پایان نامه برق-مخابرات:کاهش مصرف انرژی در شبکه¬های حسگر بی¬سیم با مدیریت حرکت ایستگاه پایه و با استفاده از منطق فازی دو سطحی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات

با عنوان :کاهش مصرف انرژی در شبکه¬های حسگر بی¬سیم با مدیریت حرکت ایستگاه پایه و با استفاده از منطق فازی دو سطحی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (M.Sc)

گرایش: مخابرات

عنوان:

کاهش مصرف انرژی در شبکه­های حسگر بی­سیم با مدیریت حرکت ایستگاه پایه و با استفاده از منطق فازی دو سطحی

استاد راهنما:

دکتر شاهپور علیرضایی

استاد مشاور:

دکتر سید وهاب­الدین مکی

 

 

زمستان 1392

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      شماره صفحه

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول: مقدمه 2

1-1 مقدمه 3

1-2 هدف پایان نامه 4

1-3 ساختار پایان نامه 4

فصل دوم : معرفی شبکه­های حسگر بی­سیم 5

2-2 کاربرد های شبکه حسگر بی­سیم 6

2-2-1 مانیتورینگ محیطی 6

2-2-2 کاربردهای نظامی 7

2-2-3 کاربردهای بهداشتی 8

2-2-4 کنترل فرایند صنعتی 8

2-2-5 نظارت و امنیت 9

2-2-6 هوشمندی خانه 9

2-3 دسته بندی شبکه‌های حسگر بی­سیم 9

2-4 معماری شبکه های حسگر بی­سیم 12

2-4-1 واحد حسگر 12

2-4-2 واحد پردازشگر 12

2-4-3 واحد ارتباطات 13

2-4-4 واحد توان 13

2-5 معماری‌های شبکه 13

2-5-1 معماری تخت 14

2-5-2 معماری سلسله مراتبی 15

2-6 اهداف طراحی شبکه 16

2-7 چالش های طراحی شبکه 18

فصل سوم: مروری بر روش های پیشین 20

3-1 انتشار داده­ها 21

3-1-1روش همه پخشی 21

3-1-2روش شایعه پراکنی 22

3-1-3روش SPIN : 23

3-1-3-1 پیغام‌هایSPIN : 24

3-1-3-2SPIN : یک روش دست تکانی سه مرحله‌ای 24

3-1-4 روش پخش مستیقم 25

3-1-5 پرس و جو تودرتو 26

3-1-6 مقایسه روش انتشار مستقیم باروش SPIN: 27

3-1-7 روش مسیر یابی جغرافیایی (GEAR) : 28

3-1-8 روش انتشار بیرون دهنده 29

3-1-9روش انتشار جذب یک مرحله‌ای 30

3-1-10 روش خوشه­بندی 31

3-2 خوشه­بندی گره­ها 32

3-2-1 معماری‌های شبکه حسگر بی­سیم 32

3-2-1-1 شبکه‌های حسگرهمگون 32

3-2-1-2شبکه‌های حسگر نا همگون 33

3-2-1-3شبکه‌های حسگر ترکیبی 33

3-3ساختارهای خوشه بندی نودها 34

3-3-1 چیدمان نودها با استقرار منظم 36

3-3-2 چیدمان نودها با توزیع تصادفی 36

 

3-4 مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم 36

3-5 اتصال داده 37

3-5-1 دستیابی چند گانه مبتنی بر تقسیم بندی زمانی TDMA 38

3-5-2 دستیابی چند گانه مبتنی بر تشخیص حامل CSMA 38

3-6 لایه شبکه 38

3-7 سیستم­های فازی در شبکه­های حسگر بی­سیم 39

3-7-1 مروری بر منطق فازی 39

3-7-1-1 مجموعه­های فازی 40

3-7-1-2 توابع عضویت 41

3-7-1-3 عملگرهای فازی 41

3-7-1-4 قوانین اگر- آنگاه 42

3-7-1-5 سیستم­های استنتاج فازی 42

3-8 الگوریتم LEACH 43

3-8-1 فاز راه انداز 44

3-8-2 فاز حالت پایدار 44

3-9 الگوریتم CHEF 44

3-9-1 انتخاب سرخوشه با استفاده از منطق فازی 45

3-10 کارهای مرتبط در زمینه تحرک ایستگاه پایه 46

3-11 مروری بر الگوریتم اجتماع ذرات 48

3-11-1 الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات 49

3-11-2 عملکرد کلی الگوریتم ذرات 50

3-11-3 محاسبه سرعت هر ذره 50

3-11-4 ضرایب شتاب و اعداد تصادفی 51

3-11-5 انتخاب سرعت ماکزیمم 51

 

3-11-6 انتخاب اینرسی وزنی 51

فصل چهارم: روش پیشنهادی 53

4-1 شرح مشکل 54

4-2 روش پیشنهادی 54

4-2-1 انتخاب سرخوشه 51

4-2-2 پارامترهای سیستم فازی دوسطحی 56

4-2-3 قوانین فازی 57

4-2-4 تعیین مقدار شانس سرخوش 59

4-2-4-1 گام اول: فازی­سازی 59

4-2-4-2 گام دوم: ارزیابی قوانین 61

4-2-4-3 گام سوم: تجمیع خروجی­ها 62

4-2-4-4 گام چهارم: غیرفازی­سازی 62

4-2-5 مدیریت حرکت ایستگاه پایه 63

فصل پنجم: نتایج شبیه­سازی 64

5-1 محیط شبیه­سازی و پارامترهای مورد استفاده 65

5-1-1 مدل شبکه 65

5-1-2 مدل مصرف انرژی 65

5-2 معیارهای ارزیابی 67

5-3 نتایج شبیه­سازی 68

5-4 نتیجه­گیری 76

5-5 پیشنهادات 76

منابع و مآخذ 77

چکیده انگلیسی

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                                 شماره صفحه

 

جدول 3-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب سرخوشه………………………………………………45

جدول4-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح اول)…………………..57

جدول4-2- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح دوم) …………………58

جدول5-1- پارامترهای مورد استفاده…………………………………………………………………………………………….67

جدول5-2- طول عمر شبکه با ایستگاه پایه ثابت……………………………………………………………………………68

جدول5-3- طول عمرشبکه 100*100 CHEF…………………………………………………………………………..70

جدول5-4- طول عمرشبکه 100*100 LEACH ……………………………………………………………………….71

جدول5-5- طول عمر شبکه 60*60 الگوریتم اجتماع ذرات…………………………………………………………..75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                  شماره صفحه

 

نمودار5-1- مقایسه طول عمر شبکه در مسیرهای مختلف………………………………………………………………..69

نمودار5-2- زمان مرگ اولین گره 69

نمودار 5-3- مقایسه طول عمر سینک متحرک و ثابت 70

نمودار 5-4- زمان مرگ اولین گره 71

نمودار 5-5- مقایسه مسیرهای مختلف از نظر طول عمر شبکه 72

نمودار 5-6- زمان تمام شدن انرژی اولین گره 72

نمودار 5-7- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه CHEF 73

نمودار 5-8- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه LEACH 73

نمودار 5-9- انرژی باقیمانده کل شبکه 74

نمودار 5-10- استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات 75

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                  شماره صفحه

 

شکل2-1- ساختار گره حسگر 12

شکل2-2- معماری شبکه حسگر 13

شکل2-3- معماری شبکه تک پرشه 14

شکل2-4- معماری شبکه تخت 14

شکل2-5- معماری خوشه­بندی تک پرشه 15

شکل2-6- معماری خوشه­بندی چندپرشه 16

شکل2-7- معماری خوشه­بندی چند لایه 16

شکل3-1- پدیده تصادم 21

شکل3-2- پدیده همپوشانی 22

شکل3-3- شایعه پراکنی 22

شکل3-4- الگوریتم دست­تکانی 25

شکل3-5- توپولوژی شبکه : الف)توپولوژی تخت و ب) توپولوژی سلسله مراتبی 32

شکل3-6- توپولوژی شبکه حسگر ناهمگون 34

شکل 3-7- توپولوژی شبکه حسگر ترکیبی 34

شکل3-8- ساختار خوشه در شبکه‌های سلولی 35

شکل3-9- مقایسه میزان مصرف انرژی در قسمت‌های مختلف گره حسگر 37

شکل3-10- ساختار اصلی سیستم فازی 40

شکل3-11- نحوه عملکرد عملگرها 41

شکل3-12- فلوچارت الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات 45

شکل4-1- توابع عضویت برای ورودی انرژی سرخوشه­ها. 59

شکل 4-2- توابع عضویت اعضای خوشه. 60

شکل4-3- توابع عضویت فاصله سرخوشه­ها با ایستگاه پایه ……………………………………………………………60

شکل4-4- توابع عضویت مرکزیت سرخوشه­ها 61

شکل4-5- توابع عضویت برای خروجی فازی 61

شکل4-6- ارزیابی قوانین 62

شکل4-7- تجمیع قوانین 62

شکل4-8- غیر فازی­سازی 63

شکل5-1- مدل رادیویی 66

شکل5-2- محل استقرار سینک ثابت و متحرک 68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چکیده

با 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

                                                مقدمه

1-1 مقدمه

شبکه های حسگر بی سیم[1]، توجه بسیاری را در سراسر جهان در سال های اخیر به خود جلب کرده است که به واسطه پیشرفت هایی است که این شبکه ها در حوزه های الکترونیک ارتباط بی سیم و فناوری اطلاعات ایجاد می کنند ]1و2و3و4و5[ . شبکه حسگر بی سیم، ترکیبی از سیستم های نهفته است که شامل فناوری حسگر، پردازش اطلاعات و ارتباطات بی سیم است که از طریق یک شبکه بی سیم با یکدیگر در ارتباط هستند]6[. اینگونه شبکه ها به ابزار مناسبی برای استخراج داده از محیط اطراف و مانیتورینگ رویدادهای محیطی تبدیل شده اند و کاربردهای آنها در زمینه های خانگی ،صنعتی و نظامی روز به روز در حال افزایش است]1[ کاربردهای نظامی ]7و8[، کاربردهای نظارتی از جمله نظارت بر محیط زیست ]9و10[.قیمت ارزان و اندازه کوچک گره های حسگر امکان استفاده از منابع تغذیه بزرگ را نمی دهد و به واسطه این که گره های حسگر ممکن است در محیط خطرناک و دور از دسترس به کار بروند جایگزین منابع تغذیه، آنها ممکن و مقرون به صرفه نیست. بنابراین وقتی که انرژی یک گره[2] حسگر محدود است انرژی کل شبکه هم با محدودیت های جدی همراه است که مهمترین چالش موجود در شبکه های حسگر است.روش های مسیریابی برای کاهش انرژی و همچنین افزایش طول عمر شبکه[3] باید بتوانند علاوه بر کاهش مصرف انرژی در گره ها، جمع آوری صحیح داده ها، اتلاف انرژی را بین گره ها پخش کنند تا طول عمر شبکه را افزایش دهند. خوشه بندی که یک روش مسیریابی موثر برای کاهش مصرف انرژی گره ها و ایجاد تعادل در اتلاف انرژی بین گره ها و در نتیجه افزایش طول عمر شبکه می باشد ]11و12و13[ دارای مشکلاتی از جمله سرباری سرخوشه[4] ها هستند که انرژی خیلی زیادی برای ارسال داده ها به ایستگاه پایه[5] مصرف می کنند، چون علاوه بر ارسال داده های خود وظیفه ارسال داده های همسایه های خود که جزئی از خوشه می باشند را نیز دارند به همین علت ایستگاه پایه متحرک[6] نیز یک روش موثر و کارامد برای افزایش طول عمر سرخوشه و به طبع آن افزایش طول عمر شبکه می باشد. گره ها پس از خوشه بندی توسط پروتکل خوشه بندی و انتخاب سرخوشه، ایستگاه پایه برای جمع آوری داده های سرخوشه ها با انجام استراتژی خاصی شروع به حرکت کرده و داده های موجود در سطح شبکه را جمع اوری می کند. ایستگاه های پایه دارای انرژی نا محدود هستند و می توانند با کاربر نهایی از طریق ماهواره، اینترنت و غیره در ارتباط باشند]14[.

1-2 هدف پایان نامه

همانطور که گفته شد گره های حسگر با محدودیت انرژی رو به رو هستند و بعد از اتمام انرژی از کار می افتند و منابع تغذیه آنها در اکثر موارد قابل جایگزینی نیست. پس یک چالش اساسی در طراحی شبکه های حسگر بی سیم کاهش مصرف انرژی در گره ها به منظور افزایش طول عمر شبکه است. تحرک ایستگاه پایه می تواند با کاهش دادن فاصله با سرخوشه­ها، طول عمر شبکه را افزایش دهد.

1-3 ساختار پایان نامه

این پایان نامه با مقدمه­ای بر شبکه­های حسگر بی­سیم و معرفی روش مسیریابی مبتنی بر خوشه­بندی و تحرک ایستگاه­پایه در فصل اول آغاز می­شود. فصل دوم شامل معرفی کامل این شبکه­ها، کاربردهای آن و معماری آن خواهد بود. در فصل سوم به مقوله خوشه­بندی گره­ها و مصرف انرژی در این شبکه­ها، نقش لایه­های داده و شبکه در مصرف انرژی، مروری بر منطق فازی، معرفی روش­های پیشین الگوریتم­های سلسله مراتبی با ایستگاه پایه ثابت و متحرک و مرور الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات پرداخته می­شود. در فصل چهارم، مشکل روش­های پیشین بیان می­شود و جزئیات روش پیشنهادی شامل نحوه انتخاب سرخوشه بحرانی، انتخاب بهترین مسیر و حرکت ایستگاه پایه بررسی می­شود. ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی بواسطه مقایسه با روش­های دیگر با استفاده از نرم­افزار متلب در فصل پنجم مورد بررسی قرار می­گیرد، همچنین نتیجه­گیری و پیشنهادات نیز در فصل پنجم ارائه گردیده­است.

1 Wireless sensor network

2 Node

3 Lifetime

4 Cluster Head (CH)

5 Base station

[6] Mobile Sink

***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 و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :98

قیمت : چهارده هزار تومان

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

و به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        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