چکیدهviفهرست مطالبviiفصل اول : مقدمه ای بر شبکه های سنسوری بدون سیم11-1- مقدمه21-2- کاربرد های شبکه سنسوری بدون سیم61-2-1- کاربرد های پزشکی61-2-2- کاربرد های نظامی و دفاعی71-2-3- کاربرد های کنترلی و نظارتی در طبیعت، محیط زیست و کشاورزی81-2-4- کاربردهای عمومی و صنعتی91-3- مرور بر پیشینه و تحقیقات انجام شده در شبکه های حسگر بدون سیم101-4- هدف پروژه211-5- ساختار پایان نامه22فصل دوم : مدل مسئله ومعرفی سناریوی شبکه سنسوری بدون سیم232-1- مقدمه242-2- تعاریف کلی از مفاهیم مطرح شده242-3- معیار عملکرد252-3-1- نسبت سیگنال به نویز و تداخل252-3-2- نرخ خطای بیت262-3-3- تعریف ظرفیت شانون (ارگادیک) برای شبکه بدون سیم262-3-4- ظرفیت قطع شبکه262-4- مدل سیستم و سناریوی مورد بررسی در شبکه حسگربدون سیم27فصل سوم : تحلیل ریاضی وفرمولبندی پارامترها در شبکه حسگر بدون سیم333-1- مقدمه343-2- ظرفیت و مروری بر تعاریف آن343-3- مدلهای توزیع نسبت سیگنال به نویز و تداخل(SINR)373-3-1- مدل تقریبی373-3-2- مدل دقیق453-4- محاسبه تابع های توزیع و چگالی ظرفیت533-5- محاسبه نقطه اکسترمم ظرفیت با تغییر تعداد گره های شبکه56فصل چهارم : شبیه سازی شبکه سنسوری بدون سیم و تحلیل نتایج594-1- مقدمه604-2- چگونگی شبیه سازی604-3- نتایج شبیه سازی و اثر پارامتر ها و تحلیل آنها624-4- نتایج شبیه سازی و تطابق با تحلیل ها944-5- نتایج شبیه سازی تغییر تعداد گره ها و بررسی مقیاسپذیری100فصل پنجم : جمع بندی و نتیجه گیری1155-1- مقدمه1165-2- جمع بندی و نتیجه گیری1165-3- پیشنهادات برای توسعه تحقیقات120فهرست مراجع123Abstract127 مقدمه ای بر شبکه های سنسوری بدون سیم 1-1- مقدمه شبکه های سنسوری یکی از پرکاربردترین مباحث روز در بحث جمع آوری اطلاعات از محیط پیرامون زندگی انسان میباشد. نه تنها بررسی محیط اطراف بلکه کنترل آن نیز از کاربردهای شبکه های سنسوری است. در حالتی که سنسورها بدون سیم باشند، در کنار افزوده شدن پیچیدگی، کاربردها و مزایای زیادی نیز حاصل میگردداین شبکه از صد ها یا هزاران سسنسور تشکیل شده اند و به هر سنسور نام گره اتلاق می شود.در یک سیستم سیمی، نصب حسگرهای زیاد معمولا به خاطر افزایش هزینه سیم کشی میسر نمیباشد. جاهائی که تا پیش از این غیرقابل دسترس بودند مانند داخل موتور های کارخانجات و نیز مکان های خطرناک و متحرک به وسیله WSN ها قابل دسترسی است [14].از نظر ساختاری، شبکه های بدون سیم را میتوان به دو دسته کلی تقسیم کرد. یک دسته با ساختار سلولی[1] هستند که همه گره ها مستقیما با ایستگاه مرکزی[2] در ارتباط هستند و ارسال و دریافت اطلاعات از یک گره به گره دیگر، با واسطه این ایستگاه مرکزی صورت گرفته و کنترل میشود. دسته دوم شبکه های با ساختار اقتضایی (موردی، ادهاک) هستند. در این شبکه ها همه گره ها از نظر توانایی ها و وظایفی که دارند، یکسان هستند. به این ترتیب شبکه های اقتضایی بدون سیم، از تعدادی گره تشکیل میشود که قادرند بدون نیاز به ایستگاه مرکزی یا هرگونه تجهیزات زیرساخت[3] پیش ساخته، بصورت خودکار یک شبکه تشکیل دهند [6] .در چنین شبکه هایی در غیاب ایستگاه مرکزی، خود گره ها کلیه وظایف مسیریابی و کنترل شبکه را عمدتا با استفاده از الگوریتم های کنترلی توزیع شده، بر عهده دارند [3] . بدلیل وجود این ویژگی شبکه های بدون سیم اقتضایی این ویژگی را دارند که با استفاده از گره های موجود، به سرعت تشکیل و راه اندازی شوند.شبکه های سنسوری بدون سیم که زیر مجموعه ای از شبکه های اقتضایی میباشند، تفاوت مختصری با آن دارند؛ احتیاج است نهایتا تمام اطلاعات جمع آوری شده از محیط را، مشابه با روشهای مسیریابی و رله کردن اطلاعات در شبکه های اقتضایی، به سمت یک ایستگاه مرکزی منتقل کنند. اما این ایستگاه مرکزی بر خلاف شبکه های سلولی، نقشی در چگونکی تولید شبکه و کنترل بر نحوه مسیریابی و ارتباط میان گره ها یا همان سنسور ها، ندارد[26].در شبکه حسگر بدون سیم، هر حسگر علاوه بر وظیفه دیجیتال کردن اطلاعات دریافتی، وظیفه دارد تا حدی پردازشهای سبک را بر روی دادههای جمعآوری شده، انجام دهد و نیز قابلیت برقراری ارتباط با سایر گرهها را نیز داشته باشد؛بدین صورت که هر گره به عنوان یک منبع ،خود به عنوان یک فرستندهی داده عمل میکند و در صورت لزوم داده های ارسالی از سایر گره ها را به مقصد ارسال میکند. این روش بر خلاف شبکه های با ساختار سلولی می باشد که تمام گره ها فقط با ایستگاه مرکزی در ارتباط هستند و ارتباط هر گره با گره دیگر توسط آن انجام میشود. نیاز نیست که موقعیت این حسگر ها از قبل تعیین شده باشد بلکه محل این حسگر ها می تواند به صورت تصادفی انتخاب شود[11] .گره ها در WSN مانند یک شبکه Ad-Hoc توزیع شده و در بیشتر زمان خود، غیر فعال هستند اما ناگهان زمانی که رخدادی را تشخیص میدهند فعال میشوند. وقتی که حسگرها، پدیده مورد نظر را رصد کردند، رخداد مورد نظر به یک ایستگاه مرکزی گزارش داده میشود.کاربردهای مختلف و حالت تصادفی شبکههای سنسوری بدون سیم چالشهای بسیاری برای تحقیق در این زمینه بوجود آورده است، مثلا : کنترل دسترسی رسانه [4]، پروتکلیهای مسیریابی، کنترل توان و مقیاس پذیری (قابلیت تغییر اندازه شبکه و چگالی سنسورها) [11] .مشخص نبودن توپولوژی و تغییرات کانال در طول زمان، مشکلات متعددی را در زمینه تحقیقات، طراحی و پیادهسازی این شبکهها به وجود آورده است. چنین تغییراتی، الگوریتم های مسیریابی[5] ، تخمین کارائی شبکه[6]، پوشش شبکه[7]، گسترش پذیری و مقیاس پذیری[8] و ... را با پیچیدگیهای خاصی روبرو کرده است که بررسی آنها زمینه تحقیقات متداول امروزی است [10و24و25و26] . نیاز به کاهش پیچیدگی شبکه های سنسوری بدون سیم محققان را بر آن داشته که از منابع محدود کننده، مانند محدودیت کانال ارتباطی در حوزه های زمان و فرکانس و کد، محدودیت انرژی و طول عمر و ... ، به نحو هرچه مناسبتر استفاده کرده و به سمت هرچه بهینه تر شدن اشتراک منابع پیش روند.