پایاننامه تحمل پذیری خطای الگوریتمهای مسیریابی چندمسیره شبکه حسگر بیسیم

۱۳۵ هزار تومان ۱۰۰ هزار تومان
افزودن به سبد خرید

جهت خرید و دانلود پایاننامه تحمل پذیری خطای الگوریتمهای مسیریابی چندمسیره شبکه حسگر بیسیم روی خرید محصول کلیک و یا با ایمیل زیر در ارتباط باشید

sellthesis@gmail.com


پایان نامه کارشناسی ارشد فناوری اطلاعات شبکه های کامپیوتری بررسی خاصیت تحمل پذیری خطای الگوریتم های مسیریابی چند مسیره در شبکه های حسگر بی سیم


خرید محصول پایاننامه تحمل پذیری خطای الگوریتمهای مسیریابی چندمسیره شبکه حسگر بیسیم


چکیده:

اقناع قابلیت اطمینان مورد انتظار، یکی از چالش های مهم در شبکه های حسگر بی سیم است. یکی از راهکارها برای افزایش قابلیت اطمینان استفاده از پروتکل های مسیریابی چند مسیره است که در آنها بسته های داده از چندین مسیر به سمت مقصد هدایت می شوند. از یک طرف استفاده از تعداد زیادی مسیر، ممکن است سربار زیادی به شبکه تحمیل نماید. از طرف دیگر استفاده از مسیرهای کمتر ممکن است قابلیت اطمینان مورد انتظار شبکه را برآورده نکند؛ لذا وجود یک پروتکل تطبیقی که بتواند تعداد مسیرهای مناسب را به منظور اقناع قابلیت اطمینان مطلوب برقرار نماید، ضروری است. در این پایان نامه ابتدا یک پروتکل چند مسیره مبتنی بر DD به نام LOMDD پیشنهاد و پیاده سازی می شود. در پروتکل چند مسیره پیشنهادی از یک مسیر به عنوان مسیر اصلی و از سایر مسیرها به عنوان جایگزین استفاده می شود. در ادامه یک راهکار برای تخمین قابلیت اطمینان مبتنی بر OBDD در شبکه های حسگر بی سیم پیشنهاد و پیاده سازی می شود. راهکار پیشنهاد شده با دقت مناسبی قابلیت اطمینان کل شبکه را بر حسب قابلیت اطمینان لینک های شبکه محاسبه می کند. در پایان یک پروتکل چند مسیره تطبیقی برای اقناع قابلیت اطمینان به نام AMPRS پیشنهاد و پیاده سازی می شود. پروتکل پیشنهادی بسته به شرایط شبکه (احتمال موفقیت لینک ها، انرژی گره ها، قابلیت اطمینان مسیرها و دیگر پارامترها) مسیرها را به نحوی تعیین می نماید، که کمترین میزان مسیرها را استفاده کرده و قابلیت اطمینان مورد نظر را اقناع می نماید. پروتکل پیشنهادی سربار شبکه را حداقل می‌کند و میزان انرژی مصرف شده را کاهش می‌دهد. نتایج شبیه سازی حاکی از تطبیق پذیری بالای AMPRS با شرایط شبکه می باشد.
کلمات کلیدی : شبکه های حسگر بی سیم، قابلیت اطمینان، چند مسیره، دسترس پذیری


فهرست

فصل 1 مقدمه‌ای بر شبکه‌های حسگر بی‌سیم 1
1-1 مقدمه 2
1-2 کاربردها و مزاياي استفاده از شبکه‌های حسگر 3
1-3 محدودیت‌های سخت افزاري يک گره حسگر 5
1-4 معماري شبکه‌های حسگر 6
1-5 معماري ارتباطي در شبکه‌های حسگر 6
1-6 اجزاي سخت افزاري 7
1-6-1 کنترلر یا واحد پردازنده مرکزي (CPU): 8
1-6-2 فرستنده گیرنده-رادیویی 9
1-6-3 حافظه جانبي 9
1-6-4 انواع حسگر‌ها 10
1-6-5 منبع تغذيه 10
1-6-6 باطري‌ها و سلول‌های خورشيدي 11
1-7 اجزاي نرم افزاري 11
1-7-1 سيستم عامل Tiny OS 11
1-8 خلاصه 12
فصل 2 تعریف مسئله 13
2-1 دسترس پذیری 14
2-2 دلایل وجود خطا در شبکه‌های حسگر بی‌سیم 14
2-3 دلایل نیاز به یک پروتکل با قابلیت تحمل پذیری خطا در شبکه‌های حسگر بی‌سیم نسبت به شبکه‌های دیگر 15
2-4 طبقه‌بندی تکنیک‌های قابلیت تحمل پذیری خطا 15
2-5 مسیریابی چند مسیره 17
2-5-1 مسیرهای مستقل 18
2-5-2 مسیرهای شبه متمایز 19
2-6 قابلیت اطمینان 19
2-7 نتیجه‌گیری و هدف کلی 20
فصل 3 مروری بر کارهای مرتبط و پروتکل‌های مسیریابی 21
3-1 روش انتشار هدايت شده 22
3-1-1 دسته خصوصیت‌ها 24
3-1-2 روش انتشار جذب يک مرحله‌ای 25
3-2 کاربرد کدینگ در مسیریابی چند مسیره برای افزایش تحمل پذیری خطا 26
3-2-1 Erasure coding 26
3-3 چالش‌های مختلف در مسیریابی چند مسیره برای افزایش قابلیت اطمینان 29
3-3-1 چالش بین سربار ترافیک و مسیریابی چند مسیره 29
3-3-2 چالش‌های بین مصرف انرژی و قابلیت اطمینان 31
3-3-3 محاسبه قابلیت اطمینان در شبکه‌های حسگر بی‌سیم 35
فصل 4 پروتکل پیشنهادی LOMDD 38
4-1 مقدمه 39
4-2 نحوه عملکرد پروتکل پیشنهادی LOMDD 40
4-2-1 فاز اول : انتشار علاقه‌مندی‌ها 40
4-2-2 فاز دوم : انتشار بسته‌های اکتشافی 42
4-2-3 فاز سوم : ارسال داده‌های تقویتی 47
4-2-4 فاز چهارم: ارسال داده‌ها و تعویض مسیرها 49
4-3 نحوه پیاده سازی و ارزیابی 54
4-3-1 بستر پیاده سازی 54
4-3-2 سناریوهای شبیه سازی 55
4-4 بررسی نتایج شبیه سازی 55
4-4-1 سربار بسته‌های اکتشافی 55
4-4-2 میانگین تعداد بسته‌های دریافتی در هر لحظه توسط چاهک 56
4-4-3 قابلیت اطمینان 56
4-4-4 سربار بسته‌های غیر داده 57
4-5 خلاصه 58
فصل 5 پیشنهاد یک راهکار برای تخمین قابلیت اطمینان با استفاده از دیاگرام تصمیم‌گیری دودویی مرتب شده 60
5-1 مقدمه 61
5-2 دیاگرام تصمیم گیری دودویی مرتب شده 62
5-2-1 درخت تصمیم گیری دودویی 64
5-2-2 نمودار تصمیم‌گیری دودویی 66
5-2-3 نمودار تصمیم گیری دودویی مرتب شده (OBDD) 68
5-3 تحلیل و تخمین قابلیت اطمینان با استفاده از یک راهکار پیشنهاد شده مبتنی بر OBDD 69
5-3-1 قابلیت اطمینان 69
5-3-2 نمادهای استفاده شده در راهکار پیشنهاد شده 70
5-3-3 نحوه عملکرد راهکار پیشنهاد شده 71
5-4 خلاصه 80
فصل 6 پیشنهاد یک پروتکل چند مسیره تطبیقی برای اقناع قابلیت اطمینان 82
6-1 مقدمه 83
6-2 پروتکل چند مسیره تطبیقی پیشنهادی برای اقناع قابلیت اطمینان 85
6-2-1 تنظیمات اولیه 86
6-2-2 تعاریف 87
6-2-3 نحوه تصمیم گیری چاهک 88
6-2-4 نحوه انتخاب مسیر هنگام افزایش یا کاهش مسیرها 91
6-3 نحوه پیاده سازی و ارزیابی 91
6-3-1 سناریوهای شبیه سازی 92
6-3-2 مدل خطا 92
6-3-3 مقایسه 94
6-3-4 محاسبه قابلیت اطمینان 95
6-3-5 محاسبه میانگین تعداد مسیرهای استفاده شده 95
6-3-6 محاسبه سربار 96
6-3-7 محاسبه انرژی مصرف شده 96
6-4 نتایج شبیه سازی 97
6-4-1 قابلیت اطمینان 97
6-4-2 تعداد میانگین مسیرها 101
6-4-3 سربار شبکه 101
6-4-4 انرژی مصرف شده 102
6-5 خلاصه 106
فصل 7 جمع بندی و نتیجه‌گیری 107
7-1 پروتکل چند مسیره LOMDD 108
7-2 راهکاری برای تخمین قابلیت اطمینان با استفاده از دیاگرام تصمیم‌گیری دودویی مرتب شده 109
7-3 پروتکل چند مسیره تطبیقی برای اقناع قابلیت اطمینان 110
7-4 کارهای آتی 111
7-4-1 گسترش LOMDD برای توزیع بار در میان مسیرهای موجود 111
7-4-2 گسترش LOMDD برای توزیع بار در میان مسیرهای موجود با استفاده از کدینگ 111
7-4-3 بهینه سازی مسئله اقناع قابلیت اطمینان 111
فهرست منابع و مآخذ 112
ضمیمه ها 115


1-1 مقدمه
امروزه بحث سيستم هاي کنترل و نظارت از راه دور يکي از مباحث پر چالش در زمينه علوم الکترونيک و کامپيوتر مي‌باشد. لذا تحقيقات در هر زماني به دنبال راه حلي مي باشد تا به شرايط خاص و انتظارات مدنظر ما پاسخ دهد؛ در شرايط و کيفيت کاري يکسان هر چه نسبت هزينه به کارائي پایین‌تر باشد، همان قدر محبوبيت آن شيوه بالاتر خواهد رفت.
براي آگاهي از تغييرات محيط اطراف و يا وضعيت هر مجموعه نيازمند به يکسري تجهيزات هست، که به عنوان حسگر شناخته مي شوند و تغييرات مدنظر (تغييرات فيزيکي يا شيميائي) را در قالب يک پاسخ، به منظور اندازه‌گيري ميزان تغييرات و يا وجود آن، بررسی می نمایند. پس از جمع‌آوري اطلاعات مورد نياز مي‌توان ساير عمليات را بر اساس پاسخ ارائه شده انجام داد [1] و [2].
پیشرفت‌های اخير در زمينه الکترونيک و مخابرات بي‌سيم باعث شده است، بتوانيم گره‌هاي حسگر چندکاره، با توان مصرفي پایین و هزينه کم داشته باشيم. این حسگرها از نظر اندازه بسیار کوچک هستند و براي مسافت‌ها کوتاه مي‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. اين گره‌هاي حسگر کوچک طبق نظريه شبکه هاي حسگر، داراي تجهيزات حس کردن، پردازش داده‌ها و مخابره آن‏ها مي‌باشند. تفاوت اصلي شبکه‌هاي حسگر بی سیم با ساير شبکه‌ها در ماهيت داده-محور و همچنين منابع انرژي و پردازشي بسيار محدود در آن‌ها است. این تفاوت ها موجب شده تا روش‌هاي مطرح شده جهت انتقال داده‌ها در ساير شبکه‌ها و حتي شبکه‌هايي که تا حد زيادي ساختاري مشابه شبکه‌هاي حسگر دارند (مانند شبکه‌هاي موردي سيار )، در اين شبکه‌ها قابل استفاده نباشند. روند توسعه اين شبکه‌ها در حدي است که مطمئناً اين شبکه‌ها در آينده نزديک، نقش مهمي را در زندگي روزمره‌ ما ايفا خواهند کرد.
تکنيک‌ها و شيوه‌هاي مورد استفاده در چنين شبکه هاي وابستگي شديدي به ماهيت کاربرد شبکه دارد. ساختار توپولوژي شبکه، شرايط جوي و محيطي، محدودیت‌ها و … عوامل موثري در پارامترهاي کارايي و هزينه شبکه مي‌باشند؛ لذا امروزه در سرتاسر دانشگاه هاي معتبر و مراکز تحقيقاتي کامپيوتري، الکترونيکي و به خصوص مخابراتي، شبکه هاي حسگر بي سيم، يک زمينه تحقيقاتي بسيار جذاب و پرطرفدار محسوب مي‌شود. تحقيقات و پيشنهادات زيادي در مباحث مختلف ارائه شده است و همچنان حجم تحقيقات در اين زمينه سير صعودي دارد.
هدف اصلي تمامي اين تلاش ها و ارائه راهکارها، داشتن سيستمي با شيوه هاي کنترلي ساده، آسان و با هزينه پایین مي‌باشد. همچنین با پاسخگويي به نيازمندي هاي ما بتواند در مقابل محدوديت ها (پهناي باند، انرژي، دخالت‌هاي محيطي، فيدينگ و … ) ايستادگي کند و شرايط کلي را طبق خواسته‌ها و تمايلات ما (انتقال حجم زياد اطلاعات پر محتوا، بقاء پذيري و طول عمر بالا، هزينه پایین و…) را فراهم سازد؛ لذا محققين جنبه هاي مختلف را تحليل و بررسي مي نمايند و سعي مي‌کنند ايده هاي بهينه و کارا را استخراج کنند. اين ايده ها مي توانند از محيط وحش اطرافمان الهام گرفته شده باشد و با استفاده از قوانين رياضي و نظريات تئوري و آماري مي‌توان آن‏ها را تحليل نمود.
در سال هاي اخير، رشد بسياري را در زمينه شبکه هاي حسگر بی سیم [4] شاهد بوده ايم. شبکه-هاي حسگر شامل تعداد زيادي از گره هاي حسگر بسيار کوچک مي باشند که براي جمع آوري و پردازش اطلاعات محيطي، مورد استفاده قرار مي گيرند. بر خلاف شبکه هاي موردي که شايد در نگاه اول بسيار شبيه به شبکه هاي حسگر به نظر بيايند، گره ها در شبکه هاي حسگر، معمولاً فاقد آدرس هاي منحصر به فرد مي باشند و آنچه بيشتر در اين شبکه ها حائز اهميت است، اطلاعات جمع آوري شده توسط حسگر هاي شبکه است. همچنين به دليل عدم دسترسي به گره ها پس از فرآيند پراکندن آن‏ها در محيط، گره هاي شبکه پس از مصرف انرژي موجود، عملاً بدون استفاده شده و خواهند مرد. بنابراین مسئله انرژي و بهينه-سازي مصرف آن، يکي از چالش هاي مطرح در اين شبکه هاست و کارهاي زيادي هم در سال هاي اخير در اين مورد صورت گرفته است.
هر شبکه حسگر از تعداد زيادي گره ارزان قيمت با اندازه کوچک، تشکيل شده است و هر گره نيز از مجموعه اي از اجزاي سخت افزاري تشکيل شده است که در کنار يکديگر وظايف هر گره را به انجام مي-رسانند. در حال حاضر هر گره حسگر از بهم پيوستن تعدادي قطعات از پيش طراحي شده حاصل مي شود ولي در آينده مي توان کليه مدار هاي مورد نياز يک حسگر را در يک مدار مجتمع فشرده و در اندازه بسيار کوچک‌تری پياده سازي کرد که کاهش قابل ملاحظه اي در اندازه و توان مصرفي هر گره را در بر خواهد داشت.


1-2 کاربردها و مزاياي استفاده از شبکه هاي حسگر

امروزه کاربردهاي بسياري براي شبکه هاي حسگر مطرح شده است و روز به روز بر تعداد آن‏ها اضافه می‌شود. برخي از کاربردهايي که تاکنون بر روي اين شبکه ها مورد ارزيابي قرار گرفته اند، عبارتند از:
میدان‌های جنگي: در میدان‌های جنگي، مي توان جهت شناسايي و بررسي آماري تجهيزات و نيروي دشمن و همین طور رده بندي و پيگيري نحوه آرايش و مسير حرکت نيروهاي دشمن يا نيروهاي خودي از شبکه هاي حسگر استفاده کرد و در نهايت وضعيت نيروهاي خودي را در قبال نيروهاي دشمن بررسي نمود.
شناسايي محيط هاي آلوده: در محيط هاي مختلف امکان وجود انواع آلودگي ها محتمل است؛ لذا با استفاده از چنين شبکه هايي، مي توان وجود آلودگي هاي مشخصي را در سطح محيط تحت نظر، بررسي کرد و حتي ميزان غلظت آلودگي در قسمت‌های مختلف را مشاهده نمود. در نهايت با استفاده از اطلاعات آماري بدست آمده، در خروجي سيستم مي توان نمودار وضعيت آلودگي در سطح محيط زیر نظر را بدست آورد. نوع آلودگي نيز مي تواند يکتا نباشد و با توجه به امکانات، هر گره در شبکه حسگر مي تواند شناسايي چندين نمونه آلودگي را پشتيباني کند.

مرور

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است .