آموزش انجام پایان نامه تخصیص کانال در شبکه مش با NS2

در این مقاله سعی داریم تا نحوه انجام پایان نامه در حوزه شبکه های حسگر بیسیم و شبکه های کامپیوتری را توضیح دهیم. در ادامه فصل اول پایان نامه ای با موضوع "تخصیص کانال در شبکه مش" به صورت رایگان آورده شده است.

 

 

انجام پایان نامه ارشد و دکتری موسسه ادیب مشاور

1.1 مقدمه

در این قسمت توضیح و توصیف شبکه ­های حسگر بی­سیم و تعاریف و توضیحات آن، برای ورود به موضوع و آشنایی خواننده با حوزه تحقیق، ارائه خواهد شد.

پيشرفت‌هاي اخير در زمينه الكترونيك و مخابرات بي‌سيم توانايي طراحي و ساخت حسگرهايي را با توان مصرفي پايين، اندازه كوچك، قيمت مناسب و كاربري‌هاي گوناگون داده است. اين حسگرهاي كوچك كه توانايي انجام اعمالي چون دريافت اطلاعات مختلف محيطي بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پيدايش ايده‌اي براي ايجاد و گسترش شبكه‌هاي موسوم به شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر WSN شده‌اند.

يك شبكه حسگر متشكل از تعداد زيادي گره‌هاي حسگري است كه در يك محيط به‌طور گسترده پخش شده و به جمع‌آوري اطلاعات از محيط مي‌پردازند. لزوماً مکان قرار گرفتن گره‌هاي حسگري، از ‌قبل تعیین‌شده و مشخص نيست. چنين خصوصيتي اين امكان را فراهم مي‌آورد که بتوانيم آن­ها را در مکان‌هاي خطرناک و يا غیرقابل‌دسترس رها کنيم.

1.1.1 ساختار کلی شبکه ­های حسگر بی­سیم

شبکه‌های حسگر از تعدادی حسگر کوچک در اندازه‌های یک تا دو میلی‌متر و یا بزرگ‌تر ساخته شده است که به همراه یک دستگاه فرستنده و گیرنده بی‌سیم، اطلاعات را به دستگاه مرکزی به­عنوان کاربر نهایی می‌فرستد. کار بر روی شبکه‌های حسگر در ابتدا با اهداف و کاربردهای نظامی و دفاعی آغاز شد ولی به‌سرعت کاربردهای بسیار دیگری نیز پیدا کرد که برخی از کاربردهای این فناوری در کاربردهای نظامی و امنیتی (کنترل نیروها و تجهیزات نظامی، تشخیص نفوذ و تجسس در محیط‌های جنگی)، نظارت بر محیط‌های داخلی و خارجی (کاربرد در ساختمان‌های هوشمند، کنترل ترافیک، تشخیص حوادث طبیعی، کشاورزی و نظارت‌های زیست‌محیطی)، کاربردهای صنعتی (کنترل دقیق نیروی انسانی، پیگیری کالاهای تولیدی، نظارت بر خط تولید و حفاظت و کنترل ایمنی محیط) و کاربردهای پزشکی (مراقبت از سلامت انسان و جراحی) است. در بیانی جامع­تر كاربردها را به سه دسته نظامي، تجاري و پزشكي تقسيم مي­کنیم که سامانه‌های ارتباطي، فرماندهي، شناسايي، دیده‌بانی و میدان مين هوشمند از كاربردهاي نظامي مي­باشند. در كاربردهاي مراقبت پزشكي، می­توان به سامانه‌های مراقبت از بيماران ناتوان كه مراقبي ندارند اشاره نمود و محيط­هاي هوشمند براي افراد سالخورده و شبكه ارتباطي بين مجموعه پزشكان با يكديگر و پرسنل بيمارستان و نظارت بر بيماران ازجمله كاربرد­هاي پزشکی است [1].

كاربردهاي تجاري طيف وسيعي از كاربردها را شامل می‌شوند مانند سامانه‌های امنيتي تشخيص و مقابله با سرقت، آتش‌سوزی(در جنگل)، تشخيص آلودگي­هاي زیست‌محیطی از قبیل آلودگي­هاي شيميايی، ميكروبي، هسته­اي، سامانه‌های ردگيري، نظارت و کنترل وسايل نقليه و ترافيك، كنترل كيفيت توليدات صنعتي، مطالعه در مورد پديده­هاي طبيعي مثل گردباد، زلزله، سيل، تحقيق در مورد زندگي گونه­هاي خاص از گياهان و جانوران و ... .

در برخي از كاربردها نیز شبکه حسگر به­عنوان گروهي از ربات­هاي كوچك كه با همكاري هم فعاليت خاصي را انجام می‌دهند استفاده می­شود. ديگر خصوصيت‌هاي منحصربه‌فرد شبکه‌هاي حسگر، توانايي همكاري و هماهنگي بين گره‌هاي حسگري است. هر گره حسگر روي برد خود داراي يک پردازشگر است و به‌جای فرستادن تمامي اطلاعات خام به مركز يا به گرهی که مسئول پردازش و نتيجه‌گيري اطلاعات است، ابتدا خود يك سري پردازش‌هاي اوليه و ساده را روي اطلاعاتي كه به دست آورده است، انجام مي‌دهد و سپس داده‌هاي نيمه پردازش‌شده را ارسال مي‌کند. بااینکه هر حسگر به‌تنهایی توانايي ناچيزي دارد، تركيب صدها حسگر كوچك امكانات جديدي را عرضه مي‌كند. ‌درواقع قدرت شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر در توانايي به‌كارگيري تعداد زيادي گره كوچك است كه خود قادرند سرهم و سازمان‌دهی شوند و در موارد متعددي چون مسيريابي هم‌زمان، نظارت بر شرايط محيطي، نظارت بر سلامت ساختارها يا تجهيزات يك سيستم به كار گرفته شوند.

گستره كاربري شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر بسيار وسيع بوده و از كاربردهاي كشاورزي، پزشكي ‌و صنعتي تا كاربردهاي نظامي را شامل مي‌شود. به‌عنوان‌مثال يكي از متداول‌ترين كاربردهاي اين فنّاوری، نظارت بر يك محيط دور از دسترس است. مثلاً نشتي يك كارخانه شيميايي در محيط وسيع كارخانه مي‌تواند توسط صدها حسگر كه به­طور خودكار يك شبكه بي‌سيم را تشكيل مي‌دهند، نظارت‌شده و در هنگام بروز نشت شيميايي به‌سرعت به مركز اطلاع داده شود.

در اين سامانه‌ها برخلاف سامانه‌های سيمي قديمي، از یک‌سو هزينه‌هاي پيكربندي و آرايش شبكه كاسته مي‌شود از سوي ديگر به‌جای نصب هزاران متر سيم فقط بايد دستگاه‌هاي كوچكي را كه تقريباً به‌اندازه يك سكه هستند، را در نقاط موردنظر قرار داد. شبكه به‌سادگی با اضافه كردن چند گره گسترش مي‌يابد و نيازي به طراحي پيكربندي پيچيده نيست.

2.1.1 ویژگی ­های شبکه

وجود برخي ويژگي­ها در شبكه حسگر، آن را از ساير شبكه­هاي سنتی و بي­سيم متمايز مي­كند. از آن جمله عبارت‌اند از:

  • تنگناهاي سخت­افزاري شامل محدوديت­هاي انداز فيزيكي، منبع انرژي، قدرت پردازش، ظرفيت حافظه.
  • تعداد بسيار زياد گره­ها .
  • چگالي بالا در توزيع گره­ها در ناحيه عملياتي.
  • وجود استعداد خرابي در گره­ها.
  • تغييرات توپولوژي به­صورت پويا و احیاناً متناوب.
  • استفاده از روش پخش همگاني در ارتباط بين گره­ها در مقابل ارتباط نقطه‌به‌نقطه.
  • داده محور بودن شبكه به اين معني كه گره­ها كد شناسايي ندارند.

البته اين شبكه‌ها داراي يك سري ويژگي‌هاي عمومي نيز هستند. مهم‌ترين اين ويژگي‌ها عبارت است از:

برخلاف شبكه‌هاي بي‌سيم سنتي، همه گره‌ها در شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر نيازي به برقراري ارتباط مستقيم با نزديك‌ترين برج كنترل قدرت يا ايستگاه پايه ندارند، بلكه حسگرها به خوشه‌هايی (سلول‌هايی) تقسيم می‌شوند که هر خوشه (سلول) يک سرگروه خوشه موسوم به Parent انتخاب مي‌کند.

  • اين سرگروه‌ها وظيفه جمع‌آوری اطلاعات را بر عهده دارند. جمع‌آوری اطلاعات به­منظور کاهش اطلاعات ارسالی از گره‌ها به ايستگاه پايه و در نتيجه بهبود بازده انرژی شبکه انجام می‌شود. ‌البته چگونگي انتخاب سرگروه خود بحثي تخصصي است كه در تئوري شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر مفصلاً مورد بحث قرار مي‌گيرد.

پروتكل‌هاي شبكه‌اي همتا­به­همتا يك‌سري ارتباطات مش مانند را جهت انتقال اطلاعات بين هزاران دستگاه كوچك با استفاده از روش چند جهشی ايجاد مي‌كنند. معماري انطباق پذیر مش، قابليت تطبيق با گره‌هاي جديد جهت پوشش دادن يك ناحيه جغرافيايي بزرگ‌تر را دارا است. علاوه بر اين، سيستم مي‌تواند به‌طور خودكار از دست دادن يك گره يا حتي چند گره را جبران كند.

  • هر حسگر موجود در شبكه دارای يک دامنه حسگری است که به نقاط موجود در آن دامنه احاطه کامل دارد. يکی از اهداف شبکه‌های حسگری اين است که هر محل در فضای موردنظر بايستی حداقل در رنج حسگری يک گره قرار گيرد تا شبكه قابليت پوشش همه منطقه موردنظر را داشته باشد.
  • يک حسگر با شعاع حسگری r را می‌توان با يک ديسک با شعاع r مدل کرد. اين ديسک نقاطی را که درون اين شعاع قرار مي‌گيرند، تحت پوشش قرار می‌دهد. بديهي است که برای تحت پوشش قرار دادن کل منطقه اين ديسک‌ها بايد کل نقاط منطقه را بپوشانند.

بااینکه توجه زيادی به پوشش کامل منطقه توسط حسگرها می‌شود، احتمال دارد نقاطی تحت پوشش هيچ حسگری قرار نگيرد. اين نقاط تحت عنوان حفره‌های پوششی ناميده می‌شوند. اگر تعدادی حسگر به‌علاوه يک منطقه هدف داشته باشيم، هر نقطه در منطقه بايد طوري توسط حداقل n حسگر پوشش داده شود که هيچ حفره پوششی ايجاد نشود. اين موضوع لازم به ذکر است که مسئله حفره پوششی بسته به نوع کاربرد مطرح می‌گردد. در برخی کاربردها احتياج است که درجه بالايی از پوشش جهت داشتن دقت بيشتر داشته باشيم.

3.1.1 کاربردهای شبکه

در ابتدای به وجود آمدن شبکه‌های حسگر کاربرد آن­ها به سامانه‌های تشخیص پرتوافکنی و هسته­ای، حسگر سلاح­ها برای کشتی­های جنگی، بررسی محیط زندگی و تشخیص زمین‌لرزه محدود می­شد. اخیراً تمرکز بر روی شبکه کردن حسگرهای بیولوژیکی و شیمیایی برای کاربردهای امنیت ملی است گرچه مستقیماً کاربردهای مصرف­کننده در نظر گرفته می­شود. در کل کاربرد­های شبکه­های حسگر بی­سیم شامل، مشاهدات نظامی، امنیت فیزیکی، کنترل ترافیک هوایی، مراقبت ترافیک، مدیریت خط تولید، ربات­های توزیع‌شده، خودکارسازی کارخانه، کنترل فرآیند­ها، مشاهدات آب و هوایی، مشاهدات محیطی، مانیتورینگ مرزها و بررسی ساختمان­ها می­باشد.

در زیر لیست کوتاهی از چند کاربرد متداول را مشاهده می­نمایید:

کاربردهای نظامی

  • نظارت نیروهای دشمن
  • نظارت بر نیروها و تجهیزات خودی
  • تجسس میدان جنگ
  • هدف‌گیری
  • تعیین خسارت جنگ
  • تشخیص حملات هسته­ای، بیولوژیکی و شیمیایی

کاربردهای محیطی

  • تشخیص آتش­سوزی جنگل
  • تشخیص سیل و طوفان
  • کشاورزی دقیق

کاربردهای بهداشت و درمان

  • بررسی اطلاعات فیزیولوژیکی انسان از راه دور
  • ردیابی و مانیتورینگ پرستاران و دکترها درون بیمارستان
  • مدیریت دارو خوراندن
  • دستیاری افراد سالخورده

کاربردهای خانگی

  • خودکارسازی خانه
  • محیط‌های هوشمند

کاربردهای تجاری:

  • کنترل محیطی در کارخانه و ساختمان­های اداری
  • کنترل خط تولید
  • تشخیص و ردیابی وسایل نقلیه
  • بررسی جریان ترافیک

حسگرهای مبتنی بر تصویر، صوت، فیزیک و شیمی می­توانند برای مطالعه اکوسیستم­ها مورداستفاده قرار بگیرند. کاربردهای دفاعی تحقیق و پژوهش را در مورد شبکه­های حسگر در نیم‌قرن گذشته توسعه داده است. در میدان جنگ، حس‌گرها برای تشخیص نیروها، اشیا، ماشین­ها، هواپیماها و افراد خودی و یا دشمن به کار می­روند. بدین‌صورت یک شبکه شامل گره­های حسگر می­تواند یک هدف را نشانه­گیری کرده و از فعالیت دشمن در منطقه­ای ممانعت کند. این حسگرهای ریز می­توانند در هوا، درون آب‌وخاک، روی/درون بدن انسان و درون ماشین و ساختمان­ها گسترش بیابند. ساختمان­ها و خانه­ها و مناطق مجهز به این فنّاوری در اصطلاح محیط‌های هوشمند یا Smart Spaces نامیده می­شوند. حسگرهای بی­سیم می­توانند در محیط­هایی که یک شبکه سیمی قادر به انجام عملی نیست، به­راحتی کار کنند (مانند منطقه­ای در معرض خطر، یا منطقه‌ای که آلوده به سم شده است و یا در معرض آلوده شدن قرار دارد).

ویژگی­هایی از شبکه­های حسگر بی­سیم مانند آرایش سریع، سازمان‌دهی خودکار، تحمل خطا، باعث فراگیر شدن این نوع شبکه در عملیات نظامی مانند کنترل، ارتباطات، تجسس، شناسایی و سامانه‌های هدف­گیری شده است. بسیاری از این ویژگی­ها نیز، این شبکه را برای ایجاد امنیت ملی معتدل می­سازند.

4.1.1 اجزای شبکه

اجزای یک شبکه حسگر بسته به نیاز و کاربردهای آن می­تواند متفاوت باشد اما به‌طورکلی اجزای آن همان­طور که در شکل هم می­بینید، به شرح زیر می­باشد:

انجام پایان نامه کامپیوتر شبکه حسگر

شکل 1-1 اجزای شبکه حسگر

1.4.1.1 شبکه‌ای از گره‌های بی‌سیم (Sensor Network)

شبكه­اي متشكل از گره­هاي حسگر است كه حالت كلي شبكه­هاي مورد بحث مي­باشد. به­عبارت­ديگر شبكه حسگر شبكه­اي است با تعداد زيادي گره كه هر گره مي­تواند در حالت كلي داراي تعدادي حسگر و تعدادي كارانداز باشد. در حالت خاص يك گره ممكن است فقط حسگر يا فقط كارانداز باشد. گره­ها در ناحيه­اي كه ميدان حسگر ناميده مي­شود با چگالي زياد پراكنده مي­شوند. يك چاهك، پايش كل شبكه را بر عهده دارد. اطلاعات به‌وسیله چاهك جمع­آوري مي­شود و فرمان‌ها از طريق چاهك منتشر مي­شود. مدیریت وظایف می­تواند متمرکز یا توزیع‌شده باشد. بسته به اين­كه تصميم­گيري براي انجام واكنش در چه سطحي انجام شود دو ساختار مختلف خودكار و نیمه‌خودکار وجود دارد. که ترکیب آن نیز قابل استفاده است.

انجام پایان نامه کامپیوتر شبکه حسگر

شکل 1-2  شبکه‌ای با گره‌های بی‌سیم

2.4.1.1 گره حسگر (Sensor Node)

هر گره شامل واحد حسگر، واحد پردازش داده­ها، فرستنده/گيرنده بي­سيم و منبع تغذيه مي­باشد، بخش­هاي اضافي واحد متحرک ساز، سيستم مكان­ياب و توليد توان نيز ممكن است بسته به كاربرد در گره­ها وجود داشته باشد. واحد پردازش داده شامل يك پردازنده كوچك و يك حافظه با ظرفيت محدود است داده­ها را از حسگرها گرفته بسته به كاربرد پردازش محدودي روي آن­ها انجام داده و از طريق فرستنده ارسال مي­كند. واحد پردازش مديريت هماهنگي و مشاركت با ساير گره­ها در شبكه را انجام مي­دهد. واحد فرستنده/گيرنده ارتباط گره با شبكه را برقرار مي­كند. واحد حسگر شامل يك سري حسگر و مبدل آنالوگ به ديجيتال است كه اطلاعات آنالوگ را از حسگر گرفته و به­صورت ديجيتال به پردازنده تحويل مي­دهد. واحد كارانداز شامل كارانداز و مبدل ديجيتال به آنالوگ است كه فرمان‌ها ديجيتال را از پردازنده گرفته و به كارانداز تحويل مي­دهد. واحد تأمین انرژي، توان مصرفي تمام بخش­ها را تأمین مي­كند كه اغلب يك باطري با انرژي محدود است. محدوديت منبع انرژي يكي از تنگناهاي اساسي است كه در طراحي شبكه­هاي حسگر همه چيز را تحت تأثیر قرار مي­دهد. در كنار اين بخش ممكن است واحدي براي توليد انرژي مثل سلول­هاي خورشيدي وجود داشته باشد. در گره­هاي متحرك واحدي براي متحرك­سازي وجود دارد. مکان‌یاب موقعيت فيزيكي گره را تشخيص مي­دهد. فن‌های مسيردهي و وظايف حسگري به اطلاعات مكان با دقت بالا نياز دارند. يكي از مهم­ترين مزاياي شبكه­هاي حسگر، توانايي مديريت ارتباط بين گره­های در حال حركت مي­باشد.

انجام پایان نامه کامپیوتر شبکه حسگر

شکل 1-3  معماری سخت‌افزاری گره‌ها در شبکه حسگر

همان‌طور که در شکل 1-3 مشاهده مي‌شود، يک گره حسگري از 4 بخش عمده تشکيل شده است:

  1. واحد حسگر. 2. واحد پردازش. 3. واحد دريافت و ارسال.    4. واحد توان.

البته بسته به كاربرد، شبكه‌هاي حسگر مي‌توانند شامل اجزاي ديگري چون: سيستم پيداکردن مکان جغرافيايي، مولد توان و بخش مربوط به حرکت در گره‌هاي متحرک نيز باشند. در زير اندكي درباره بخش‌هاي اصلي هر حسگر توضيح مي‌دهيم.

  • واحد‌هاي حسگري معمولاً از دو بخش حسگرها و مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال تشکيل مي‌شوند. حسگرها بر اساس دريافت‌هايشان از پديده موردمطالعه، سيگنال‌هاي آنالوگ را توليد مي‌كنند. سپس اين سيگنال‌ها توسط مبدل آنالوگ به ديجيتال به سيگنال ديجيتال تبديل شده و به بخش پردازش سپرده مي‌شوند.
  • بخش پردازش که معمولاً با يک حافظه کوچک همراه است، همکاري گره با گره‌هاي ديگر را در جهت انجام وظايف محول شده به هر حسگر مديريت مي‌کند.
  • بخش فرستنده و گيرنده، گره را به شبکه متصل مي‌کند. بخش توان نيز يکي از مهم‌ترين بخش‌هاي يک گره حسگري است. توان موردنياز ممکن است با بخش‌هاي جمع‌آوري توان، مانند سلول‌هاي خورشيدي تأمين شود. به موازات توليد توان، تلاش براي كاهش مصرف توان در شبكه بسيار مهم است. صرفه‌جویی در مصرف توان در حالت كلي از دو طريق ممكن است. يك راه ساخت حسگرهايي با مصرف انرژي كمتر و راه ديگر به کار بردن روش‌هاي مديريت توان در طراحي نرم‌افزاري شبكه است. مثلاً ارسال TDMA ازنظر مصرف توان مناسب است؛ زيرا در فاصله هر شيار زماني كه اطلاعات هر حسگر ارسال نمي‌شود، حسگر در حالت انتظار كه مصرف انرژي بسيار كمي دارد، قرار مي‌گيرد.

روش‌هاي مناسب پيكربندي هندسي شبكه و يا انتخاب Parent مي‌تواند مصرف انرژي را كاهش دهد. همان‌طور كه گفتيم هر حسگر ممکن است بخش‌هاي ديگري را نيز که به کاربرد خاص شبکه مربوط است دارا باشد. به­عنوان نمونه، اکثر فن‌های مسيريابي و وظايف حسگري نيازمند دانش دقيقي از مکان‌يابي جغرافيايي است. درنتیجه متداول است که گره‌هاي حسگري داراي سيستم موقعيت‌يابي نيز باشند. علاوه بر اين در برخي موارد گره حسگري لازم است که متحرک باشد، لذا در مواقع لزوم بخشي نيز براي حرکت در نظر گرفته مي‌شود.

تمام اين زير‌‌بخش‌ها بايد در يک قالب کوچک قرار بگيرند. اندازه موردنیاز ممکن است حتي کوچک‌تر از يک سانتي‌متر مکعب باشد. علاوه بر اندازه، محدوديت‌هاي فراوان ديگري نيز براي گره‌هاي حسگري وجود دارد؛ اين گره‌ها بايد توان بسيار کمي مصرف کنند، در يک محيط با چگالي بالا (ازنظر تعداد گره‌ها) کار کنند، قيمت تمام‌شده آن‌ها ارزان باشد، قابل رها کردن در محيط و همچنين خودکار باشند. بدون وقفه کار کنند و قابليت سازگاري با محيط داشته باشند.

به نظر مي‌رسد که شبکه‌هاي WSN کلاس جديدي از شبکه‌هاي مخابراتي را به ما معرفي کرده‌اند. اين شبکه‌ها به ما اين قدرت را مي‌دهند که بفهميم در يک محيط فيزيکي که حتي حضور انساني ممکن نيست؛ چه مي‌گذرد. اين توانمندي مهم و منحصربه‌فرد با ترکيب قابليت‌هاي حسگرهاي الکترونيکي و فناوري‌هاي پيشرفته شبکه‌هاي مخابراتي حاصل‌شده است. البته پيشرفت‌هاي بيشتر در اين حوزه منوط به انجام تحقيقات بيشتر مخصوصاً در حوزه استانداردسازي و مباحث اقتصادي است. هرچند امروزه توليد انبوه و ارزان‌قيمت تراشه‌هاي الکترونيکي ممکن شده است؛ اما در حال حاضر براي توليد و ايجاد شبکه‌اي کم‌هزینه براي کاربرد‌هاي صنعتي کشاورزی و نيز توسعه بازار تجاري آن به تلاش‌هاي بيشتري نياز است.

 

3.4.1.1 دروازه شبکه (Gateway)

وظیفه این جز از شبکه برقراری ارتباط شبکه بی­سیم با یک سرور می­باشد. این قسمت تنها بخش در شبکه حسگر است که دارای یک IP آدرس می‌باشد.

4.4.1.1 سرویس­دهنده

اطلاعاتی که توسط حسگر­ها حس می­شود از طریق چاهک و درنهایت دروازه به سرور مربوطه می­رسد. این اطلاعات به­صورت صفحات وب و یا پایگاه­داده نگه­داری می­شوند. ارتباط بین سرور و دروازه شبکه هم می‌تواند از طریق بی‌سیم و هم از طریق سیم باشد.

5.4.1.1 کاربران نهایی (End Users)

کاربران نهایی با استفاده از دستگاه‌های PDA یا کامپیوترهای رومیزی و نیز تلفن همراه خود می­توانند از اطلاعات ذخیره‌شده در روی سرور آگاهی پیدا نمایند.

آنچه در بالا گفته شد، مرور کلی بر شبکه­های حسگر بی­سیم، انواع آن، کاربردهای آن و ویژگی­های آن بود. یکی از مهم­ترین مسائل در شبکه­های حسگر بی­سیم ارتباط میان حس­گرها با استفاده از امواج رادیویی است. چگونگی انتقال اطلاعات از کانال­های رادیویی و چالش­های مطرح در این حوزه، یکی از زمینه­های تحقیقاتی جدید و نو در دنیای فناوری، پژوهش و تحقیقات است. از همین رو در این تحقیق، تمرکز بر حل یکی از چالش­های این حوزه می­باشد.

2.1 بیان مسئله

شبكه مش بی‌سیم، عامل اصلی در شبکه‌های بی‌سیم چندعاملی با ترکیب ديگر شبكه­های بي­سیم از قبیل شبكه­های سلولي، شبكه­های اقتضايي و تك­كاره و شبكه­های حسگر می­باشد. این نوع شبكه نه‌تنها م­ تواند محدوده تحت پوشش شبکه­ای را افزايش دهد، بلكه توان خروجي سیستم را نیز افزايش مي­دهد. اگرچه طرز کار شبكه­های مش بسیار مشابه شبكه­های اقتضايي است، اما گره­ها در شبكه­های مش عموماً ثابت هستند و بدون تغییر است. شاخص­های پخش راديويي ارتباطات بي­سیم منجر به تداخل كانال مشترک روی اتصالات مجاور در شبكه بي­سیم چندگانه مي­شود. برای مثال، در مسئله پایانه مخفي كه دو اتصال درصورتی‌که به‌اندازه كافي نزديك به هم باشند، نمی‌توانند بسته‌ها را به‌طور همزمان انتقال دهند. تداخل كانال مشترک يك فاكتور اصلي است كه توان خروجي شبكه را در مقايسه با توان خروجي در شبکه‌های سیمي كاهش داده است. يك روش پیشنهادی اين است كه علاوه بر کانال‌های متعدد از راديوهای چندگانه نیز در شبکه‌های مش جهت كاهش تداخل كانال مشترک استفاده كنیم و ازاین‌رو توان خروجي شبكه بهبود می‌یابد. هر مسیريابی در شبکه مش به چند كارت واسط شبكه بی‌سیم تجهیز می‌شود و هر راديو می‌تواند به يك كانال متعامد اختصاص داده شود. دو راديو درصورتی‌که كانال يكساني به آن‌ها تخصیص داده شده باشد می‌توانند با يكديگر در ارتباط باشند و بین يكديگر اطلاعات انتقال دهند [6].

هدف از تخصیص كانال، اطمینان در استفاده مؤثر از کانال‌های متعامد در دسترس است. تضمین اتصال عموماً به‌عنوان يك موضوع كلیدی در نظر گرفته می‌شود درحالی‌که ايجاد مسیريابي و ارسال پايا و قوی و تداخل كمتر كانال مشترک به معني توان خروجي بالاتر شبكه است. با فرض اينكه تمامي گره‌ها در شبكه مش تعداد يكساني راديو به آن‌ها تخصیص داده‌شده باشد اتصال شبكه به حداكثر خود می‌رسد. بااین‌حال، چنین طرح تخصیص كانالي منجر به بیشترين تداخل‌های كانال مشترک می‌شود. بنابراين ارائه روش‌های تخصیص كانال مناسب برای شبکه‌های بی‌سیم مش يك مسئله كلیدی در اين شبکه‌هاست.

تخصیص كانال در يك محیط مش بی‌سیم چند راديويي شامل کانال‌های تخصیص داده‌شده به‌واسطه های راديويي به‌منظور رسیدن به استفاده بهینه از كانال و به حداقل رساندن تداخل‌ها مي باشد. مشكل تخصیص كانال در توپولوژی مش تحت یک مسئله NP-complement بر اساس نگاشت به يك گراف رنگي اثبات‌شده است. بنابراين روش‌های تخصیص كانال به‌عنوان فن‌هایی برای تخصیص كانال به گره‌ها در اين شبکه‌ها به كار می‌رود. مسئله تخصیص كانال در شبکه‌های محلی بی‌سیم  در بسیاری از تحقیقات مطالعه شده است.

يك گره مش بی‌سیم نیاز دارد يك كانال مشترک را با هر يك از همسايگان كه در رنج ارتباطي خودش هستند به اشتراک بگذارد به‌هرحال برای كاهش تداخل يك گره بايد تعداد همسايگاني كه با آن‌ها كانال مشتركي را به اشتراک گذاشته را به حداقل برساند.

اصولاً سرور تخصیص كانال برآوردهای تداخل را از مسیریاب‌های مش به دست می‌آورد. سپس يك كانال را برای راديوهای پیش‌فرض انتخاب می‌کند. كانال پیش‌فرض به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود كه استفاده از آن در شبكه مش، تداخل بین شبكه مش و شبكه بی‌سیم در دسترس مشترک را به حداقل برساند سپس سرور تخصیص كانال برای راديوهای غیر پیش‌فرض گراف تداخل چند رادیویی را ايجاد می‌کند.

برای مدل كردن تداخل بین روترهای چند راديويي از مش استفاده می‌شود. درواقع گراف تداخل چند رادیویی در رابطه با برآورد تداخل برای تعیین كانال به راديو استفاده می‌شود. گراف تداخل چند رادیویی با استفاده از اطلاعات مجاور ارسالي به‌وسیله هريك از مسیریاب‌های مش به سرور تخصیص كانال ايجاد می‌شود. بعد از ايجاد گراف تداخل چند رادیویی، سرور تخصیص كانال از الگوريتم مورچگان برای انتخاب كانال برای راديوهای غیرپیش فرض استفاده می‌کند. با انتخاب کانال‌ها برای راديوهای مش، سرور تخصیص كانال به مسیریاب‌ها فرمان می‌دهد تا راديوهای خود را به کانال‌های جديد انتخابي پیكربندی كنند.

برای به‌کارگیری تغییر خصوصیات تداخل، سرور تخصیص كانال به‌طور متناوب کانال‌ها را مجدداً تخصیص يابي می‌کند. درنهایت، دوره‌ی تناوب بستگي به آن دارد كه سطوح تداخلي در شبكه مش، چگونه و هرچند وقت یک‌بار تغییر می‌کنند. اگر مشخص شود كه تعداد زيادی از دستگاه‌های تداخل كننده در مجاورت شبكه مش دارای عمر كوتاه هستند، نرخ درخواست می‌تواند افزايش يابد. از سوی ديگر، اگر اكثر دستگاه‌های تداخل به‌احتمال‌زیاد دارای عمر طولاني باشند، نرخ درخواست را می‌توان كاهش داد.

در این پژوهش یک الگوریتم مسیریابی جدید در شبکه مش بی‌سیم برای کاهش اثرات تداخل در شرایط چند کاناله، با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی مورچگان ارائه می‌شود.

3.1 اهمیت، نوآوری و ضرورت انجام تحقیق

شبکه­های مش برای رفع مشکل عدم توانایی در پوشش مکانی گسترده ارائه شده­اند. لذا این شبکه­ها قادر هستند که مکان گسترده را پوشش داده درعین‌حال یک ارتباط اینترنتی کم‌هزینه و چند گامی به وجود آورند.  به همین منظور شد که مش­ها کاربرد پیدا کرده‌اند. اما به دلیل استفاده چند مسیریاب از یک کانال تصادم بسته­ها و پهنای باند کاهش پیدا می­کند. تخفیف کانال یعنی اختصاص دادن یک طیف خاص و یک فرکانس خاص به یک مسیریاب مشخص برای ارسال و دریافت داده است که به یک مسئله کلیدی در شبکه‌های مش شد. روش تخصیص کانال بتوانند میان سادگی، کیفیت و ظرفیت که همه این عوامل از جوانب ناسازگاری است، یک توازن برقرار کنند. روش تخصیص کانال نیز دارای محدودیت­هایی می­باشد. پیشرفت­های انجام‌شده اخیر درزمینهٔ ی مخابرات بی‌سیم امکان ساخت گره‌های کوچک، کم‌مصرف کم‌هزینه را که توانایی برقراری ارتباط به‌صورت بی‌سیم را دارند  فراهم می‌سازد.  این شبکه‌ها کاملاً بی‌سیم و خود­سازمانده هستند و به‌صورت چندگانه و موردی ترافیک روی اینترنت از اینترنت به داخل هدایت می‌کنند. شبکه‌های مش بی‌سیم از گره­هایی تشکیل شده­اند که این گره‌ها ثابت هستند تحرک ندارند یکی از مهم‌ترین و چالش برانگیزترین  مسئله‌های شبکه مش بی­سیم، مسئله گذردهی شبکه درنتیجه تصادم‌های  ناشی از ارسال‌های همزمان و محدودیت‌های فرکانسی است.  هدف از تخصیص کانال این است که تصادف در کل شبکه حداقل شود و درنتیجه ظرفیت کل شبکه افزایش یابد.  مسئله تخصیص کانال یک مسئله پیچیدگی np-complement است.

از چالش‌های اصلی در مسئله تخصیص کانال می‌توان به تعداد کانال‌ها اشاره کرد.  تعداد کل کانال‌های موجود در یک شبکه ثابت هستند یعنی نمی‌توان در مواقعی که حجم ترافیک بالا بوده و یا احتیاج به وجود کانال‌های کمکی در شبکه وجود دارند به این شبکه‌ها کانال‌هایی را اضافه کرد  این می‌تواند برای زمان‌هایی که ترافیک زیاد بوده یا پس از گذشت مدت‌زمانی مشکل‌ساز شود.  از دیگر چالش‌های این زمینه تعداد کانال‌های مختص به هر مسیریاب است.

یعنی تعداد کانال‌های مختلف هر مسیریاب رابطه مستقیمی با کارت‌های رادیوی موجود در آن مسیریاب به این صورت که برای هر مسیریاب به تعداد کانال‌هایی که برای آن در نظر داریم رادیو اختصاص دهیم این درحالی‌که بار ترافیکی شبکه نیاز کارت رادیویی برای انتقال بار ترافیکی از قبل مشخص نیست و قابل پیش‌بینی هم نمی‌باشد به همین خاطر است که باید دقت کرد.

در این پژوهش یک الگوریتم مسیریابی جدید کارآمد برای شبکه مش بی­سیم مبتنی بر مسیریابی مورچگان ارائه شده است، که در آن از کلونی مورچه از طریق شبکه گیرنده بی­سیم سفری را آغاز می­کند و به دنبال مسیری بین گره­های شبکه و یک گره مقصد در بین چندین کانال می­گردد، که هدف اصلی آن کاهش تداخل در شبکه می­باشد.

4.1 اهداف پژوهش

هدف در این پایان‌نامه کاهش تصادم  توسط الگوریتم‌های تکاملی بتوان به یک حالت پایدار برای تخصیص و استفاده از کانال رسید. لذا در این پژوهش ایده اصلی برای کاهش تصادم این است که کانال‌ها را به‌گونه‌ای برای ارسال بسته‌ها به گره‌ها اختصاص دهیم که گره‌ها کمترین تعداد کانال مشترک بیشترین ارتباط را با هم داشته باشند یعنی بتوانیم از کانال‌ها بیشترین استفاده را برای ارسال حجم بالای داده داشته باشیم. از طرفی با استفاده از مکانیزم الگوریتم تکاملی مورچه‌ها می‌توان مسیریابی دقیقی  برای شبکه مش  بی‌سیم داشته باشیم تا بتوانیم میزان تصادف از طرف گره‌ها دربسته‌های ارسالی را کم کرده و ترافیک شبکه را به حداقل خود برسانیم. به‌علاوه اینکه برای جلوگیری از بروز تغییرات در هر مرحله به کمک الگوریتم تکاملی می‌شود پدیده انتشار اطلاعات جلوگیری شود که در این برتری این الگوریتم است.

5.1 روش اجرا

هدف این پژوهش ارائه یک الگوریتم مسیریابی جدید کارآمد برای شبکه مش بی­سیم مبتنی بر مسیریابی مورچگان است، که در آن از کلونی مورچه از طریق شبکه گیرنده بی­سیم سفری را آغاز می­کند و به دنبال مسیری بین گره­های شبکه و یک گره مقصد در بین چندین کانال می­گردد، که هدف اصلی آن کاهش تداخل در شبکه می­باشد.

برای شناسایی کانال مناسب برای مسیریابی میان فرستنده و گیرنده ابتدا مورچه­های منطقی در نظر گرفته‌شده در الگوریتم مورچگان مقداردهی اولیه می­شوند. سپس با توجه به اینکه هدف شناسایی کانال با کمترین تداخل است، مورچه­ها به سمت جواب یا همان کانال بهینه حرکت می‌کنند تا با توجه به مقدار تابع هزینه بهترین کامل شناسایی شود.

6.1 نتیجه­ گیری

در این فصل به معرفی حوزه تحقیق، ارائه مقدمه ­ای از شبکه­ های حسگر بی­سیم، مسئله تحقیق، ضرورت حل آن، اهداف تحقیق و جنبه نوآوری آن پرداخته شد. در فصل بعد مرور ادبیات تحقیق و مقالات مربوطه ارائه می­شود. در فصل سوم روش اصلی تحقیق و ایده و نوآوری تحقیق پیش­رو ارائه خواهد شد. در فصل چهارم نیز نتایج و آزمایش ­های ایده ارائه­ شده بیان خواهد شد و در فصل انتهایی نیز به نتیجه­ گیری، جمع­ بندی و پیشنهادات کارهای آتی پرداخته می ­شود.

برای دریافت مشاوره رایگان و انجام پایان نامه در حوزه شبکه حسگر بیسیم، همین الان با ما تماس بگیرید.

 

خدمات ادیب مشاور در زمینه رشته مهندسی کامپیوتر

ارائه موضوع پایان نامه مهندسی کامپیوتر

تدوین مقاله در رشته مهندسی کامپیوتر

مشاوره در تدوین پروپوزال مهندسی کامپیوتر

مشاوره و آموزش در پایان نامه مهندسی کامپیوتر

انجام شبیه سازی در رشته مهندسی کامپیوتر

استخراج مقاله در  رشته مهندسی کامپیوتر

استفاده از نرم افزارهای تخصصی همچون نرم افزار R، نرم افزار STATA، نرم افزار MATLAB، نرم افزار Vensim، نرم افزار LINGO، نرم افزار NS2

 

مشاوره تخصصی انجام پایان نامه ارشد

یکی از مهمترین وظایف دانشجویان در مقاطع تحصیلات تکمیلی (کارشناسی ارشد و دکتری) انجام پایان نامه می باشد. فقر اساتید خبره در زمینه های مختلف علمی تحقیقاتی در برخی دانشگاه های داخلی و خارجی موجب سردرگمی دانشجویان عزیز گردیده است، موسسه ادیب مشاور مفتخر است که در پاسخ به این نیاز طی ده سال فعالیت به تعداد بیشماری از دانشجویان ارشد و دکتری خدمات مشاوره تخصصی ارايه داده است.

به طور کلی انجام پایان نامه کاری زمان بر است که دانش و تجربه زیادی نیازمند است. موسسه ادیب مشاور با چندین سال تجربه در عرصه مشاوره و با در اختیار داشتن متخصصین و اساتیدی با تجربه آماده مشاوره و آموزش پایان نامه در کلیه رشته های دانشگاهی می باشد.

علاوه بر این موسسه ادیب مشاور، در زمینه شبیه سازی مقالات، پایان نامه ها و انجام پروژه ها با برنامه نویسی نیز به دانشجویان کشور عزیزمان خدمات لازم را ارائه می کند. این خدمات شامل تحلیل آماری، پیاده سازی با انواع نرم افزارهای مهندسی، برنامه نویسی با انواع زبان های برنامه نویسی و تهیه پرسش نامه می شود.

به طور کلی سر فصل های خدمات موسسه ادیب مشاور عبارتند از:

مشاوره پروپوزال در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

مشاوره پایان نامه در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

استخراج مقاله از پایان نامه در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

شبیه سازی انواع مقالات مهندسی

تحلیل آماری پایان نامه های آماری

تهیه پرسش نامه در رشته های مختلف دانشگاهی

تهیه پرسش نامه آنلاین در بستر اینترنت

مشاوره رایگان در انتخاب موضوع پایان نامه های مهندسی و سایر رشته ها

انجام پروژه های برنامه نویسی با انواع زبان های برنامه نویسی از قبیل پایتون، متلب و آموزش کامل پروژه انجام شده در قالب فیلم آموزشی

انجام پروژه های شبیه سازی شبکه یا پایان نامه های مرتبط با شبکه با نرم افزارهای NS2 و NS3

انجام پایان نامه ادیب مشاور، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

مشاوره تخصصی انجام پایان نامه و شبیه سازی آن

موسسه ادیب مشاور با داشتن اساتیدی مجرب در حوزه کلیه تحلیل های آماری پرسشنامه ای، و انواع آزمون‌های آماري در تکمیل فصل چهار پایان نامه، به دانشجویان در کوتاه ترین زمان ممکن خدمات مشاوره و آموزش حرفه ای ارائه می دهد. هدف موسسه ادیب این است که دانشجویان کشور عزیزمان را در نگارش با کیفیت پایان نامه های کارشناسی ارشد یاری دهد.

خدمات ما شامل مشاوره و آموزش تحلیل آماری پایان نامه با نرم افزارهای زیر می باشد:

نرم افزار SPSS

با استفاده از این نرم افزار می توانیم آمار توصیفی و آمار استنباطی در پایان نامه ها را محاسبه کنیم. برای سنجش جمعیت شناختی، از آمار توصیفی در SPSS استفاده می شود. همچنین برای سنجش روابط بین متغیرها از آزمون همبستگی پیرسون یا اسپیرمن (بر اساس نوع توزیع آماری داده ها) استفاده می گردد، و در نهایت برای سنجش تاثیرات از آزمون رگرسیون خطی یا چندگانه استفاده می شود.

نرم افزار Vensim

از این نرم افزار برای سنجش طول زمان استفاده می گردد. به طور مثال وقتی می خواهیم برای مدت ۱۰ ساله تخمین بزنیم که روند فروش در ۱۰ سال آینده چقدر خواهد بود؟ با استفاده از این نرم افزار می توانیم به رشد یا نزول فروش در پایان نامه های مربوط به این حوزه پی ببریم.

نرم افزار LINGO

روش تحلیل پوششی داده ها DEA توسط این نرم افزار قابل مدلسازی و انجام است. در این روش ما با چند واحد تصمیم گیرنده (DMU) مواجه هستیم که هر یک با مصرف برخی ورودی ها، خروجی هایی را تولید می کند. در نهایت هدف اصلی این روش محاسبه کارایی واحدهای تصمیم گیرنده و ارائه راهکار برای افزایش کارایی واحدهای ناکاراست.

نرم افزار Lisrel

این نرم افزار، از نرم افزارهای مدل معادلات ساختاری است و برای داده های نرمال استفاده می شود. مدل‌های مرسوم در مدل سازی معادلات ساختاری (SEM) درواقع متشکل از دو بخش هستند. مدل اندازه‌گیری که چگونگی توضیح و تبیین متغیرهای پنهان توسط متغیرهای آشکار (سوالات) مربوطه را بررسی می‌نماید و مدل ساختاری که نشان می‌دهد چگونه متغیرهای پنهان در پیوند با یکدیگر قرار گرفته‌اند.

استفاده از مدل سازی معادلات ساختاری مزایای زیادی دارد که مهمترین آنها عبارتند از: الف) روابط چندگانه  را می تواند برآورد کند ب) قابلیت سنجش متغیرهای مشاهده نشده  ج) خطای اندازه‌گیری را می تواند محاسبه کند د) قابلیت بررسی تأثیر هم خطی ه) آزمون روابط جعلی و غیرواقعی.

نرم افزار Smart PLS

این نرم افزار، از نرم افزارهای مدل معادلات ساختاری است. و برای داده های غیرنرمال استفاده می گردد.  تحلیل عاملی مرتبه دوم به بالا فقط از طریق این نرم افزار میسر است. لذا امکان انجام تحلیل عاملی مرتبه دوم به بالا از طریق نرم افزار هایی مثل Amos و Lisrel مقدور نیست و فقط از طریق نرم افزار Smart PLS امکان پذیر می باشد.

نرم افزار Amos

این نرم افزار، از نرم افزارهای مدل معادلات ساختاری است برای داده های نرمال استفاده می شود. مدلسازی معادلات ساختاری توسط نرم افزار اموس در محیطی با قابلیت گرافیکی بالاتر و برای نمونه هایی با حجم بزرگ صورت می پذیرد. مدل‌های مرسوم در مدلسازی معادلات ساختاری (SEM) در واقع متشکل از دو بخش هستند:

مدل اندازه‌گیری که چگونگی توضیح و تبیین متغیرهای پنهان توسط متغیرهای آشکار (سوالات) مربوطه را بررسی می‌نماید.

مدل ساختاری که نشان می‌دهد چگونه متغیرهای پنها