فهرست عناوینصفحه1 فصل اول مقدمه11.1مکانیزمهای ذخیرهسازی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم21.1.1 بهینهسازی رادیو31.1.2 کاهش حجم اطلاعات61.1.3 طرح خواب و بیدار71.1.4 مسیریابی با کارایی انرژی81.1.5 راهحل شارژ101.2ویژگیهای شبکههای حسگر بیسیم از منظر مسیریابی111.3الزامات طراحی الگوریتمهای مسیریابی در شبکههای حسگر131.4بررسی کاستیهای الگوریتمهای مسیریابی موجود171.5دستاوردها و نوآوریهای این پایان نامه212 فصل دوم مروری بر کارهای پیشین232.1الگوریتمهای مسیریابی نامبتنی بر ساختار242.1.1 الگوریتمهای جغرافیایی242.1.2 الگوریتمهای مبتنی بر هوش مصنوعی و تئوری مورچگان272.1.3 الگوریتمهای خوشهبندی302.2الگوریتمهای مبتنی بر ساختار342.2.1 الگوریتم RPL342.2.1.1........................ گراف مسیریابی جهت دار مبتنی بر مقصد (DODAG)352.2.1.2..................................................................................... شناسههای پروتکل362.2.1.3.............................................................................. تشکیل مسیر در گراف372.2.1.4......................................... معیارهای وزن دهی مسیر در پروتکل RPL382.2.2 الگوریتم LB_RPL402.2.3 الگوریتم UDCB412.2.4 الگوریتم UDDR422.2.4.1..................................................................................... فاز انتخاب والد432.2.4.2..................................................................................... حرکت خودخواهانه442.2.4.3................................................................................................ بازی مشترک442.2.4.4.................................................................................................. فاز اتصال453 فصل سوم مدل شبکه مورد بررسی و تعریف مسأله مسیریابی بهینه473.1همبندی شبکه483.2چگالی گرهها493.3مدل لینک مخابراتی بیسیم493.4مکانیزم دسترسی به کانال مخابراتی503.5تعریف مسأله توزیع ترافیک بهینه514 فصل چهارم الگوریتم مسیریابی درختی با هدف مصرف انرژی متوازن524.1فاز ایجاد درخت544.2بررسی اثر افزایش رنج مخابراتی554.3نحوه انتخاب والد ترجیحی584.4تحلیل پیچیدگی الگوریتم PBLD645 فصل پنجم چارچوب شبیهسازی و مقایسه نتایج عملکرد665.1محیط شبیهسازی675.2پارامترهای شبیهسازی685.3سناریوهای شبیهسازی705.4نتایج شبیهسازی705.4.1 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرهها705.4.2 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرههای تولید کننده ترافیک725.4.3 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به نرخ تولید ترافیک متغییر746 فصل ششم جمعبندي و نتيجهگيري77منابع و مراجع81 فهرست اشكالصفحهشکل1‑1طبقه بندی مکانیزم های ذخیره سازی انرژی3شکل2‑1 معماری پیشنهادی ارتباطات سه لایه33شکل4‑1یک برش از شبکه56شکل 4‑2 برشی از شبکه بعد از افزایش رنج مخابراتی57شکل 5‑1 نمونهای از گراف مسیریابی الگوریتم PBTR68شکل 5‑2 نمودار میزان طول عمر الگوریتمها در برابر با تعداد گره ها71شکل 5‑3 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره ها72شکل 5‑4 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر تعداد گره های تولید کننده ترافیک73شکل 5‑5 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره های تولیدکننده ترافیک74شکل 5‑6 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر نرخ تولید ترافیک توسط گره ها75شکل 5‑7 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر نرخ نولید ترافیک توسط گره ها76 فهرست جداولصفحهجدول 4‑1شبه کد ایجاد الگوریتم درخت مسیریابی55جدول 4‑2 شبه کد الگوریتم افزایش توان ارسالی گره58جدول 4‑3شبه کد الگوریتم نقش گره v به عنوان گره والد62جدول 4‑4شبه کد الگوریتم نقش گره u به عنوان گره فرزند63جدول 5‑1 پارامترهای شبیهسازی69مقیاسپذیری، پوشش، زمان تاخیر، کیفیت سرویس، امنیت و تحرک از نیازهای اصلی شبکههای حسگر بیسیم مورد استفاده در برنامههای مختلف کاربردی، از جمله نظارت بر محیطزیست، امنیت عمومی، مراقبتهای پزشکی و کاربردهای نظامی و صنعتی به شمار میروند. در این برنامههای کاربردی، از حسگر انتظار میرود به صورت خودکار برای مدت زمان طولانی، اعم از هفته یا ماه، کار کند. با این حال، این شبکهها با توجه به منابع محدود باتری موجود در حسگرها از محدودیت طول عمر شبکه رنج میبرند.در چند سال اخیر روشهای متعددي برای صرفهجویی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم پیشنهاد شده است و هنوز هم تحقیقات بسیاری در مورد چگونگی بهینهسازی مصرف انرژی برای شبکههای حسگر بيسيم با منابع انرژي محدود در حال انجام است. در بخش بعدی استانداردهای موجود برای افزایش طول عمر شبکههای حسگر بیسیم را با توجه به ذخیرهسازی انرژی بیان میکنیم.در این بخش، مروری بر روی روشهای عمده موجود برای حل مشکل مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم که در مقاله [1] ارائه شده است، انجام میدهیم. یک طبقهبندی از مکانیزمهای پیشنهادی ذخیرهسازی انرژی درشکل1‑1به طور خلاصه آورده شده است.
بررسي، شبيه سازي و بهبود الگوریتم های کاهش مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم WORD
فهرست عناوینصفحه1 فصل اول مقدمه11.1مکانیزمهای ذخیرهسازی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم21.1.1 بهینهسازی رادیو31.1.2 کاهش حجم اطلاعات61.1.3 طرح خواب و بیدار71.1.4 مسیریابی با کارایی انرژی81.1.5 راهحل شارژ101.2ویژگیهای شبکههای حسگر بیسیم از منظر مسیریابی111.3الزامات طراحی الگوریتمهای مسیریابی در شبکههای حسگر131.4بررسی کاستیهای الگوریتمهای مسیریابی موجود171.5دستاوردها و نوآوریهای این پایان نامه212 فصل دوم مروری بر کارهای پیشین232.1الگوریتمهای مسیریابی نامبتنی بر ساختار242.1.1 الگوریتمهای جغرافیایی242.1.2 الگوریتمهای مبتنی بر هوش مصنوعی و تئوری مورچگان272.1.3 الگوریتمهای خوشهبندی302.2الگوریتمهای مبتنی بر ساختار342.2.1 الگوریتم RPL342.2.1.1........................ گراف مسیریابی جهت دار مبتنی بر مقصد (DODAG)352.2.1.2..................................................................................... شناسههای پروتکل362.2.1.3.............................................................................. تشکیل مسیر در گراف372.2.1.4......................................... معیارهای وزن دهی مسیر در پروتکل RPL382.2.2 الگوریتم LB_RPL402.2.3 الگوریتم UDCB412.2.4 الگوریتم UDDR422.2.4.1..................................................................................... فاز انتخاب والد432.2.4.2..................................................................................... حرکت خودخواهانه442.2.4.3................................................................................................ بازی مشترک442.2.4.4.................................................................................................. فاز اتصال453 فصل سوم مدل شبکه مورد بررسی و تعریف مسأله مسیریابی بهینه473.1همبندی شبکه483.2چگالی گرهها493.3مدل لینک مخابراتی بیسیم493.4مکانیزم دسترسی به کانال مخابراتی503.5تعریف مسأله توزیع ترافیک بهینه514 فصل چهارم الگوریتم مسیریابی درختی با هدف مصرف انرژی متوازن524.1فاز ایجاد درخت544.2بررسی اثر افزایش رنج مخابراتی554.3نحوه انتخاب والد ترجیحی584.4تحلیل پیچیدگی الگوریتم PBLD645 فصل پنجم چارچوب شبیهسازی و مقایسه نتایج عملکرد665.1محیط شبیهسازی675.2پارامترهای شبیهسازی685.3سناریوهای شبیهسازی705.4نتایج شبیهسازی705.4.1 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرهها705.4.2 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرههای تولید کننده ترافیک725.4.3 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به نرخ تولید ترافیک متغییر746 فصل ششم جمعبندي و نتيجهگيري77منابع و مراجع81 فهرست اشكالصفحهشکل1‑1طبقه بندی مکانیزم های ذخیره سازی انرژی3شکل2‑1 معماری پیشنهادی ارتباطات سه لایه33شکل4‑1یک برش از شبکه56شکل 4‑2 برشی از شبکه بعد از افزایش رنج مخابراتی57شکل 5‑1 نمونهای از گراف مسیریابی الگوریتم PBTR68شکل 5‑2 نمودار میزان طول عمر الگوریتمها در برابر با تعداد گره ها71شکل 5‑3 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره ها72شکل 5‑4 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر تعداد گره های تولید کننده ترافیک73شکل 5‑5 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره های تولیدکننده ترافیک74شکل 5‑6 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر نرخ تولید ترافیک توسط گره ها75شکل 5‑7 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر نرخ نولید ترافیک توسط گره ها76 فهرست جداولصفحهجدول 4‑1شبه کد ایجاد الگوریتم درخت مسیریابی55جدول 4‑2 شبه کد الگوریتم افزایش توان ارسالی گره58جدول 4‑3شبه کد الگوریتم نقش گره v به عنوان گره والد62جدول 4‑4شبه کد الگوریتم نقش گره u به عنوان گره فرزند63جدول 5‑1 پارامترهای شبیهسازی69مقیاسپذیری، پوشش، زمان تاخیر، کیفیت سرویس، امنیت و تحرک از نیازهای اصلی شبکههای حسگر بیسیم مورد استفاده در برنامههای مختلف کاربردی، از جمله نظارت بر محیطزیست، امنیت عمومی، مراقبتهای پزشکی و کاربردهای نظامی و صنعتی به شمار میروند. در این برنامههای کاربردی، از حسگر انتظار میرود به صورت خودکار برای مدت زمان طولانی، اعم از هفته یا ماه، کار کند. با این حال، این شبکهها با توجه به منابع محدود باتری موجود در حسگرها از محدودیت طول عمر شبکه رنج میبرند.در چند سال اخیر روشهای متعددي برای صرفهجویی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم پیشنهاد شده است و هنوز هم تحقیقات بسیاری در مورد چگونگی بهینهسازی مصرف انرژی برای شبکههای حسگر بيسيم با منابع انرژي محدود در حال انجام است. در بخش بعدی استانداردهای موجود برای افزایش طول عمر شبکههای حسگر بیسیم را با توجه به ذخیرهسازی انرژی بیان میکنیم.در این بخش، مروری بر روی روشهای عمده موجود برای حل مشکل مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم که در مقاله [1] ارائه شده است، انجام میدهیم. یک طبقهبندی از مکانیزمهای پیشنهادی ذخیرهسازی انرژی درشکل1‑1به طور خلاصه آورده شده است.