دانلود پایان نامه : دستیابی به کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی کامپیوتر

گرایش : نرم افزار

عنوان : دستیابی به کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات

 

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته کامپیوتر- نرم افزار (M.Sc)

 

موضوع

دستیابی به کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی

استاد راهنما

دکتر محمد رضا میبدی

استاد مشاور

دکتر سعید ستایشی

سال تحصیلی 1388- 1387

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

چکیده 9

1-  مقدمه 10

1-1-                     شبکه های حسگر بی سیم 10

1-1-1- مسائل مطرح در شبکه های حسگر بی سیم 13

1-1-2- پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم 15

1-1-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم 16

1-1-4- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر 17

1-2-                     کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم 18

1-2-1- کیفیت سرویس در شبکه های داده ای سنتی 20

1-2-2- کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم 26

1-3-                     آتوماتای یادگیر 29

1-3-1- آتوماتای یادگیر 31

1-3-2- معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر 34

1-3-3- الگوریتمهای یادگیری 35

1-3-4- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر 39

1-4-                     آتوماتای یادگیر سلولی 40

1-4-1- آتوماتای سلولی 40

1-4-2- آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 44

1-4-3- آتوماتای یادگیر سلولی نامنظم (ICLA) 47

1-5-                     اهداف پایان نامه و ساختار آن 48

2-  پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی 50

2-1-                     مقدمه……………………………. ……………………………. 50

2-1-1- اشکال مختلف طراحی 51

2-2-                     دسته بندی مسائل پوشش در شبکه های حسگر 52

2-2-1- پوشش ناحیه ای 53

2-2-2- پوشش نقطه ای 56

2-2-3- پوشش مرزی………………………………… ………………………………… 57

2-3-                     روش پوشش CCP 59

2-3-1- فرضیات مسئله 59

2-3-2- تشریح روش………………………………… ………………………………… 59

2-4-                     حل مسئله پوشش(k-پوششی ) با استفاده از آتوماتاهای یادگیر 61

2-4-1- فرضیات و مدل مسئله 63

2-4-2- روش تشخیص افزونه بودن نود حسگر 64

2-4-3- شبیه سازی………………………………… ………………………………… 72

2-5-                     جمع بندی…………………………. …………………………. 79

3-  خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی 80

3-1-                     مقدمه……………………………. ……………………………. 80

3-2-                     کارهای انجام شده 83

3-2-1- پروتکل خوشه بندی LEACH 85

3-2-2- پروتکل خوشه بندی HEED 88

3-3-                     خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی 93

3-3-1- روش خوشه بندی پیشنهادی 94

3-3-2- شبیه سازی………………………………… ………………………………… 102

3-4-                     جمع بندی…………………………. …………………………. 107

4-  تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از آتوماتاهای یادگیر 108

4-1-                     مقدمه……………………………. ……………………………. 108

4-2-                     کارهای انجام گرفته 109

4-3-                     تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از آتوماتاهای یادگیر 112

4-3-1- بیان مسئله و مفروضات آن 113

4-3-2- تشریح روش پیشنهادی 115

4-4-                     شبیه سازی………………………… ………………………… 119

4-4-1- آزمایش اول……………………………….. ……………………………….. 122

4-4-2- آزمایش دوم……………………………….. ……………………………….. 122

4-4-3- آزمایش سوم……………………………….. ……………………………….. 123

4-5-                     جمع بندی…………………………. …………………………. 125

5-  نتیجه گیری 126

6-  پیوست اول: شبکه های حسگر بی سیم 127

6-1-                     تاریخچه شبکه های حسگر 127

6-2-                     ساختار هر گره حسگر 128

6-2-1- اجزاء درونی یک گره حسگر 128

6-2-2- محدودیتهای سختافزاری یک گره حسگر 130

6-3-                     پشته پروتکلی 131

6-4-                     مزایای شبکه های حسگر بیسیم 132

6-5-                     کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم 134

7-  پیوست دوم:آتوماتای یادگیرسلولی 138

7-1-                     تاریخچه آتوماتای یادگیر 138

7-2-                     معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر 139

7-3-                     آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر 141

7-4-                     آتوماتای یادگیر تعقیبی 142

7-5-                     آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 150

7-6-                     آتوماتای یادگیر سلولی باز(OCLA) 151

7-7-                     آتوماتای یادگیر سلولی ناهمگام (ACLA) 152

8-  پیوست سوم: شرح نرم افزار J-Sim و پیاده سازی الگوریتمهای پیشنهادی با آن 155

8-1-                     مقدمه……………………………. ……………………………. 155

8-2-                     شبیه ساز J-Sim 158

8-2-1- شبیه سازی شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از J-sim 158

8-2-2- نصب و اجرا……………………………….. ……………………………….. 162

8-3-                     پیاده سازی الگوریتم خوشه بندی پیشنهادی 163

8-4-                     پیاده سازی الگوریتم پوشش پیشنهادی 185

8-5-                     پیاده سازی الگوریتم تجمیع پیشنهادی 190

9-  واژه نامه 195

مراجع 199

فهرست شکلها

شکل ‏1‑2: یک مدل ساده از QoS 19

شکل ‏1‑3: نحوه عملکرد پروتکل RSVP 22

شکل ‏1‑4 : اتوماتای یادگیر تصادفی 33

شکل ‏1‑5: (الف) همسایگی مور –  (ب) همسایگی ون نیومن برای اتوماتای سلولی 42

شکل ‏1‑6: قانون 54 47

شکل ‏1‑7: آتوماتای یادگیر سلولی نامنظم 48

شکل ‏2‑11:  محاسبه  MaxIteration مناسب جهت بدست اوردن پوشش کامل در شبکه 74

شکل ‏2‑12 :  مقایسه تعداد نودهای فعال در روشهای پوشش با درجه پوشش یک 75

شکل ‏2‑13 : مقایسه تعداد نودهای فعال در روشهای پوشش با درجات پوشش 2 و 3 75

شکل ‏2‑14 : مقایسه نسبت میانگین انرژی نودهای فعال نسبت به میانگین انرژی نودهای غیرفعال با درجه پوشش یک 76

شکل ‏2‑15 : مقایسه نسبت میانگین انرژی نودهای فعال نسبت به میانگین انرژی نودهای غیرفعال با درجه پوشش دو 76

شکل ‏2‑16 : مقایسه نسبت میانگین انرژی نودهای فعال نسبت به میانگین انرژی نودهای غیرفعال با درجه پوشش سه 77

شکل ‏2‑17 : مقایسه طول عمر شبکه(زمان از بین رفتن اولین نود) در حالتهای مختلف 78

شکل ‏2‑18 : مقایسه میزان انرژی مصرفی در الگوریتم پوشش نسبت به کل انرژی مصرفی 79

شکل ‏3‑1: ارتباطات تک گامی و چندگامی بدون خوشه بندی 81

شکل ‏3‑2: ارتباطات تک گامی و چندگامی با استفاده از خوشه بندی 82

شکل ‏3‑3: شبه کد الگوریتم HEED 93

شکل ‏3‑4 : مقایسه تعداد خوشه های ایجاد شده در روشهای مختلف خوشه بندی 104

شکل ‏3‑5: مقایسه درصد خوشه های خالی ایجاد شده در روشهای مختلف خوشه بندی 105

شکل ‏3‑6: مقایسه نرخ میانگین انرژی سرخوشه ها نسبت به میانگین انرژی نودهای معمولی 105

شکل ‏3‑7: مقایسه ضریب تغییرات اندازه خوشه ها در روشهای مختلف خوشه بندی 106

شکل ‏3‑8: مقایسه طول عمر شبکه در روشهای مختلف خوشه بندی 107

شکل ‏4‑1: محیط حسگری با نواحی A تا F و حسگرهای واقع در آنها 115

شکل ‏4‑2: حسگرهای H ,F ,G ,E ,C ,A و J در یک ناحیه واقعند و تشکیل یک ائتلاف می دهند 118

شکل ‏4‑3: محیط حسگری به 9 ناحیه مختلف با داده های متفاوت تقسیم بندی شده است 120

شکل ‏4‑4: محیط حسگری در زمان 250 دقیقه 120

شکل ‏4‑5: محیط حسگری در زمان 500 دقیقه 121

شکل ‏4‑6: محیط حسگری در زمان 750 دقیقه 121

شکل ‏4‑7: مقایسه تعداد کل بسته های دریافتی توسط نود سینک در روشهای مختلف 122

شکل ‏4‑8: مقایسه کل انرژی مصرفی توسط نودها در روشهای مختلف 123

شکل ‏4‑9: مقایسه طول عمر شبکه در روشهای مختلف تجمیع 124

شکل ‏4‑10: مقایسه میزان انرژی مصرفی در الگوریتم تجمیع نسبت به کل انرژی مصرفی 124

شکل ‏6‑1 : اجزاء درونی یک گره حسگر 129

شکل ‏6‑2 : پشته پروتکلی شبکه های حسگر 131

شکل ‏6‑3 : نمونه کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم 135

شکل ‏8‑1 : محیط شبکه حسگربی سیم 159

شکل ‏8‑2 : مدل یک نود حسگربی سیم 159

شکل ‏8‑3 : تنظیم jdk در نرم افزار J-Sim 162

شکل ‏8‑4 : اجرای نرم افزار J-Sim 163

 

چکیده

کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم نسبت به شبکه های سنتی بسیار متفاوت است. بعضی از پارامترهایی که در ارزیابی کیفیت سرویس در این شبکه ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: پوشش شبکه, تعداد بهینه نودهای فعال در شبکه, طول عمر شبکه و میزان مصرف انرژی. در این پایان نامه سه مسئله اساسی شبکه ها ی حسگر بی سیم مطرح گردیده و با هدف بهبود پارامترهای کیفیت سرویس، برای این مسائل، راه حلهایی کارا با استفاده از روش هوشمند آتوماتاهای یادگیرسلولی ارائه شده است. ابتدا مسئله پوشش محیط در شبکه های حسگر را با استفاده از غیر فعال نمودن نودهای غیر ضروری و فعال نگه داشتن بهینه نودها حل می گردد، تا در مصرف انرژی صرفه جویی به عمل آمده و عمر شبکه افزایش یابد. سپس به مسئله خوشه بندی در شبکه حسگر پرداخته شده و با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی, شبکه های حسگر به گونه ای خوشه بندی می شوند که انرژی به صورت یکنواخت در شبکه بمصرف رسیده وعمر شبکه  افزایش یابد. پس از آن با استفاده از آتوماتاهای یادگیر یک روش تجمیع داده های محیط حسگری پیشنهاد می گردد که در مصرف انرژی شبکه صرفه جویی به عمل آورده و عمر شبکه را افزایش می دهد. همه روشهای ارائه شده با استفاده از نرم افزار J-Sim شبیه سازی گردیده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد بهتر روشهای پیشنهادی نسبت به روشهای مشابه می باشد.

 

کلمات کلیدی: شبکه های حسگر بی سیم، آتوماهاتای یادگیر، کیفیت سرویس،  پوشش، خوشه بندی، تجمیع داده ها


1-    مقدمه

  • شبکه های حسگر بی سیم

شبکه های حسگر بی سیم[1] جهت جمع آوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی تواند حضورداشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. در یک شبکه حسگر، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می کنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده گر اصلی ارسال می نمایند. عملکرد شبکه این است که گزارش پدیده هایی راکه اتفاق می افتد به مشاهده گری بدهد که لازم نیست از ساختار شبکه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط آنها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت انسان کار می کنند. معمولا تمامی گره­ها همسان می­باشند و عملاً با همکاری با یکدیگر، هدف کلی شبکه را برآورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین، می­باشد[1, 2]. شبکه­ حسگر بی­سیم نوع خاصی از شبکه­های موردی[2] است.  مبحث شبکه های حسگر بی سیم یکی از موضوعات جدید در زمینه مهندسی شبکه و فناوری اطلاعات می باشد.

پیشرفتهای اخیر در طراحی و ساخت تراشه های تجاری این امکان را به وجود آورده است که عمل پردازش سیگنال و حس کنندگی در یک تراشه یعنی حسگر شبکه بی سیم انجام گردد، که شامل سیستم های میکروالکترومکانیکی [3](MEMS) مانند حسگرها، محرک ها[4] و قطعات رادیویی RF می باشد.

حسگرهای بی سیم کوچکی تولید شده است که قابلیت جمع ‌آوری داده از فاصله چند صد متر و ارسال  داده بین حسگرهای بی سیم به مرکز اصلی را دارا می باشد و با این تکنولوژی اطلاعات دما – نوسانات، صدا، نور، رطوبت، و مغناطیس قابل جمع آوری می باشد که این حسگرهای بی سیم با هزینه کم  و اندازه ای کوچک قابل نصب در شبکه های حسگر بی سیم می باشد. اما کوچک شدن حسگرهای بی سیم دارای معایبی نیز می باشد. تکنولوژی نیمه هادی باعث بوجود آمدن پردازنده های سریع با حافظه بالا شده است اما تغذیه این مدارات هنوز هم یک مشکل اساسی است که محدود به استفاده از باطری گردیده است. بخش منبع تغذیه یک بخش مهم و محدود است که در صورتیکه از باطری در این شبکه ها استفاده شود، تعویض باطری ها در حالتی که تعداد نودهای شبکه زیاد باشد کاری سخت و دشوار خواهد بود و نودها به منظور ذخیره و صرفه جویی در مصرف انرژی مجبور به استفاده از ارتباطات برد کوتاه خواهند شد. تفاوت یک حسگر بی سیم کارا و یک حسگر بی سیم که دارای کارایی کم از نظر انرژی است در عملکرد آنها در ساعت ها نسبت به هفته ها می باشد. افزایش اندازه شبکه WSN باعث پیچیدگی مسیریابی وارسال اطلاعات به مرکز اصلی می باشد. اما همچنان مسیریابی و پردازش نیاز به انرژی دارند. بنابراین یکی از نکات کلیدی در توسعه و ارائه الگوریتمهای مسیریابی جدید، کاهش و صرفه جویی در انرژی مصرفی است. بخش های مختلف شبکه های حسگر بی سیم باید شبیه سازی و مدلسازی گردند تا کارآیی آنها مورد بررسی واقع شود. برای اینکار شبکه های حسگر بی سیم به گرافهایی نگاشت می شوند که در این گرافها هر گره مطابق با یک نود در شبکه بوده و هر لبه بیانگر یک پیوند  یا کانال ارتباطی بین دو نود در شبکه خواهد بود.اگر ارتباط بین نودها در شبکه دو جهته باشد گراف نگاشت شده بدون جهت خواهد بود و اگر ارتباط بین نود ها در شبکه نا متقارن باشد در آن صورت گراف نگاشت یافته جهتدار خواهد بود. البته مدل ارتباطی بین نودها در شبکه می تواند یک به یک یا یک به همه باشد. فراهم آوردن یک مدل عملی برای حسگرها کار پیچیده و دشواری می باشد که این به خاطر تنوع در انواع حسگرها هم از نظر ساختاری و هم از نظر اصول و اساس کار آنها می باشد. شبکه های حسگر دارای ویژگیهایی منحصر به فرد هستند که این امر باعث شده است تا پروتکل های خاصی برای آنها در نظر گرفته شود.

در شبکه های بی سیم حسگر معمولا فقط یک یا دو ایستگاه پایه‌ وجود دارد و تعداد زیادی نودهای حسگر در محیط پخش گردیده اند. به علت محدودیت برد این حسگرها و انرژی باطری خیلی از نودها قادر به ارتباط مستقیم با ایستگاه پایه‌ نمی باشند. اما با تکیه بر نودهای نظیر خود و نودهای حسگر دیگر، به ارتباط با ایستگاه پایه‌ می پردازد که در شبکه های  [5]MANET نیز این عمل توسط نودهای معمولی  انجام می شود.

معماری ارتباطات شبکه­های حسگر بی­سیم در شکل 1-1 دیده می­شود[1]. در شبکه­های حسگر بی­سیم، تعداد زیادی گره با امکانات مخابره، پردازش، حس کردن محیط و … در محیطی با چهارچوب معین پراکنده شده­اند. رویداد اتفاق افتاده و یا سوالات پرسیده شده از سوی گره مرکزی[6] و ماموریت محوله به هر گره موجب می­شود، ارتباطاتی بین گره­ها برقرار شود. اطلاعات رد و بدل شده می‌تواند گزارشی از وضیعت محدوده ای که زیر نظر گره­های حسگر می­باشد به گره مرکزی و یا درخواستی از سمت گره مرکزی به سمت گره­های حسگر باشد. گره مرکزی به عنوان درگاه ارتباطی شبکه حسگر با سایر سیستم­ها و شبکه­های مخابراتی، در واقع گیرنده نهایی گزارش از گره­های حسگر می­باشد و بعد از انجام یکسری پردازش­ها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال می­کند (با استفاده از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و …). از سوی دیگر، درخواست­های کاربر نیز توسط این گره به شبکه انتقال می­یابد.

شکل ‏1‑1 : معماری ارتباطات شبکه­های حسگر بی­سیم

یک گره حسگر می‌تواند یکی از دو نقش تولید کننده داده‌ها و یا رله کننده داده‌های تولید شده توسط سایر گره‌ها را بر عهده بگیرد. عموماً در شبکه‌های حسگر، اغلب گره‌ها هر دو نقش را به صورت توأم ایفا می‌کنند. برپایی و طراحی ساختار و معماری ارتباطات بین گره­های شبکه نیازمند رعایت فاکتورهای مختلف و زیادی از جمله تحمل­پذیری خطا، مقیاس پذیری، هزینه تولید، محیط عملیات، توپولوژی شبکه حسگر، محدودیت­های سخت افزاری، ابزار و رسانه ارتباط، انرژی مصرفی و … می­باشد. جهت آشنایی بیشتر با شبکه های حسگر بی سیم به پیوست اول مراجعه گردد.

تعداد صفحه : 220

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید