موسسه آموزش عالی شهاب دانش
دانشكده مهندسی برق
پایان‌نامه کارشناسی ارشد
گرایش الکترونیک
عنوان
بررسی، شبیهسازی و بهبود الگوریتمهای کاهش مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم
استاد راهنما
دکتر حسن طاهری
اسفند 1393
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 عناوین
1.1 مکانیزمهای ذخیرهسازی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم. 2
1.1.4 مسیریابی با کارایی انرژی.. 8
1.2 ویژگیهای شبکههای حسگر بیسیم از منظر مسیریابی.. 11
1.3 الزامات طراحی الگوریتمهای مسیریابی در شبکههای حسگر. 13
1.4 بررسی کاستیهای الگوریتمهای مسیریابی موجود. 17
1.5 دستاوردها و نوآوریهای این پایان نامه. 21
2 فصل دوم مروری بر کارهای پیشین.. 23
2.1 الگوریتمهای مسیریابی نامبتنی بر ساختار. 24
2.1.1 الگوریتمهای جغرافیایی.. 24
2.1.2 الگوریتمهای مبتنی بر هوش مصنوعی و تئوری مورچگان. 27
2.1.3 الگوریتمهای خوشهبندی.. 30
2.2 الگوریتمهای مبتنی بر ساختار. 34
2.2.1.1 گراف مسیریابی جهت دار مبتنی بر مقصد (DODAG) 35
2.2.1.2 شناسههای پروتکل… 36
2.2.1.3 تشکیل مسیر در گراف…. 37
2.2.1.4 معیارهای وزن دهی مسیر در پروتکل RPL.. 38
2.2.4.1 فاز انتخاب والد.. 43
2.2.4.2 حرکت خودخواهانه. 44
3 فصل سوم مدل شبکه مورد بررسی و تعریف مسأله مسیریابی بهینه. 47
3.3 مدل لینک مخابراتی بیسیم. 49
3.4 مکانیزم دسترسی به کانال مخابراتی.. 50
3.5 تعریف مسأله توزیع ترافیک بهینه. 51
4 فصل چهارم الگوریتم مسیریابی درختی با هدف مصرف انرژی متوازن. 52
4.2 بررسی اثر افزایش رنج مخابراتی.. 55
4.3 نحوه انتخاب والد ترجیحی.. 58
4.4 تحلیل پیچیدگی الگوریتم PBLD… 64
5 فصل پنجم چارچوب شبیهسازی و مقایسه نتایج عملکرد. 66
5.2 پارامترهای شبیهسازی.. 68
5.3 سناریوهای شبیهسازی.. 70
5.4.1 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرهها 70
5.4.2 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گرههای تولید کننده ترافیک… 72
5.4.3 عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به نرخ تولید ترافیک متغییر. 74
6 فصل ششم جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.. 77
| فهرست اشكال | صفحه |
شکل1‑1طبقه بندی مکانیزم های ذخیره سازی انرژی.. 3
شکل2‑1 معماری پیشنهادی ارتباطات سه لایه. 33
شکل 4‑2 برشی از شبکه بعد از افزایش رنج مخابراتی.. 57
شکل 5‑1 نمونهای از گراف مسیریابی الگوریتم PBTR.. 68
شکل 5‑2 نمودار میزان طول عمر الگوریتمها در برابر با تعداد گره ها 71
شکل 5‑3 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره ها 72
شکل 5‑4 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر تعداد گره های تولید کننده ترافیک…. 73
شکل 5‑5 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره های تولیدکننده ترافیک…. 74
شکل 5‑6 نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر نرخ تولید ترافیک توسط گره ها 75
شکل 5‑7 نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر نرخ نولید ترافیک توسط گره ها 76
| فهرست جداول | صفحه |
جدول 4‑1 شبه کد ایجاد الگوریتم درخت مسیریابی.. 55
جدول 4‑2 شبه کد الگوریتم افزایش توان ارسالی گره 58
جدول 4‑3 شبه کد الگوریتم نقش گره v به عنوان گره والد. 62
جدول 4‑4 شبه کد الگوریتم نقش گره u به عنوان گره فرزند. 63
جدول 5‑1 پارامترهای شبیهسازی.. 69
چكیده
امروزه با توجه به مزایای شبکههای حسگر بیسیم که همانا پیادهسازی ساده و ارزان، مصرف توان پایین و مقیاسپذیری بالای آنها است، در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گرفتهاند. طراحی شبکههای پایدار حسگر بیسیم یک مسئله بسیار چالش برانگیز است. انتظار میرود حسگرها با انرژی محدود به صورت خودکار برای مدت طولانی کار کنند. این در حالی است که جایگزینی باتریهای از کار افتاده ممکن است با هزینههای سنگین یا حتی در محیطهای سخت غیر ممکن باشد. از سوی دیگر، بر خلاف شبکههای دیگر، شبکههای حسگر بیسیم برای کاربردهای خاص مقیاس کوچک مانند سیستمهای نظارت پزشکی و مقیاس بزرگ مانند نظارت بر محیطزیست طراحی میشوند. در این زمینه، انبوهی از کار تحقیقاتی به منظور پیشنهاد طیف گستردهای از راهحلها برای مشکل صرفه جویی در انرژی انجام شده است.
در این پایان نامه یک الگوریتم مسیریابی برای تولید بهترین مسیر مابین گرههای حسگر و گره جمعكننده محلی و با هدف دستیابی به توزیع ترافیك مناسب و درنتیجه ایجاد تعادل در مصرف انرژی گرههای میانی طراحی شده است. ایجاد چنین تعادلی به افزایش طول عمر شبكه كمك میكند و بهبود الگوی مصرف انرژی در شبكههای حسگر بیسیم با منابع انرژی محدود را به دنبال خواهد داشت. از سوی دیگر با استفاده از امکان تغییر رنج گرهها، سعی میشود تا امکان توزیع بار در نقاط کم تراکم شبکه نیز افزایش یابد. نتایج حاصل از شبیهسازیها نشانگر بهبود 20 درصدی در طول عمر شبكه با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با برخی از الگوریتمهای مسیریابی حساس به انرژی پیشنهادی در سالهای اخیر میباشد.
Abstract*
Todays wireless sensor networks with many advantages like, simple and cheap implantation, low power consumption and high comparability, have highly use in different applications. Stable wireless sensor networks design is very important that expected, sensors have a long life with limited energy. Because battery change is very difficult and expensive or even in some locations is impossible. From other hand, these networks should designed in huge scale like nature control systems or tiny scale like medicalcontrol systems what very hard to design and implantation.
In this field, numerous research was done to deduct energy consumption in sensors that available many solution in these references but, in this paper our routing algorithm choose best way between sensor nodes and local adder node to fine traffic distribution, this balance can cause, increase network life and improvment energy consumption in wireless sensor networks with limited sources. From other side, nodes range change using to occasion load distribution increase in low traffic nodes. Simulation results of our algorithm shown twenty percent improvment in life time of network, compared with older methods what propose in these years.
مقدمه
مقیاسپذیری، پوشش، زمان تاخیر، کیفیت سرویس، امنیت و تحرک از نیازهای اصلی شبکههای حسگر بیسیم مورد استفاده در برنامههای مختلف کاربردی، از جمله نظارت بر محیطزیست، امنیت عمومی، مراقبتهای پزشکی و کاربردهای نظامی و صنعتی به شمار میروند. در این برنامههای کاربردی، از حسگر انتظار میرود به صورت خودکار برای مدت زمان طولانی، اعم از هفته یا ماه، کار کند. با این حال، این شبکهها با توجه به منابع محدود باتری موجود در حسگرها از محدودیت طول عمر شبکه رنج میبرند.
در چند سال اخیر روشهای متعددی برای صرفهجویی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم پیشنهاد شده است و هنوز هم تحقیقات بسیاری در مورد چگونگی بهینهسازی مصرف انرژی برای شبکههای حسگر بیسیم با منابع انرژی محدود در حال انجام است. در بخش بعدی استانداردهای موجود برای افزایش طول عمر شبکههای حسگر بیسیم را با توجه به ذخیرهسازی انرژی بیان میکنیم.
1.1 مکانیزمهای ذخیرهسازی انرژی در شبکههای حسگر بیسیم
در این بخش، مروری بر روی روشهای عمده موجود برای حل مشکل مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم که در مقاله [1] ارائه شده است، انجام میدهیم. یک طبقهبندی از مکانیزمهای پیشنهادی ذخیرهسازی انرژی درشکل1‑1به طور خلاصه آورده شده است.
تعداد صفحه :96
قیمت : 14700تومان
