عنوان صفحهفصل 1: مقدمه1فصل 2: سیستمهایفراپهن باند......52-1- مقدمه52-2- خواص سیگنالهای فراپهنباند72-3- استانداردها درسیستمهای فراپهنباند92-4- مدولاسیوندر سیستمهای فراپهنباند102-5- دسترسیچندگانه درسیستمهای فراپهنباند11فصل 3: شبکههایاقتضاییبیسیم...............213-1- مقدمه......223-2- دستهبندی سیستمهای مکانیاب223-3- دستهبندی الگوریتمهای مکانیاب در شبکههای حسگر.....................................................................................163-4- انواعروشهایفاصلهیابی...........................................................................................................................................303-4-1- مکانیابیبراساسقدرتسیگنال.....................................................................................................................313-3-2-مکانیابیبراساسزاویه رسیدن سیگنال............................................................................................................323-3-3- مکانیابیبراساسزمانرسیدنسیگنال..... ....................................................................................................353- 5-استراتژیهایتشخیصپیکبرایسیستمهایمکانیابزمانی......................................................................393 - 6- مشکلاتمکانیابیبراساسزمان..........................................................................................................................403-7- تکنیکهایتخمینمکان............................................................................................................................................423-8- فناوریهایدردسترسبرایسیستمهایمکانیاب.............................................................................................45فصل 4: استفاده از فناوری فراپهنباند برای سیستمهای مکانیاب..................................................47 4-1- استفادهازسیگنالهایفراپهنباندبرایمکانیابی...............................................................................................474-2- آشکارسازیسیگنالهایفراپهنباندوبررسیمدلکانالدراستاندارد802.15.4a654-3- باندهایتشخیصخطا564-4- مدلکردناندازهگیریها594-5- باندخطایمکانی614-6- فاصلهیابی بر اساس استاندارد 802.15.4a65فصل 5: بهینهسازی سیستمهای مکانیاب مبتنی بر فناوری فراپهنباند.......................................675-1- استراتژیهایطراحیشبکههایمکانیاب665-2-دستهبندیتوپولوژیشبکههایحسگربرایمکانیابی675-3-اثرچگالیگرههادرمحیطبررویدقتمکانیابی695-4- هدفتحقیق735-5- پیادهسازیوشبیهسازیطرحالگوریتمبهینه735-5-1-موضوع طرح..................................................................................................................................................785-5-2- بررسی اثر فاصله روی باند خطای مکانی................................................................................................815-5-3-تشریح الگوریتم............................................................................................................................................825-5-4-تست و شبیهسازی الگوریتم برای محیطهای ساده...........................................................................915-5-5-الگوریتم بر مبنای تعداد گره مرجع........................................................................................................915-5-6- مقایسه توزیع تصادفی گرهها با جایگذاری بهینهی آنها...................................................................975-5-7- الگوریتم بهینهیاب بر مبنای دقت دلخواه..............................................................................................99فصل 6: نتيجهگيري وپيشنهادات102مراجع :105 فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول1-1: کاربرد و دقت مورد استفاده برای انواع مکانیابی.........................................................................................3جدول2-1: پارامترهای مدل کانال IEEE UWB.......................................................................................................20جدول3-1: مقایسه روشهای مکانیابی رایج...................................................................................................................46جدول4-1: مقدار بایاس و انحراف استاندارد برای پرکاربردترین موانع.......................................................................54 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل1-2: توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز به ازای باندهای فرکانسی مختلف.................................................7شکل 2-2: روشهای مدولاسیون در سیستمهای فراپهنباند.......................................................................................11شکل3-2: روشهای مدولاسیون در سیستمهای فراپهنباند.........................................................................................13شکل2-4: معماری لایهها در شبکههای اقتضایی.............................................................................................................15شکل2-5: (a) پاسخ ضربهی مدل کانال برای IEEE 802.15.3a CH3 محور عمودی دامنهی کانال میباشد، (b) تابع خودهمبستگی پاسخ ضربهی کانال.....................................................18شکل3-1: استفاده از سه گره برای مکانیابی...................................................................................................................31شکل3-2: منحنی تغییرات دقت بر حسب فاصله در روش RSSI............................................................................32شکل3-3: رسیدن جبهه موج به آرایهای از آنتنها........................................................................................................33شکل3-4:مکانیابی با استفاده از زاویه رسیدن سیگنال.............................................................................................33شکل3-5:مینیمم انحراف استاندارد بر حسب نسبت سیگنال به نویز با استفاده از زمان رسیدن سیگنال با پهنای پالس متفاوت..............................................................................................................................................................34شکل3-6: منحنی تغییرات کمینه خطای فاصلهیابی با استفاده از زمان رسیدن سیگنال بر حسب نسبت سیگنال.....................................................................................................................................................................................37شکل 3-7: مکانیابی با استفاده از تفاضل زمان رسیدن سیگنال...............................................................................38شکل3- 8: پروفایل تاخیر زمانی کانال.............................................................................................................................41شکل3-9: پروفایل تاخیر زمانی کانال در عدم وجود دید مستقیم.............................................................................42شکل 4- 1: منحنی تغییرات باند پایین دقت مکانیابی بر حسب نوع سیگنالهای مختلفTOA...................48شکل4-2 : منحنی تغییرات مینیمم دقت مکانیابی با استفاده از روش TOA ..................................................50شکل 4-3: تاثیر دیوار بر روی سیگنال............................................................................................................................52شکل4-4:تاثیر سیگنال بر روی دیوار.............................................................................................................................54شکل4-5: سیگنال دریافتی در محلهای مختلف محیط تحت مراقبت.................................................................55شکل4-6: محیط آزمایشی تحت مراقبت...........................................................................................................................56شکل 4-7: تغییرات باند پایین خطا زیو- زاکای و کرامر - رور به ازای تغییرات نسبت سیگنال به نویز.............58شکل 4-8: باند پایین خطا زیو- زاکای و کرامر - رور به ازای تغییرات نسبت سیگنال به نویز در مدل کانال مختلف........................................................................................................................................................................................59شکل 4-9: تابع توزیع چگالی با وجود بایاس با توزیع یکنواخت...................................................................................61شکل4-10: منحنی تغییرات ضرایب اهمیت بر حسب مقادیر بایاس متفاوت............................................................64شکل 4-11: باند خطای مکانی بر حسب تغییرات مقدار بایاس....................................................................................65شکل4-12: ساختار بستهی اطلاعاتی پروتکل فاصلهیاب در استاندارد IEEE.802.15.4a................................66شکل 5- 1: توزیع منظم گرهها و توزیع نامنظم گرهها....................................................................................................71شکل 5-2: تغییرات دقت بر حسب چگالی گرههای مرجع.............................................................................................72شکل 5-3: اثر چگالی گرههای مرجع برروی دقت............................................................................................................73شکل5-4: چیدمان گرههای مرجع برای هدف در مرکز دایره........................................................................................75شکل5-5: ضرایب اهمیت متفاوت برای موانع مختلف.....................................................................................................76شکل5-6: محاسبه ضرایب اهمیت متفاوت برای موانع مختلف.....................................................................................77شکل5-7: اثر فاصله بر باند پایین خطای مکانی...............................................................................................................82شکل5-8: جایگذاری گرههای مرجع در محیط ساده به صورت بهینه........................................................................90شکل5-9: جایگذاری گرههای مرجع در محیط باند شده به صورت بهینه.................................................................94شکل5-10: جایگذاری گرههای مرجع در محیط دارای مانع به صورت بهینه............................................................96شکل5-11: جایگذاری گرههای مرجع در محیط دارای چاله به صورت بهینه............................................................98شکل5-12: باند پایین خطای مکانی متوسط بر حسب تعداد گره مرجع با استفاده از الگوریتم بهینه (ب) و مقایسه آن با توزیع تصادفی آنها (الف)................................................................................................................................99شکل 5-13: مکان بهینه نودهای مرجع در محیط ساده با الگوریتم بر مبنای دقت..............................................102 فهرست نشانههاي اختصاري AOAAngle Of ReceiveCRBCramer Rao BoundEIRPEquivalent isotropically radiated powerGPSGeneral Positioning SystemFCCFederal Communications CommissionLOSLine Of SideMACMedium Access ControlMDSMultidimentional ScalingNLOSNone Line Of SidePSPower SavePEBPosition Error BoundRSSReceived Signal StrengthSDPSemi Define ProgrammingSNRSignal to Noise RatioTDOATime Different of ArrivalTOATime Of ArrivalUWBUltra-WideandWLANWireless Local area NetworksWPANWireless Personal Area NetworksZZBZiv-Zakai Bound امروزه استفاده از شبکههای حسگر بسیار رایج و کاربردی شده است. شبکههای حسگر مجموعهای از ادوات حسگر است که با چیدمان مخصوص در محیطی قرار گرفته و با سعی در پوشش کل محیط، هدف خاصی را دنبال میکند. هدف در شبکههای حسگری ممکن است حس کردن دما برای محیطهای خاص، حس کردن دود برای جلوگیری از آتش گرفتن یا حس کردن نوعی گاز خاص باشد. اما از مهمترین کمیتهای قابل تشخیص بوسیله حسگرها مکان و زمان است که بسیار کاربردی است. با توجه به افزایش کاراییهای مکانیابی در کاربردهای مختلف نیاز به اینگونه سیستمها روز به روز افزایش مییابد. گسترش اینگونه سیستمها مورد توجه محققان و شرکتهای سازنده قرارگرفته است.به عنوان مثال مکان اتومبیلها در مناطق تحت کنترل و نظامی و بررسی ترافیکها در نقاط مختلف و کنترل ناوگان مسافربری از جمله کاربردهای اخیر مکانیابی است که از سیستمهای مکانیابی GPS استفاده میکند.اما مکانیابی اشخاص در انبارهای تجهیزات، بیمارستانهای بزرگ،مکانهای امنیتی در فضاهای داخلی با استفاده از سیستمهایGPS امکانپذیر نیست. زیرا این سیستمها دارای ارتباط ماهوارهای بوده و نیاز به خط دید مستقیم با گیرنده دارند و گیرنده باید همزمان با چهار گره مرجع ماهوارهای در تماس باشد. این گونه محدودیتها استفاده از این سیستمها را در فضای داخلی تقریبا غیرممکن میسازد. به علاوه این سیستمها در ماژول مکانیاب نیاز به توان ارسالی بالا برای تبادل اطلاعات با گرههای مرجع[1] وجود دارد و استفاده از این ماژولها را با استفاده از تغذیه باتری با مشکل روبرو میکند. یکی از مشکلات مهم دیگر این سیستمها، دقت نسبتا" پایین آنها در حدود چندین متر است[1]Anchor