خانه / فنی و مهندسی / برق / پایان نامه ارشد با عنوان بررسی،شبیه ­سازی و بهبود الگوریتم­های کاهش مصرف انرژی در شبکه ­های حسگر بی­سیم

پایان نامه ارشد با عنوان بررسی،شبیه ­سازی و بهبود الگوریتم­های کاهش مصرف انرژی در شبکه ­های حسگر بی­سیم

بررسی،شبیه ­سازی و بهبود الگوریتم­های کاهش مصرف انرژی در شبکه ­های حسگر بی­سیم

موسسه آموزش عالی شهاب دانش

دانشکده مهندسی برق

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

گرایش الکترونیک

عنوان

بررسی، شبیه­سازی و بهبود الگوریتم­های کاهش مصرف انرژی در     شبکه­های حسگر بی­سیم

 

 

چکیده

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   جمع­کننده محلی و با هدف دستیابی به توزیع ترافیک مناسب و درنتیجه ایجاد تعادل در مصرف انرژی گره­های میانی طراحی شده است. ایجاد چنین تعادلی به افزایش طول عمر شبکه کمک می­کند و بهبود الگوی مصرف انرژی در شبکه­های 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 ۲۰ درصدی در طول عمر شبکه با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با برخی از الگوریتم­های مسیریابی حساس به انرژی پیشنهادی در سال­های اخیر می­باشد.

 

واژه‌های کلیدی:

شبکه­های حسگر بی­سیم، مسیریابی حساس به انرژی، متعادل­سازی نرخ مصرف انرژی

 

فهرست عناوین صفحه

۱   ‌ فصل اول مقدمه ۱

۱‌.۱‌   مکانیزم­های ذخیره­سازی انرژی در شبکه­های حسگر بی­سیم ۲

۱‌.۱‌.۱‌  بهینه­سازی رادیو ۳

۱‌.۱‌.۲‌  کاهش حجم اطلاعات ۶

۱‌.۱‌.۳‌  طرح خواب و بیدار ۷

۱‌.۱‌.۴‌  مسیریابی با کارایی انرژی ۸

۱‌.۱‌.۵‌  راه­حل شارژ ۱۰

۱‌.۲‌   ویژگی­های شبکه­های حسگر بی­سیم از منظر مسیریابی ۱۱

۱‌.۳‌   الزامات طراحی الگوریتم­های مسیریابی در شبکه­های حسگر ۱۳

۱‌.۴‌   بررسی کاستی­های الگوریتم­های مسیریابی موجود ۱۷

۱‌.۵‌   دستاوردها و نوآوری­های این پایان نامه ۲۱

۲   فصل دوم مروری بر کارهای پیشین ۲۳

۲‌.۱‌   الگوریتم­های مسیریابی نامبتنی بر ساختار ۲۴

۲‌.۱‌.۱‌  الگوریتم­های جغرافیایی ۲۴

۲‌.۱‌.۲‌  الگوریتم­های مبتنی بر هوش مصنوعی و تئوری مورچگان ۲۷

۲‌.۱‌.۳‌  الگوریتم­های خوشه­بندی ۳۰

۲‌.۲‌   الگوریتم­های مبتنی بر ساختار ۳۴

۲‌.۲‌.۱‌  الگوریتم RPL 34

2‌.۲‌.۱‌.۱‌ گراف مسیریابی جهت دار مبتنی بر مقصد (DODAG) 35

2‌.۲‌.۱‌.۲‌ شناسه­های پروتکل ۳۶

۲‌.۲‌.۱‌.۳‌ تشکیل مسیر در گراف ۳۷

۲‌.۲‌.۱‌.۴‌ معیارهای وزن دهی مسیر در پروتکل RPL 38

2‌.۲‌.۲‌  الگوریتم LB_RPL 40

2‌.۲‌.۳‌  الگوریتم UDCB 41

2‌.۲‌.۴‌  الگوریتم UDDR 42

2‌.۲‌.۴‌.۱‌ فاز انتخاب والد ۴۳

۲‌.۲‌.۴‌.۲‌ حرکت خودخواهانه ۴۴

۲‌.۲‌.۴‌.۳‌ بازی مشترک ۴۴

۲‌.۲‌.۴‌.۴‌ فاز اتصال ۴۵

۳   فصل سوم مدل شبکه مورد بررسی و تعریف مسأله مسیریابی بهینه ۴۷

۳‌.۱‌   همبندی شبکه ۴۸

۳‌.۲‌   چگالی گره­ها ۴۹

۳‌.۳‌   مدل لینک مخابراتی بی­سیم ۴۹

۳‌.۴‌   مکانیزم دسترسی به کانال مخابراتی ۵۰

۳‌.۵‌   تعریف مسأله توزیع ترافیک بهینه ۵۱

۴   فصل چهارم الگوریتم مسیریابی درختی با هدف مصرف انرژی متوازن ۵۲

۴‌.۱‌   فاز ایجاد درخت ۵۴

۴‌.۲‌   بررسی اثر افزایش رنج مخابراتی ۵۵

۴‌.۳‌   نحوه انتخاب والد ترجیحی ۵۸

۴‌.۴‌   تحلیل پیچیدگی الگوریتم PBLD 64

5   فصل پنجم چارچوب شبیهسازی و مقایسه نتایج عملکرد ۶۶

۵‌.۱‌   محیط شبیه­سازی ۶۷

۵‌.۲‌   پارامترهای شبیه­سازی ۶۸

۵‌.۳‌   سناریوهای شبیه­سازی ۷۰

۵‌.۴‌   نتایج شبیه­سازی ۷۰

۵‌.۴‌.۱‌  عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گره­ها ۷۰

۵‌.۴‌.۲‌  عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به تعداد گره­های تولید کننده ترافیک ۷۲

۵‌.۴‌.۳‌  عملکرد الگوریتم PBTR با توجه به نرخ تولید ترافیک متغییر ۷۴

۶   فصل ششم جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۷۷

منابع و مراجع ۸۱

 

 

فهرست اشکال صفحه

شکل۱‑۱طبقه بندی مکانیزم های ذخیره سازی انرژی ۳

شکل۲‑۱ معماری پیشنهادی ارتباطات سه لایه ۳۳

شکل۴‑۱یک برش از شبکه ۵۶

شکل ۴‑۲ برشی از شبکه بعد از افزایش رنج مخابراتی ۵۷

شکل ۵‑۱ نمونهای از گراف مسیریابی الگوریتم PBTR 68

شکل ۵‑۲ نمودار میزان طول عمر الگوریتمها در برابر با تعداد گره ها ۷۱

شکل ۵‑۳ نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره ها ۷۲

شکل ۵‑۴ نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر تعداد گره های تولید کننده ترافیک ۷۳

شکل ۵‑۵ نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر تعداد گره های تولیدکننده ترافیک ۷۴

شکل ۵‑۶ نمودار میزان طول عمر الگوریتم ها در برابر نرخ تولید ترافیک توسط گره ها ۷۵

شکل ۵‑۷ نمودار درصد سالم رسیدن بسته های ترافیکی در برابر نرخ نولید ترافیک توسط گره ها ۷۶

 

 

 

 

 

فهرست جداول صفحه

جدول ‏۴‑۱ شبه کد ایجاد الگوریتم درخت مسیریابی ۵۵

جدول ‏۴‑۲ شبه کد الگوریتم افزایش توان ارسالی گره ۵۸

جدول ‏۴‑۳ شبه کد الگوریتم نقش گره v به عنوان گره والد ۶۲

جدول ‏۴‑۴ شبه کد الگوریتم نقش گره u به عنوان گره فرزند ۶۳

جدول ‏۵‑۱ پارامترهای شبیه­سازی ۶۹

قیمت:   ۱۲۰۰۰ تومان

 

فرمت

مطلب مشابه

پایان نامه ارشد با عنوان تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران

  عنوان: تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران فهرست مطالب عنوان                                                                                                                          صفحه …