دانلود پایان نامه مهندسی کامپیوتر: بهبود مسیریابی داده های حساس به تاخیر در شبکه های حسگر بیسیم

دانشگاه آزاد اسلامی

دانشگاه علوم تحقیقات خراسان جنوبی

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته کامپیوتر

گرایش نرم افزار

عنوان:

بهبود مسیریابی داده های حساس به تاخیر در شبکه های حسگر بیسیم

استاد راهنما  :

دکتر مزینانی

نام نگارنده و استاد راهنما داخل فایل اصلی موجود است

(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:

فصل اول:کلیات تحقیق

1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………4

1-2بیان مساله……………………………………………………………………………………………………………………………..11

1-3اهمیت و ضرورت تحقیق……………………………………………………………………………………………………….14

1-4سؤالات تحقیق:……………………………………………………………………………………………………………………..16

1-5 فرضیه‏های تحقیق…………………………………………………………………………………………………………………16

فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق

2-1 WSn ‌ها با یک چاهک ثابت…………………………………………………………………………………………………19

2-1-1 مشکل اتمام انرژی در گره‌های اطراف چاهک……………………………………………………………………19

2-1-2 بهبود حالت چاهک ثابت ……………………………………………………………………………………………….20

2-2 WSN با یک چاهک متحرک…………………………………………………………………………………………………21

2-2-1 مزایای چاهک متحرک …………………………………………………………………………………………………..22

2-2-2  عیب استفاده از چاهک متحرک………………………………………………………………………………………23

2-2-3 انواع حرکت چاهک متحرک …………………………………………………………………………………………..23

2-2-3-1 جابجایی تصادفی ……………………………………………………………………………………………………23

2-2-3-2 شبکه های موبایل ثابت …………………………………………………………………………………………..24

2-2-3-3 جابجایی کنترل موبایلیتی ………………………………………………………………………………………….25

2-3  ارسال داده های حساس به تاخیر …………………………………………………………………………………………29

2-4 استفاده از چاهک ثابت و متحرک به صورت همزمان………………………………………………………………..29

2-5 روش ارایه شده در  EEQR ……………………………………………………………………………………………….32

2-5-1 معرفی مشکل نقاط کور…………………………………………………………………………………………………….33

2-6 مسیریابی در شبکه‌های حسگر بیسیم………………………………………………………………………………………33

2-6-1 اهداف مسیریابی……………………………………………………………………………………………………………33

2-6-2 معیارهای تعیین مسیر بهینه …………………………………………………………………………………………….34

2-6-3 مسیریابی در شبکه‌های بیسیم ………………………………………………………………………………………….34

2-6-3-1 مسیریابی بردار فاصله ………………………………………………………………………………………………35

2-6-3-2 مسیریابی حالت اتصال …………………………………………………………………………………………….36

2-6-3-3 مسیریابی مبدا …………………………………………………………………………………………………………36

2-7 روش های انتشار اطلاعات ………………………………………………………………………………………………….36

2-7-1 روش همه پخشی (Flooding)……………………………………………………………………………………..37

2-7-2 روش شایعه پراکنی (gossiping)………………………………………………………………………………….38

2-7-3 روش SPIN………………………………………………………………………………………………………………….40

2-7-4 پیغام های SPIN …………………………………………………………………………………………………………40

2-7-5  SPIN-1 یک روش دست تکانی سه مرحله ای ……………………………………………………………..41

2-7-6 خلاصه سازی فرصت طلبانه (opportunistic data aggregation)………………………………43

2-7-7 خلاصه سازی حریصانه(greed data aggregation) ……………………………………………………43

2-7-8 پرسش تو رد تو(nested query) …………………………………………………………………………………44

2-8  الگوریتم خوشه بندی …………………………………………………………………………………………………………44

2-8-1 معیارمطلوبیت خوشه ها …………………………………………………………………………………………………45

2-8-2 ویژگی‌های یک الگوریتم خوشه بندی مناسب …………………………………………………………………..46

2-8-3 معایب روش خوشه بندی ……………………………………………………………………………………………..46

2-8-4 انواع خوشه بندی ………………………………………………………………………………………………………….46

2-8-5  الگوریتم kmeans ……………………………………………………………………………………………………..47

2-8-5-1  مراحل کار …………………………………………………………………………………………………………….47

2-8-6 پیش پردازش داده ها …………………………………………………………………………………………………….48

2-8-7 انواع ویژگی ها در خوشه‌بندی  ………………………………………………………………………………………48

2-8-8 دلایل اصلی پیش پردازش داده‌ها …………………………………………………………………………………….48

2-8-9 عملیات اصلی پیش پردازش داده ها ………………………………………………………………………………..49

2-8-10 آلودگی‌ها در خوشه بندی …………………………………………………………………………………………….49

2-8-11 روشهای مورد استفاده در پیش پردازش …………………………………………………………………………50

2-8-12 روش (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)…………………………………..50

2-8-12-1 جزئیات الگوریتم LEACH …………………………………………………………………………………52

2-8-12-2 فاز تبلیغات……………………………………………………………………………………………………………52

2-8-12-3 فاز تشکیل دسته‌ها…………………………………………………………………………………………………53

2-8-12-4 فاز تشکیل برنامه……………………………………………………………………………………………………53

2-8-12-5 فاز انتقال داده‌ها…………………………………………………………………………………………………..54

فصل سوم :روش تحقیق

3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………..56

3-2 فاز  اول: استقرار اولیه  ………………………………………………………………………………………………………..58

3-2-1 توسعه اولیه …………………………………………………………………………………………………………………58

3-2-2خوشه‌بندی …………………………………………………………………………………………………………………..58

3-2-2-1 استفاده از روش BSK-Means  برای خوشه بندی گره ‌ها …………………………………………61

3-2-3 مسیریابی………………………………………………………………………………………………………………………63

3-2-3-1  مسیریابی جهت اتصال به گره سرخوشه……………………………………………………………………64

3-2-3-2  مسیریابی سرخوشه به سمت فوق گره……………………………………………………………………….64

3-2-3-3 مسیریابی به سمت چاهک متحرک …………………………………………………………………………….65

3-2-3-4 مسیریابی وایجاد کانال خصوصی بین فوق‌گره‌ها…………………………………………………………..65

3-3 فاز دوم : حیات و ادامه زندگی شبکه……………………………………………………………………………………..66

3-3-1  اولویت بندی اطلاعات………………………………………………………………………………………………….66

3-3-2 تصمیم گیری برای ارسال داده‌ها ……………………………………………………………………………………..67

3-3-3 تصمیم‌گیری در مورد جهش حرکت چاهک متحرک…………………………………………………………..68

3-3-4 نحوه آگاهی فوق‌گره متصل به چاهک متحرک، به سایر فوق‌گره ها و نرک ایستگاه…………………..70

3-3-5 ارسال  غیر مستقیم اطلاعات چاهک متحرک……………………………………………………………………..70

3-4 مقایسه روش های ارایه شده………………………………………………………………………………………………….71

3-4-1 روش چاهک ثابت…………………………………………………………………………………………………………71

3-4-2 روش چاهک متحرک……………………………………………………………………………………………………..72

3-4-3 استفاده از چاهک ثابت و متحرک به صورت همزمان(DualSink)…………………………………….73

3-4-4 روش ارایه شده …………………………………………………………………………………………………………….74

3-5 طرح و نقشه ……………………………………………………………………………………………………………………….75

3-6 مزایای استفاده از این روش نسبت به سایر روش‌ها…………………………………………………………………..76

فصل چهارم :تجزیه و تحلیل داده ها و ارزیابی کارایی

4-1  ارزیابی کارایی ………………………………………………………………………………………………………………….78

4-1-1 جزییات شبیه سازی …………………………………………………………………………………………………….78

4-1-2 مدل انرژی مصرفی گره‌ها ……………………………………………………………………………………………80

4-1-3 مقایسه انرژی مصرف شده در روش ارایه شده ……………………………………………………………….80

4-1-4 تاثیر روش ارایه شده ،بر نرخ گم شدن بسته‌ها ………………………………………………………………..82

4-1-5 متوسط تعداد گام طی نموده برای رسیدن به چاهک ………………………………………………………….83

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادهای تحقیق

5-1نتایج………………………………………………………………………………………………………………………………86

5-2 پیشنهادهای تحقیق……………………………………………………………………………………87

فهرست جداول

جدول4-1 پارامترهای شبیه سازی………………………………………………………………………………………………..79

فهرست اشکال

شکل 1-1معماری ارتباطی شبکه های حسگر بیسیم…………………………………………………………………………. 6

شکل 1-2 ساختمان داخلی گره  حسگر…………………………………………………………………………………………. 6

شکل 2-1 انواع خوشه بندی در شبکه های حسگر بیسیم……………………………………………………………….. 21

شکل 2-2یک چاهک سیال در حال حرکت در طول یک خط مستقیم……………………………………………… 28

شکل2-3  انواع روش های جابه حایی کنترل شده…………………………………………………………………………. 29

(شکل 2-4 )روش ارایه شده در EEQR……………………………………………………………………………………. 32

(شکل 2-5) پدیده تصادم…………………………………………………………………………………………………………… 37

(شکل 2-6) پدیده هم پوشانی…………………………………………………………………………………………………….. 38

شکل 2-7 روش شایعه پراکنی…………………………………………………………………………………………………….. 39

شکل 2-8 روش دست تکانی……………………………………………………………………………………………………… 42

شکل 2-9 نحوه دسته بندی در زمان های t و t+c………………………………………………………………………… 51

شکل 2-10 میران نرمال شده مصرف  انرژی سیستم درصد گره‌های سردسته……………………………………. 52

شکل3-1 نمایه ای از طرح پیاده‌سازی شده…………………………………………………………………………………… 58

شکل 3-2  خوشه بندی با روش Leach ……………………………………………………………………………………. 62

شکل 3-3 روش خوشه‌بندی با روش BSK-Means…………………………………………………………………… 63

شکل 3-4 نمایه چاهک ثابت و نحوه اتصال گره‌ها………………………………………………………………………… 71

شکل 3-5 نمایه روش چاهک متحرک و نحوه اتصال گره‌ها……………………………………………………………. 72

شکل 3-6 استفاده از چاهک ثابت و متحرک به صورت همزمان (Dual Sink) ………………………………. 73

شکل 3-7 نمایش گرافیکی طرح پیشنهادی………………………………………………………………………………….. 74

فهرست نمودارها

(نمودار 3-1) مصرف انرژی  BSK-Means، در مقایسه با روش‌های دیگر، در شبکه‌‌های حسگر بیسیم. 61

(نمودار 3-2)کارایی الگوریتم BSK-means  برای ارسال اطلاعات در مقایسه با سایر روش‌ها…………… 62

(نمودار 4-1) نمودار مصرف انرژی در استفاده از روش‌های در مختلف شبکه…………………………………… 81
(نمودار 4-2 ) درصد بسته های گم شده نسبت به تعداد گره‌های مورد استفاده………………………………….. 82
(نمودار 4-3) میانگین تعداد گام در حالت های چاهک متحرک و چاهک ثابت و راه‌کار کنونی در خالت استفاده از 35 گره………………………………………………………………………………………………………………………..84

چکیده

یکی از چالش های مطرح در زمینه شبکه‌های حسگر ،نحوه مسیریابی و جمع‌آوری اطلاعات از گره‌های شبکه می‌باشد .از آنجا که این شبکه‌ها از لحاظ منابع انرژی و پردازشی محدودیت دارند،نیازمند روش‌های خاصی برای مسیریابی و انتقال اطلاعات می‌باشند که مصرف انرژی پایینی داشته باشند.

برای واضح تر شدن موضوع ،در شبکه های حسگر معمولی یک گره چاهک در وسط شبکه قرار دارد که اطلاعات حس شده توسط آن، به سوی چاهک هدایت می‌گردد اما طول عمر پایین شبکه به علت از بین رفتن گره‌های اطراف چاهک و تاخیر انتها به انتهای زیاد گره به علت انتقال اطلاعات از طریق تعداد نسبتا زیادی گره برای رسیدن به چاهک ، دو مشکل اساسی در ارسال اطلاعات در شبکه های حسگر بی‌سیم معمولی هستند. دو مشکل ذکر شده  ،امروزه به عنوان یکی از مباحث بسیار داغ علمی مطرح است و تاکنون کارهای زیادی در جهت بهبود و افزایش کارایی در زمینه جمع‌آوری اطلاعات در این حوزه ، صورت گرفته است. یکی از روش‌های مطرح در این زمینه، روش استفاده از چاهک متحرک است که در این روش با حرکت چاهک در کل شبکه اطلاعات از گره‌های حسگر جمع‌آوری می‌گردد. این روش، پایه بسیاری از روش‌های مطرح شده بعدی در جهت حل مشکلات مطرح شده در حوزه مسیریابی و جمع‌آوری اطلاعات در شبکه‌های حسگر را تشکیل می‌دهد که در این پایان‌نامه مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند و در نهایت از لحاظ قابلیت و نقاط ضعف و قوت، با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند.

در این پایان‌نامه قصد داریم تا با ارایه روشی جامع، ساده و کارا دو مشکل مطرح در این گونه شبکه‌ها که باعث کارایی پایین این شبکه‌ها گردیده را بهینه تر نماییم. روش ارایه شده مبنی بر حرکت چاهک متحرک در طول شبکه است که در آن شبکه به صورت خوشه‌بندی شده می باشد و با در نظر گرفتن اولویت بسته‌ها در ارسال اطلاعات به چاهک می‌باشد .نتایج به دست آمده بهبود دو پارامتر ذکر شده را  نشان می‌دهد .

1-1مقدمه

امروزه بحث سیستم‌های کنترل و نظارت از راه دور یکی از مباحث پرچالش در زمینه علوم الکترونیک و کامپیوتر می‌باشد. لذا محققان در هر زمان به دنبال راه حلی می‌باشند تا شرایط خاص و انتظارات مدنظر را پاسخ دهد؛ در شرایط و کیفیت کاری یکسان هر چه نسبت هزینه به کارائی پائینتر باشد، همان قدر محبوبیت آن شیوه بیشتر خواهد شد.

برای آگاهی از تغییرات محیط اطراف و یا وضعیت هر مجموعه ،نیازمند یکسری تجهیزات هستیم که بعنوان حسگر شناخته می شوند.حسگر‌ها تغییرات مدنظر (تغییرات فیزیکی یا شیمیایی) را در قالب یک پاسخ، به منظور اندازه گیری میزان تغییرات و یا وجود تغییر، ارائه می دهند. پس از جمع آوری اطلاعات مورد نیاز می‌توان سایر عملیات را بر اساس پاسخ ارائه شده، انجام داد.

پیشرفتهای اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم باعث شده ،بتوانیم گره‌های حسگر چندکاره، با توان مصرفی پایین و هزینه کم داشته باشیم که از نظر اندازه خیلی کوچک هستند و برای مسافت های کوتاه می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. این گره‌های حسگر کوچک طبق نظریه شبکه های حسگر، دارای تجهیزات حس کردن، پردازش داده‌ها و مخابره می‌باشند. تفاوت اصلی شبکه های حسگر با سایر شبکه‌ها در ماهیت داده– محور (data – centric) و همچنین منابع انرژی و پردازشی بسیار محدود در آنهاست که موجب شده تا روش های مطرح شده جهت انتقال داده‌ها در سایر شبکه‌ها و حتی شبکه‌هایی که تا حد زیادی ساختاری مشابه شبکه‌های حسگر دارند مانند شبکه های موردی(AdHoc)، در این شبکه‌ها قابل استفاده نباشند. روند توسعه این شبکه‌ها در حدی است که مطمئناً این شبکه‌ها در آینده نزدیک،‌نقش مهمی را در زندگی روزمره ما ایفا خواهند کرد. از کاربردهایی که در حال حاضر برای شبکه حسگر مطرح می‌شود و روزبه‌روز بر تعدادشان افزوده می‌شود، می توان به کاربردهایی نظیر عمل ردیابی در محیط های گسترده جغرافیایی، سیستم‌های امنیتی، نظارت بر سازه‌های بزرگ، نظارت بر بیماران دارای وضعیت حساس و همچنین نظارت بر پارامترهای محیطی در مناطقی که حضور انسان در آنها خطرناک است و بسیاری کاربردهای دیگر اشاره کرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *