پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فناوری اطلاعات

دانشگاه صنعتی شیراز

دانشکده مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات گروه فناوری اطلاعات

 پایان نامه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی فناوری اطلاعات گرایش شبکه­ های کامپیوتری

عنوان:

ارائه یک روش جدید برای مکان­یابی و همزمان­سازی توامان در شبکه­ های حسگر بی­سیم زیر آب

استاد راهنما:

دکتر رضا جاویدان

استاد مشاور:

مهندس محمدرفیع خوارزمی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب:

1- فصل اول: کلیات………………………. 1

1-1- مقدمه……………………….. 2

1-2- تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایان نامه…………….. 4

1-3- روش ها و فنون اجرایی طرح پایان نامه……………………….. 5

1-4- ساختار فصل بندی پایان نامه……………………….. 6

2- فصل دوم: مروری بر ادبیات پژوهش………………………. 7

2-1- مقدمه……………………….. 8

2-2-آشنایی با شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………. 8

2-2-1- اجزای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………. 10

2-2-2- معماری های مختلف شبکه های حسگر بی سیم زیرآب……….. 11

2-2-3- چالش های شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………. 14

2-2-4- همزمان سازی ساعت در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب………… 15

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

2-2-5- مکان یابی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………. 19

2-3- تخمینگر حداقل مربعات…………………………. 26

2-4- مرز پایین کرامر رائو………………………… 28

3- فصل سوم: مروری بر تحقیقات اخیر انجام شده………………………. 32

3-1- شبکه های حسگر بی سیم………………………… 33

3-1-1- مکان یابی…………………………. 33

3-1-2- همزمان سازی…………………………. 34

3-1-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان………………………… 35

3-2- شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………. 37

3-2-1- مکان یابی…………………………. 37

3-2-2- همزمان سازی…………………………. 39

3-2-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان………………………… 40

4- فصل چهارم: روش پیشنهادی………………………. 43

4-1- مقدمه……………………….. 44

4-2- روش پیشنهادی برای انجام همزمان سازی و مکان یابی توامان………… 44

4- 2- 1- تنظیمات سیستم و فرضیات…………………………. 47

4-2-2- فاز اول: مکان یابی اولیه با بهره گیری از تکنیک TOA…………………………

4-2-3- فاز دوم: تدریجی کردن حرکت حسگرها………………………. 50

4-2-4- فاز سوم: تخمین اریب زمان سنجی و انحراف…………………………. 51

4-2-5- فاز چهارم: جبران اثر لایه بندی…………………………. 52

4-2-6- فاز پنجم: مکان یابی همراه با پالایش تکرار……………………….. 55

4-2-7- به کار گیری مرز پایین کرامر رائو برای روش پیشنهاد شده………. 58

5- فصل پنجم: شبیه سازی و ارزیابی نتایج ……………………….59

5-1- مقدمه……………………….. 60

5-2- پارامترها، متریک ها و روش تحلیل…………………………. 60

5-3- طراحی آزمایش………………………….. 61

5-4- شبیه سازی و تحلیل نتایج…………………………. 61

6- فصل ششم: اختصار، نتیجه گیری و پیشنهادات آتی…….. 70

6-1- اختصار……………………….. 71

6-2- نتیجه گیری…………………………. 73

6-3- نوآوری روش ارائه شده……………………….. 74

6-4- پیشنهادها………………………. 74

مراجع ……………………….76

پیوست ها………………………. 80

چکیده:

مکان­یابی و همزمان­سازی از عناصر کلیدی در بسیاری از برنامه­های کاربردی ارتباطی زیرآب هستند که علی­رغم وابستگی بسیار، معمولا جدا از هم اقدام می­کنند. اما از آنجا که سرویس­های همزمان­سازی پیش­نیاز الگوریتم­های مکان­یابی هستند و اطلاعات در ارتباط با مکان حسگرها برای تخمین تاخیر انتشار مورد بهره گیری قرار می­گیرند، مکان­یابی و همزمان­سازی را می­توان در کنار هم انجام داد. از مزایای این روش می توان به صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی که ناشی از کاهش تعداد مبادلات پیام می­باشد تصریح نمود.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

در این پایان ­نامه یک روش جدید ترتیبی شامل پنج فاز تعیین موقعیت اولیه، تدریجی کردن حرکت حسگر، تخمین انحراف ساعت و اریب زمان­سنجی، جبران اثر لایه ­بندی و مکان­یابی همراه با پالایش تکرار، برای انجام همزمان­سازی و مکان­یابی توامان در شبکه­ های حسگر بی­سیم زیرآب ارائه شده می باشد. در این روش علاوه بر در نظر گرفتن حرکت حسگرها، عدم حرکت امواج صوتی زیرآب در یک مسیر مستقیم و تغییرسرعت انتشار این امواج در عمق­های مختلف در نظر گرفته شده می باشد. روش پیشنهادی در این پایان نامه با نرم­افزار مطلب شبیه سازی شده و نتایج با یک روش معیار مناسب و همچنین مرز پایین کرامر رائو مقایسه شده­اند. نتایج نشان می­دهند که روش ارائه شده دارای کارایی نزدیک به کران پایین کرامر رائو می­باشد و نسبت به روش معیار، بهتر اقدام می­کند. قابل به ذکر می باشد که روش پیشنهادی نسبت به روش­های پیشین بار محاسباتی بیشتری را به شبکه اعمال می­کند و مناسب جهت کاربردهایی می­باشد که به دست آوردن اطلاعات دقیق نسبت به مصرف انرژی از اهمیت بیشتری برخوردار باشد.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

با گسترش روزافزون ابزارهای هوشمند کوچک وبا همگرا شدن ارتباطات بی­سیم با ابزارهای ریز، امکان پدید آمدن شبکه ­های کم­هزینه و در ابعاد مختلف فراهم شده می باشد، شبکه ­هایی که بتوانند اطلاعات محیطی را برای بشر جمع­آوری کنند، شبکه­ هایی که بدون زیرساخت و به سرعت مستقر شده و بتوانند خود را سازماندهی کنند و نیازی به انرژی خارجی نداشته باشند. مهمترین این شبکه­­ها، شبکه­های حسگر بی­سیم می­باشند و هر روزه کاربردها و بهره گیری ­های جدیدی در زمینه امور نظامی و غیر نظامی برای این نوع از شبکه ­ها ارائه می­شوند و مورد بهره گیری قرار می­گیرند.

شبکه های حسگر بی­سیم زیرآب گونه ای از شبکه های حسگر هستند که در محیط زیر آب قرار می­گیرند و توسط امواج صوتی با یکدیگر ارتباط دارند. شبکه های حسگر بی­سیم در زیرآب برای مقاصدی زیرا جمع آوری داده های کف آب، نظارت بر آلودگی آبها، نظارت بر محیط ساحل، ناوبری و کاربردهای نظامی نظارت بر محیط به کار برده می شوند[1].

از ­آنجا که که در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، رسانه انتقال آب می باشد، چالش­ها و معضلات خاص خود را دارد که طراحی شبکه را تحت تاثیر قرار می­دهند، مانند این چالش­ها می­توان به تغییر سرعت صوت با در نظر داشتن عمق، دما و شوری آب، تحرک همیشگی حسگرها، تاخیر انتشار طولانی و چندمسیری[1] را نام برد. پس پروتکل­ها و پروتکل­ها و الگوریتم­های لایه­ های شبکه ­های حسگر زمینی برای شبکه­ های حسگرزیر آب نامناسبند.

تاکنون پروتکل­ها و الگوریتم­های زیادی به خصوص در زمینه مسیریابی و در زمینه کنترل دسترسی به رسانه مانند Slotted FAMA ,UWAN-MACو… مطرح شده می باشد [2] [3] [4] که در همه آن­ها مساله مکان­یابی و همزمان­سازی حسگرها از اهمیت ویژه­ای برخوردار می باشد، برای مثال دسترسی چندگانه به وسیله تقسیم زمان (TDMA)[2] از مواردی می باشد که بطور رایج در پروتکل­های دسترسی به رسانه(MAC)[3] بهره گیری می­گردد که به همزمانی دقیق میان حسگرها نیازمند می باشد. به عنوان مثالی دیگر از اهمیت همزمان­سازی و مکان­یابی می­توان به این نکته تصریح نمود که تعداد زیادی از الگوریتم­های مسیریابی به اطلاعات مکانی حسگرها وابسته هستند [5] و [6].

اگرچه سرویس­های همزمان­سازی و مکان­یابی به هم وابسته هستند، معمولا به صورت مستقل مورد مطالعه قرار گرفته­اند و این به این دلیل می باشد که مکان­یابی از نقطه نظر شبکه ­های رادیویی و پردازش سیگنال [7] و همزمان­سازی از نقطه­نظر طراحی پروتکل مورد مطالعه قرار گرفته اند [8]. در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، مکان­یابی بیشتر از طریق زمان دریافت (TOA)[4] و زمان متفاوت دریافت (TDOA)[5] انجام می­گردد که وابسته به سرویس­های همزمان­سازی هستند و در واقع این سرویس­ها پیش­نیاز الگوریتم­های مکان­یابی هستند. از طرف دیگر اطلاعات در ارتباط با مکان حسگرها زیرا برای تخمین تاخیر انتشار مورد بهره گیری قرار می­گیرد [9]، کمک فراوانی به همزمان­سازی حسگرها می­کند. با در نظر داشتن این ارتباطات، مکان­یابی و همزمان­سازی را می­توان در کنار هم انجام داد که انجام این کار دو مزیت بسیار مهم دارد:

– در یک استراتژی توامان از آنجا تعداد کمتری مبادلات پیام لازم می باشد، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی که از موارد بسیار مهم در شبکه­ های حسگری زیر آب می­باشد خواهیم داشت.

– یک راه ­حل توامان می­تواند به افزایش صحت[6] در هر دو سرویس کمک کند.

پس با در نظر داشتن اهمیت مکان­یابی و همزمان­سازی که پیش­نیاز اکثر پروتکل­ها و الگوریتم­ها می­باشد و از نیازهای اساسی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب می باشد لازم است که به این دو موضوع پرداخته گردد اما از آنجا که این دو سرویس به یکدیگر وابسته هستند، ارائه یک راه­حل که این دو سرویس را با در نظر گرفتن چالش­های خاص محیط زیرآب، درکنار یکدیگر انجام دهد از اهمیت ویژه­ای برخوردار می باشد.

1-2- تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایان­ نامه

کاربردهای شبکه­ های حسگر زیر آب شامل مانیتورینگ اقیانوس و دریا، جستجوی معادن زیردریایی، کشف مواد شیمیایی و بیولوژیکی مضر، سیستم­های پدافند زیردریایی خودمختار، جمع­آوری داده­های محیطی برای راهنمایی کشتی­ها و… می­باشند که همه این کاربردها نیاز به دانستن موقعیت نودهای حسگر دارند، اما به دلیل ماهیت متحرک بودن نودهای زیردریایی، نمی­توان از تکنیک­های مکان­یابی موجود برای شبکه­های حسگر زمینی بهره گیری نمود. لذا نیاز به تکنیک­هایی می باشد که بتوان تکنیک­های مکان­یابی شبکه ­های حسگر زمینی را برای شبکه­ های حسگر زیردریایی توسعه داد.

همزمان­سازی نیز یکی از نیازمندی­های اصلی برای سرویس­هایی می باشد که توسط شبکه ­های توزیع شده فراهم می­شوند، تعداد زیادی از پروتکل­ های همزمانی برای شبکه ­های حسگر بی­سیم مطرح شده­اند، اما هیچ کدام از آن­ها نمی­توانند به صورت مستقیم برای شبکه ­های زیرآب به کار برده شوند، یک الگوریتم همزمانی بایستی فاکتورهای دیگری همچون مدت زمان تاخیر طولانی که ناشی از بهره گیری از ارتباطات صوتی می باشد و تحرک حسگرها را نیز در نظر بگیرد. این چالش­ها صحت رویه همزمانی را برای شبکه­های حسگر بی­سیم زیردریایی بحرانی ­تر می کند، پس راه­ حل­های همزمانی مورد نیاز می باشد که به گونه خاص برای شبکه­ های بی­سیم زیردریایی طراحی شده باشند تا بتوانند این نیازمندی­ها را برطرف سازند.

   با در نظر داشتن موضوعات مطرح شده در بالا و ضرورت در نظر گرفتن آن­ها در شبکه ­های حسگر بی­سیم زیردریایی و با در نظر داشتن درنظر گرفتن محیط زیرآب که دارای چالش­های خاص خود می­باشد، هدف از انجام این پایان­ نامه، مطالعه جنبه­ های مختلف، ویژگی­ها و چالش­های محیط زیرآب و شبکه ­های حسگر بی­سیم زیرآب و در نهایت، ارائه یک روش می باشد که مکان­یابی و همزمان ­سازی حسگرهای زیرآب را به صورت توامان انجام دهد و درعین حال محدودیت­های موجود در محیط زیرآب را مدنظر قرار دهد.

برای نشان دادن کارایی روش ارائه شده از شبیه ­ساز مطلب بهره گیری خواهد گردید و تکنیک ارائه شده با تکنیک­هایی که قبلا ارائه شده­ اند مقایسه می­گردد.

[1] Multipath

[2] Time Division Multiple Access

[3] Medium Access Control

[4] Time Of Arrival

[5] Time Difference Of Arrivals

[6] accuracy

***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

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

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

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

موجود می باشد

تعداد صفحه : 117

قیمت : چهارده هزار و هفتصد تومان