشگیری از ازدحام      37

3-7 روشهاي مسیریابی       38

3-7-1 روش ارسال سیل آسا 38

3-7-2 روش هاي مبتنی بر خوشه بندي            41

3-7-3 روش مبتنی بر زنجیر            46

3-7-4 روش هاي مبتنی بر انرژي باقیمانده هر گره (آگاه از انرژي)  48

فصل چهارم شبیه سازی       51

4-1 مقدمه           52

4-2 اصول پایه و مدل حس کردن       54

4-3 الگوریتم پیشنهادی        55

4-4 آنالیز توزیع طول عمرهای آتی    56

4-5 نرخ بیداری گره           58

4-6 فرمولاسیون مسئله       60

4-7 الگوریتم خود تثبیتی     61

4-8 اثبات های خود تثبیتی   61

4-9 آنالیز تئوری : آنالیز پیچیدگی پیام  62

4-10 آنالیز قابلیت اطمینان   65

4-11شرح اجمالی پروتکل های PEAS و PCP   67

4-11-1 الگوریتم PEAS      67

4-11-2 الگوریتم PCP       68

4-12 نتایج شبیه سازی        69

فصل پنجم نتیجه گیری        76

نتیجه گیری          77

منابع      78

Abstract           83

فهرست اشکال

شکل ( 2-1 ) : چگونگی انتشار داده در شبکه حسگر بیسیم            27

شکل ( 3-1 ) : اصول روش ارسال سیل آسا      38

شکل ( 3-2 ) : انفجار ترافیکی در روش ارسال سیل آسا    39

شکل ( 3-3 ) : اصطکاك و همپوشانی در روش ارسال سیل آسا       40

شکل (3-4 ) : عملکرد روش سلسله اي خوشه بندي وفقی با انرژي پایین        42

شکل (3-5 ) : دو فاز استفاده شده در روش سلسله اي خوشه بندي وفقی با انرژي پایین    43

شکل (4-1) : تکامل طول عمر.         70

شکل (4-2) : . زمان نظارت موثر.     71

شکل(4- 3 ) : کل تعداد پیام ها.          72

شکل( 4-4): بیداری ها به ازای هر گره.           74