فهرست مطالبعنوان شماره صفحهچکیده...........1فصل اول: مقدمه21-1 مقدمه31-2 هدف پایان نامه41-3 ساختار پایاننامه4فصل دوم : معرفی شبکههای حسگر بیسیم52-2 کاربرد های شبکه حسگر بیسیم62-2-1 مانیتورینگ محیطی62-2-2 کاربردهای نظامی72-2-3 کاربردهای بهداشتی82-2-4 کنترل فرایند صنعتی82-2-5 نظارت و امنیت92-2-6 هوشمندی خانه92-3 دسته بندی شبکههای حسگر بیسیم92-4 معماری شبکه های حسگر بیسیم122-4-1 واحد حسگر122-4-2 واحد پردازشگر122-4-3 واحد ارتباطات132-4-4 واحد توان132-5 معماریهای شبکه132-5-1 معماری تخت142-5-2 معماری سلسله مراتبی152-6 اهداف طراحی شبکه162-7 چالش های طراحی شبکه18فصل سوم: مروری بر روش های پیشین203-1 انتشار دادهها213-1-1روش همه پخشی213-1-2روش شایعه پراکنی223-1-3روش SPIN :233-1-3-1 پیغامهایSPIN :243-1-3-2SPIN : یک روش دست تکانی سه مرحلهای243-1-4 روش پخش مستیقم253-1-5 پرس و جو تودرتو263-1-6 مقایسه روش انتشار مستقیم باروش SPIN:273-1-7 روش مسیر یابی جغرافیایی (GEAR) :283-1-8 روش انتشار بیرون دهنده293-1-9روش انتشار جذب یک مرحلهای303-1-10 روش خوشهبندی313-2 خوشهبندی گرهها323-2-1 معماریهای شبکه حسگر بیسیم323-2-1-1 شبکههای حسگرهمگون323-2-1-2شبکههای حسگر نا همگون333-2-1-3شبکههای حسگر ترکیبی333-3ساختارهای خوشه بندی نودها343-3-1 چیدمان نودها با استقرار منظم363-3-2 چیدمان نودها با توزیع تصادفی36 3-4 مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم363-5 اتصال داده373-5-1 دستیابی چند گانه مبتنی بر تقسیم بندی زمانی TDMA383-5-2 دستیابی چند گانه مبتنی بر تشخیص حامل CSMA383-6 لایه شبکه383-7 سیستمهای فازی در شبکههای حسگر بیسیم393-7-1 مروری بر منطق فازی393-7-1-1 مجموعههای فازی403-7-1-2 توابع عضویت413-7-1-3 عملگرهای فازی413-7-1-4 قوانین اگر- آنگاه423-7-1-5 سیستمهای استنتاج فازی423-8 الگوریتم LEACH433-8-1 فاز راه انداز443-8-2 فاز حالت پایدار443-9 الگوریتم CHEF443-9-1 انتخاب سرخوشه با استفاده از منطق فازی453-10 کارهای مرتبط در زمینه تحرک ایستگاه پایه463-11 مروری بر الگوریتم اجتماع ذرات483-11-1 الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات493-11-2 عملکرد کلی الگوریتم ذرات503-11-3 محاسبه سرعت هر ذره503-11-4 ضرایب شتاب و اعداد تصادفی513-11-5 انتخاب سرعت ماکزیمم51 3-11-6 انتخاب اینرسی وزنی51فصل چهارم: روش پیشنهادی534-1 شرح مشکل544-2 روش پیشنهادی544-2-1 انتخاب سرخوشه514-2-2 پارامترهای سیستم فازی دوسطحی564-2-3 قوانین فازی574-2-4 تعیین مقدار شانس سرخوش594-2-4-1 گام اول: فازیسازی594-2-4-2 گام دوم: ارزیابی قوانین614-2-4-3 گام سوم: تجمیع خروجیها624-2-4-4 گام چهارم: غیرفازیسازی624-2-5 مدیریت حرکت ایستگاه پایه63فصل پنجم:نتایج شبیهسازی645-1 محیط شبیهسازی و پارامترهای مورد استفاده655-1-1 مدل شبکه655-1-2 مدل مصرف انرژی655-2 معیارهای ارزیابی675-3 نتایج شبیهسازی685-4 نتیجهگیری765-5 پیشنهادات76منابع و مآخذ77چکیده انگلیسی فهرست جداولعنوان شماره صفحه جدول 3-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب سرخوشه......................................................45جدول4-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح اول).......................57جدول4-2- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح دوم) .....................58جدول5-1- پارامترهای مورد استفاده..........................................................................................................67جدول5-2- طول عمر شبکه با ایستگاه پایه ثابت.......................................................................................68جدول5-3- طول عمرشبکه 100*100 CHEF......................................................................................70جدول5-4- طول عمرشبکه 100*100 LEACH..................................................................................71جدول5-5- طول عمر شبکه 60*60 الگوریتم اجتماع ذرات....................................................................75فهرست نمودارهاعنوان شماره صفحه نمودار5-1- مقایسه طول عمر شبکه در مسیرهای مختلف..........................................................................69نمودار5-2- زمان مرگ اولین گره69نمودار 5-3- مقایسه طول عمر سینک متحرک و ثابت70نمودار 5-4- زمان مرگ اولین گره71نمودار 5-5- مقایسه مسیرهای مختلف از نظر طول عمر شبکه72نمودار 5-6- زمان تمام شدن انرژی اولین گره72نمودار 5-7- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه CHEF73نمودار 5-8- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه LEACH73نمودار 5-9- انرژی باقیمانده کل شبکه74نمودار 5-10- استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات75فهرست اشکالعنوان شماره صفحه شکل2-1- ساختار گره حسگر12شکل2-2- معماری شبکه حسگر13شکل2-3- معماری شبکه تک پرشه14شکل2-4- معماری شبکه تخت14شکل2-5- معماری خوشهبندی تک پرشه15شکل2-6- معماری خوشهبندی چندپرشه16شکل2-7- معماری خوشهبندی چند لایه16شکل3-1- پدیده تصادم21شکل3-2- پدیده همپوشانی22شکل3-3- شایعه پراکنی22شکل3-4- الگوریتم دستتکانی25شکل3-5- توپولوژی شبکه : الف)توپولوژی تخت و ب) توپولوژی سلسله مراتبی32شکل3-6- توپولوژی شبکه حسگر ناهمگون34شکل 3-7- توپولوژی شبکه حسگر ترکیبی34شکل3-8- ساختار خوشه در شبکههای سلولی35شکل3-9- مقايسه ميزان مصرف انرژي در قسمتهاي مختلف گره حسگر37شکل3-10- ساختار اصلی سیستم فازی40شکل3-11- نحوه عملکرد عملگرها41شکل3-12- فلوچارت الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات45شکل4-1- توابع عضویت برای ورودی انرژی سرخوشهها.59شکل 4-2- توابع عضویت اعضای خوشه.60شکل4-3- توابع عضویت فاصله سرخوشهها با ایستگاه پایه .....................................................................60شکل4-4- توابع عضویت مرکزیت سرخوشهها61شکل4-5- توابع عضویت برای خروجی فازی61شکل4-6- ارزیابی قوانین62شکل4-7- تجمیع قوانین62شکل4-8- غیر فازیسازی63شکل5-1- مدل رادیویی66شکل5-2- محل استقرار سینک ثابت و متحرک68چکیدهبا 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 میشود. یکی از راههای 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 سرخوشهها 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.واژه های کلیدی: شبکه های حسگر بی سیم، منطق فازی، طول عمر شبکه، سرخوشه، ایستگاه پایه متحرک
کاهش مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم با مدیریت حرکت ایستگاه پایه و با استفاده از منطق فازی دو سطحی word
فهرست مطالبعنوان شماره صفحهچکیده...........1فصل اول: مقدمه21-1 مقدمه31-2 هدف پایان نامه41-3 ساختار پایاننامه4فصل دوم : معرفی شبکههای حسگر بیسیم52-2 کاربرد های شبکه حسگر بیسیم62-2-1 مانیتورینگ محیطی62-2-2 کاربردهای نظامی72-2-3 کاربردهای بهداشتی82-2-4 کنترل فرایند صنعتی82-2-5 نظارت و امنیت92-2-6 هوشمندی خانه92-3 دسته بندی شبکههای حسگر بیسیم92-4 معماری شبکه های حسگر بیسیم122-4-1 واحد حسگر122-4-2 واحد پردازشگر122-4-3 واحد ارتباطات132-4-4 واحد توان132-5 معماریهای شبکه132-5-1 معماری تخت142-5-2 معماری سلسله مراتبی152-6 اهداف طراحی شبکه162-7 چالش های طراحی شبکه18فصل سوم: مروری بر روش های پیشین203-1 انتشار دادهها213-1-1روش همه پخشی213-1-2روش شایعه پراکنی223-1-3روش SPIN :233-1-3-1 پیغامهایSPIN :243-1-3-2SPIN : یک روش دست تکانی سه مرحلهای243-1-4 روش پخش مستیقم253-1-5 پرس و جو تودرتو263-1-6 مقایسه روش انتشار مستقیم باروش SPIN:273-1-7 روش مسیر یابی جغرافیایی (GEAR) :283-1-8 روش انتشار بیرون دهنده293-1-9روش انتشار جذب یک مرحلهای303-1-10 روش خوشهبندی313-2 خوشهبندی گرهها323-2-1 معماریهای شبکه حسگر بیسیم323-2-1-1 شبکههای حسگرهمگون323-2-1-2شبکههای حسگر نا همگون333-2-1-3شبکههای حسگر ترکیبی333-3ساختارهای خوشه بندی نودها343-3-1 چیدمان نودها با استقرار منظم363-3-2 چیدمان نودها با توزیع تصادفی36 3-4 مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم363-5 اتصال داده373-5-1 دستیابی چند گانه مبتنی بر تقسیم بندی زمانی TDMA383-5-2 دستیابی چند گانه مبتنی بر تشخیص حامل CSMA383-6 لایه شبکه383-7 سیستمهای فازی در شبکههای حسگر بیسیم393-7-1 مروری بر منطق فازی393-7-1-1 مجموعههای فازی403-7-1-2 توابع عضویت413-7-1-3 عملگرهای فازی413-7-1-4 قوانین اگر- آنگاه423-7-1-5 سیستمهای استنتاج فازی423-8 الگوریتم LEACH433-8-1 فاز راه انداز443-8-2 فاز حالت پایدار443-9 الگوریتم CHEF443-9-1 انتخاب سرخوشه با استفاده از منطق فازی453-10 کارهای مرتبط در زمینه تحرک ایستگاه پایه463-11 مروری بر الگوریتم اجتماع ذرات483-11-1 الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات493-11-2 عملکرد کلی الگوریتم ذرات503-11-3 محاسبه سرعت هر ذره503-11-4 ضرایب شتاب و اعداد تصادفی513-11-5 انتخاب سرعت ماکزیمم51 3-11-6 انتخاب اینرسی وزنی51فصل چهارم: روش پیشنهادی534-1 شرح مشکل544-2 روش پیشنهادی544-2-1 انتخاب سرخوشه514-2-2 پارامترهای سیستم فازی دوسطحی564-2-3 قوانین فازی574-2-4 تعیین مقدار شانس سرخوش594-2-4-1 گام اول: فازیسازی594-2-4-2 گام دوم: ارزیابی قوانین614-2-4-3 گام سوم: تجمیع خروجیها624-2-4-4 گام چهارم: غیرفازیسازی624-2-5 مدیریت حرکت ایستگاه پایه63فصل پنجم:نتایج شبیهسازی645-1 محیط شبیهسازی و پارامترهای مورد استفاده655-1-1 مدل شبکه655-1-2 مدل مصرف انرژی655-2 معیارهای ارزیابی675-3 نتایج شبیهسازی685-4 نتیجهگیری765-5 پیشنهادات76منابع و مآخذ77چکیده انگلیسی فهرست جداولعنوان شماره صفحه جدول 3-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب سرخوشه......................................................45جدول4-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح اول).......................57جدول4-2- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح دوم) .....................58جدول5-1- پارامترهای مورد استفاده..........................................................................................................67جدول5-2- طول عمر شبکه با ایستگاه پایه ثابت.......................................................................................68جدول5-3- طول عمرشبکه 100*100 CHEF......................................................................................70جدول5-4- طول عمرشبکه 100*100 LEACH..................................................................................71جدول5-5- طول عمر شبکه 60*60 الگوریتم اجتماع ذرات....................................................................75فهرست نمودارهاعنوان شماره صفحه نمودار5-1- مقایسه طول عمر شبکه در مسیرهای مختلف..........................................................................69نمودار5-2- زمان مرگ اولین گره69نمودار 5-3- مقایسه طول عمر سینک متحرک و ثابت70نمودار 5-4- زمان مرگ اولین گره71نمودار 5-5- مقایسه مسیرهای مختلف از نظر طول عمر شبکه72نمودار 5-6- زمان تمام شدن انرژی اولین گره72نمودار 5-7- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه CHEF73نمودار 5-8- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه LEACH73نمودار 5-9- انرژی باقیمانده کل شبکه74نمودار 5-10- استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات75فهرست اشکالعنوان شماره صفحه شکل2-1- ساختار گره حسگر12شکل2-2- معماری شبکه حسگر13شکل2-3- معماری شبکه تک پرشه14شکل2-4- معماری شبکه تخت14شکل2-5- معماری خوشهبندی تک پرشه15شکل2-6- معماری خوشهبندی چندپرشه16شکل2-7- معماری خوشهبندی چند لایه16شکل3-1- پدیده تصادم21شکل3-2- پدیده همپوشانی22شکل3-3- شایعه پراکنی22شکل3-4- الگوریتم دستتکانی25شکل3-5- توپولوژی شبکه : الف)توپولوژی تخت و ب) توپولوژی سلسله مراتبی32شکل3-6- توپولوژی شبکه حسگر ناهمگون34شکل 3-7- توپولوژی شبکه حسگر ترکیبی34شکل3-8- ساختار خوشه در شبکههای سلولی35شکل3-9- مقايسه ميزان مصرف انرژي در قسمتهاي مختلف گره حسگر37شکل3-10- ساختار اصلی سیستم فازی40شکل3-11- نحوه عملکرد عملگرها41شکل3-12- فلوچارت الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات45شکل4-1- توابع عضویت برای ورودی انرژی سرخوشهها.59شکل 4-2- توابع عضویت اعضای خوشه.60شکل4-3- توابع عضویت فاصله سرخوشهها با ایستگاه پایه .....................................................................60شکل4-4- توابع عضویت مرکزیت سرخوشهها61شکل4-5- توابع عضویت برای خروجی فازی61شکل4-6- ارزیابی قوانین62شکل4-7- تجمیع قوانین62شکل4-8- غیر فازیسازی63شکل5-1- مدل رادیویی66شکل5-2- محل استقرار سینک ثابت و متحرک68چکیدهبا 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 میشود. یکی از راههای 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 سرخوشهها 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.واژه های کلیدی: شبکه های حسگر بی سیم، منطق فازی، طول عمر شبکه، سرخوشه، ایستگاه پایه متحرک