دانلود پایان نامه

پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فناوری اطلاعات

دانشگاه صنعتی ارومیه

دانشکده فنی و مهندسی

گروه مهندسی فناوری اطلاعات

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی فناوری اطلاعات – گرایش IT

عنوان:

توزیع متعادل مصرف انرژی در شبکه‌های حسگر بیسیم با استفاده از خوشه‌بندی و الگوریتم های هوشمند

اساتید راهنما:

دکتر محمد پورمحمود آقابابا

دکتر وحید سلوک

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب:

1- فصل اول: مقدمه……………………… 7

1-1- بیان مسئله…………………….. 9

2- فصل دوم:خوشه‌بندی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم……………… 11

2-1- شبکه‌های حسگر بی‌سیم……………………… 11

2-2- کاربردهای شبکه‌های حسگر بی‌سیم……………………… 12

2-3- مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم……………………… 13

2-3-1- چالش‌های مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم………… 15

2-3-2- انواع مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم………………. 17

2-4- خوشه‌بندی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم……………………… 29

2-5- پارامترهای مهم در خوشه‌بندی……………………… 31

2-6- پروتکل‌های ارائه‌شده موجود…………………….. 33

2-6-2- پروتکل‌های مسیریابی مبتنی بر مکان…………….. 45

2-6-3- خوشه‌بندی به وسیله الگوریتم‌های هوشمند…………….. 48

2-7- الگوریتم کوچ پرندگان PSO………………………

3- فصل سوم : الگوریتم پیشنهادی……………………… 54

3-1- شرح تابع شایستگی به کار رفته در الگوریتم کوچ پرندگان………… 55

3-1-1- مکان……………………… 55

3-1-2- انرژی……………………… 56

3-1-3- درجه پیوستگی در شبکه…………………….. 57

3-1-4- تعداد دفعاتی که سرخوشه انتخاب شده است…………….. 58

3-2- مراحل الگوریتم……………………… 58

3-2-1- فاز اول……………………… 59

3-2-2- فاز دوم…………………….. 60

3-2-3- فاز سوم…………………….. 61

3-2-4- فاز چهارم…………………….. 62

3-3- مدل‌های حرکت………………………. 63

3-3-1- مدل حرکتی پیاده‌روی تصادفی……………………… 64

3-3-2- مدل حرکتی ایستگاه تصادفی……………………… 66

3-3-3- مدل حرکتی امتداد تصادفی……………………… 67

3-3-4- مدل حرکتی جامع منطقه شبیه‌سازی……………………… 68

3-3-5- مدل حرکتی گام‌به‌گام…………………….. 69

3-3-6- مدل حرکتی حرکت هموار…………………….. 70

4- فصل چهارم : نتایج شبیه‌سازی……………………… 74

4-1- معرفی محیط شبیه‌سازی……………………… 74

4-2- نتایج شبیه‌سازی…………………….. 76

4-2-1- متوسط انرژی باقی‌مانده…………………….. 77

4-2-2- واریانس انرژی باقیمانده…………………….. 77

4-2-3- سربار پیغام کنترلی……………………… 78

4-2-4- گره‌های حسگر فعال در شبکه…………………….. 79

4-2-5- درصد گم‌شدن(نرسیدن) پیغام‌ها……………………. 80

5- فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادهای آینده……………. 82

5-1- نتایج……………………… 82

5-2- پیشنهادها……………………. 85

6- مراجع……………………… 86

چکیده:

شبکه­های حسگر بی­سیم مجموعه‌ای از سنسور­های حسگر بی­سیم است که در محیط به‌صورت تصادفی برای جمع­آوری اطلاعات پراکنده شده­اند. مسئله انتقال بهینه‌ی داده‌ها، یکی از موارد بسیار مهم در به‌کارگیری فناوری‌های نوینی از قبیل شبکه‌های حسگر بی‌سیم چندرسانه‌ای است. اگرچه شبکه‌های حسگر بی‌سیم چندرسانه‌ای توسعه‌یافته شبکه‌های حسگر بی‌سیم هستند، اما با توجه به ماهیت این شبکه‌ها و محدودیت ذاتی حسگرها در حوزه‌های انرژی، توان محاسباتی و ظرفیت حافظه‌ای، مسئله انتقال داده‌ها در جهت تضمین پارامترهای کیفیت خدمات، با چالش‌های فراوانی روبرو خواهد شد. مجموعه­ای از روش­های انتقال داده در شبکه‌های حسگر مبتنی بر خوشه­بندی حسگرها در شبکه هستند، که با افراز شبکه به تعدادی خوشه‌ی مجزا و مدیریت سلسله مراتبی مسئله‌ی انتقال داده‌ها سعی در ساده‌سازی این مسئله دارند.

در سالیان اخیر روش­های مختلفی برای ­ایجاد خوشه و انتخاب سر خوشه­ی مناسب و بهینه‌سازی انتقال داده‌ها از این طریق ارائه ‌شده است. موارد مختلفی در حوزه‌ی وجود دارند که می‌توانند بر کیفیت انتقال داده‌ها در شبکه تأثیرگذار باشند. یکی از این موارد انتخاب بهینه‌ی گره سرخوشه برای مدیریت هر یک از خوشه‌ها است؛ چنین گرهی علاوه بر توانایی مدیریت جریان داده‌های زیر گره‌های مجموعه‌ی خود باید دسترسی مناسبی به تمام خوشه‌ی خود و نیز به گره چاهک داشته باشد. علاوه بر این توزیع سرخوشه‌ها باید به گونه‌ای باشد که خوشه‌هایی با حجم متناسب و تعداد کافی در شبکه را تأمین نمایند. از این گذشته، عملیات خوشه‌بندی و انتخاب سرخوشه‌ها باید در دوره‌های زمانی مناسب و با هدف جلوگیری از تحمیل حجم کاری سنگین به تعداد محدودی از گره‌ها تکرار شود.

با معرفی انواع مختلف الگوریتم‌های فرا ابتکاری، روش‌های نوینی برای حل مسئله‌های بهینه‌سازی به وجود آمده‌اند که آزمایش‌های تجربی حکایت از کارایی بسیار مناسب آنها در مسائلی از حوزه‌های مختلف علوم و مهندسی دارند. در این پایان­نامه روشی برای انتخاب سرخوشـه مناسب بر اساس الگوریتـم فرا ابتکاری کوچ پرندگان که به‌صورت توزیع‌شده در شبکه حسگر بی­سیم متحرک اجرا می‌شود، ارائه‌شده و نتایج حاصل از شبیه­ سازی این الگوریتم در حالت­های مختلف حرکتی آورده شده است.

فصل اول: مقدمه

شبکه‌های حسگر بی‌سیم[1] از مجموعه‌ای حسگر بی‌سیم تشکیل شده است که به جهت جمع‌آوری اطلاعات در محیطی به فراخور کاربرد آنها پخش شده‌اند. به طور کلی شبکه‌های حسگر بی‌سیم جهت جمع‌آوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی‌تواند حضور داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرند [1]. در یک شبکه حسگر، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه‌برداری می‌کنند و این اطلاعات را در صورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده‌گر اصلی ارسال می‌نمایند. شبکه‌های حسگر بی‌سیم معمولاً در محیط‌های سخت که دسترسی انسان به آن مکان‌ها سخت و پرهزینه است استفاده می‌شوند. از شبکه‌های حسگر بی‌سیم در هواشناسی، کشاورزی، زلزله‌نگاری، صنایع نظامی و جنگ‌ها، ایجاد محدوده‌ی امنیتی و … استفاده می‌شود [1].

روند استفاده از شبکه‌های حسگر در سال‌های پایانی دهه 80 و سال‌های آغازین 90 توسط وزارت دفاع آمریکا، DARPA[2] و چند کشور دیگر ادامه داشت. در اواسط دهه 90 با تعریف برخی استانداردها از جمله 1999IEEE[3] فناوری‌های تجاری هم پا به عرصه وجود گذاشتند و گروه‌های مختلف تحقیقاتی فعال در زمینه ارتباطات بی‌سیم وارد بازار وسیع بالقوه غیرنظامی شدند]2[.

شبکه‌های حسگر مجموعه‌ای از تعداد بسیار زیادی گره حسگر با ابعاد کوچک و قابلیت‌های مخابراتی و محاسباتی محدود است که به منظور جمع‌آوری و انتقال اطلاعات از یک محیط به سمت یک کاربر و یا ایستگاه پایه[4] به کار برده می‌شود. تفاوت اساسی این شبکه‌ها با شبکه‌ها سنتی و قدیمی، ارتباط آن با محیط و پدیده‌های فیزیکی است. شبکه‌های سنتی، ارتباط بین انسان‌ها و پایگاه‌های اطلاعاتی را فراهم می‌کنند، درحالی‌که شبکه‌های حسگر به طور مستقیم با جهان فیزیکی در ارتباط هستند. این شبکه‌ها با استفاده از حسگر‌ها، محیط فیزیکی را مشاهده کرده و سپس بر اساس مشاهدات خود تصمیم‌گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می‌دهند ]3[.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید