راهنمای نگارش مقاله در رابطه با ارتباط بین ربات های شبکه ای در موقعیت ...

محدوده حس کردن^[۱۲]گره حسگر: شامل فضایی است که یک گره حسگر می تواند رخدادهایی که در آن فضا رخ میدهد را به خوبی حس نماید.

محدوده ارتباط^[۱۳] گره حسگر: شامل فضایی سه بعدی است که یک گره حسگر می تواند به صورت مطمئن ارسال و دریافت داده را انجام دهد.

همسایگان گره حسگر: گرههای حسگری هستند که در محدوده ارتباط گره حسگر باشند.

درجه^[۱۴] گره حسگر: تعداد همسایههای یک گره حسگر است.

نقاط مورد توجه^[۱۵] در محیط (POI): نقاطی در محیط هستند که ممکن است رویدادهایی در آن نقاط رخ دهد که حائز اهمیت باشند. نیاز است این نقاط توسط حسگرها پوشش داده شوند تا رویدادها مشاهده و گزارش شوند.

۱-۲-۲- فرضیات تحقیق

محدوده ارتباطی و حسکردن هر حسگر به صورت کرهای در نظر گرفته شده است. شعاع این کرهها را به ترتیب، شعاع ارتباطی و شعاع حس کردن مینامیم.

حسگرها همگن^[۱۶] هستند، یعنی همگی دارای محدوده ارتباطی و حس کردن یکسان هستند.

شعاع ارتباطی و حسکردن یک گره حسگر، با هم برابر است.

- در مسائلی مشابه آنچه در این پایان نامه ذکر خواهد شد، فرض می شود گرهها قادر به تخمین موقعیت خود میباشند [۵]. سیگنالهای سیستم موقعیتیاب جهانی^[۱۷] به خوبی در محیط زیر آب منتشر نمیشوند [۷] و در استفاده از آن محدودیت وجود دارد. گرههای حسگر در محیط زیر آب از تکنیکهای مکان یابی^[۱۸] برای تخمین موقعیت خود استفاده مینمایند [۸]. اما این تخمین ممکن است دارای خطا باشد.

۱-۲-۳- ضرورت تحقیق
کاربردهای مختلف از UWSNها، نیازمندهای مخصوص به خود مانند نوع خدمات، کیفیت خدمات^[۱۹]، طول عمر^[۲۰]، مقیاسپذیری^[۲۱] و غیره را دارد. مکانیسمهای نوآورانه در شبکه های ارتباطی باید پاسخگو به این نیازمندیها باشند. نحوه اتصالات و پوشش در ناحیه، دو عنصر از عناصر کلیدی در شبکه های حسگر بیسیم هستند. در شبکه های حسگر هرچه درجه یک گره بیشتر باشد، پروتکل دسترسی به رسانه^[۲۲] بار بیشتری را متحمل می شود [۹]. درجه گره باید محدود باشد. یک گره با درجه بالا احتمال زیادی وجود دارد که مانند یک تنگراه^[۲۳] در گراف ارتباطات عمل نماید [۱۰]. با مدیریت اتصالات میتوان میزان تداخلات ترافیکی را کاهش داد [۹]. در کاربردهای حفاظتی- نظارتی از یک محیط، کیفیت خدمات وابسته به نحوه قرارگیری و میزان پوشش POIها توسط گرهها است. با کاهش درجه گرهها، میتوان میزان پوشش در محیط را افزایش داد [۱۱]. کنترل توپولوژی یکی از تکنیکهای مهم در UWSN برای مدیریت نحوه اتصالات و چینش گرهها در محیط است، که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است.
در بسیاری از زمینه های تحقیقاتی شبکه های زیر آب نیاز است که گرههای حسگر به نحوی در محیط چینش یابند که POIها در فضای سه بعدی شبکه حداقل در محدوده حس کردن یک حسگر باشد. بنابراین نحوه چینش و قرارگیری حسگرها در محیط برای دستیابی به اهداف بعدی خود یکی از مسائل حیاتی در این شبکه ها میباشد. این اهداف می تواند شامل مواردی مانند شناسایی و ردیابی هدف [۱۲] و حفاظت از یک کشتی و یا حفاظت از یک درگاه ورودی در زیر دریا باشد [۴]. بسیاری از الگوریتمهای کنترل توپولوژی برای شبکه های حسگر زمینی در محیط دو بعدی ارائه شده اند در حالی که این الگوریتمها برای محیط سه بعدی زیرآب مناسب نیستند. رویکردهای مختلف کنترل توپولوژی را میتوان بر اساس خصوصیات مختلف طبقه بندی کرد. یکی از این مشخصهها نحوه ایجاد توپولوژی شبکه است. ایجاد توپولوژی شبکه می تواند به صورت توزیعشده و یا متمرکز باشد. در رویکرد متمرکز کنترل توپولوژی برای تیمی از گرههای متحرک، محدودیتهایی وجود دارد. در ادامه این محدودیت ها بیان شده است.

در ماموریتهای زیرآبی معمول، مکان گرهها به صورت مداوم تغییر می کند. هر بار که تغییری در مکان هریک رخ دهد این اطلاعات باید به سمت کنترل کننده مرکزی فرستاده شود. توپولوژی جدید شبکه در کنترل کننده مرکزی محاسبه و به سمت گرهها ارسال شود. این محدودیت کاربرد روش متمرکز را در واقعیت غیر ممکن میسازد.

پردازش اطلاعات مکانی برای کل شبکه با افزایش تعداد گرهها سبب رشد بار کارگزار خواهد شد.

گرههایی که نزدیک به کنترل کننده مرکزی هستند، معمولا باید اطلاعاتی را به سمت گرههای پیرامون خود ارسال نمایند که باعث مصرف نامتعادل انرژی خواهد بود.

در محیط زیرآب تاخیر انتشار و نرخ خطا بالا است. این سبب می شود که کنترل متمرکز در محیطهای بسیار پویا تصمیم ضعیفی برای هر گره اتخاذ شود [۱۳].

در حالت متمرکز اگر سرعت حرکت گرهها به اندازه کافی آرام باشد، ممکن است دقت بالاتری نسبت به حالت توزیع شده به دست آید.
در سوی دیگر، استفاده از سیستم توزیعشده کاستیهای فوق را کاهش میدهد ولی طراحی یک الگوریتم توزیع شده چالش برانگیزتر است.
مشخصه دیگر ساختاری ایجاد شده در شبکه میباشد. این ساختار می تواند به صورت مسطح^[۲۴]، سلسله مراتبی ^[۲۵]و یا خوشه دار ^[۲۶]باشد. مشخصهی دیگر محدوده ارتباط گرهها است. گرهها در شبکه میتوانند دارای قدرت انتقال ^[۲۷]یکسان یا متفاوت باشند. در کنترل توپولوژی همگن^[۲۸]، فرض می شود که همه گرهها دارای قدرت یکسان هستند. در کنترل توپولوژی ناهمگن^[۲۹] به گرهها اجازه داده می شود که قدرت انتقال متفاوت داشته باشند.
۱-۳- هدف و نحوه رویکرد پژوهش
در این پایان نامه یک الگوریتم توزیع شده برای کنترل توپولوژی سه بعدی بر مبنای الگوریتم ژنتیک [۱۴] برایAUVها که به صورت شبکه ای از حسگرهای همگن زیر آب عمل می کنند، ارائه شده است. هر AUV اطلاعات محدودی از همسایگان خود جمعآوری می کند. با بهره گرفتن از اطلاعات به دست آمده، الگوریتم ژنتیک به صورت مستقل در هر گره سرعت و جهت حرکتش را برای پوشش POIها در محیط، تعیین مینماید. POIها در این تحقیق سه حالت متفاوت هستند. در حالت اول هدف پوشش سراسری تمامی نقاط محیط است. POIها تمامی نقاط محیط تعریف میشوند. در حالت دوم هدف پوشش حفاظتی از یک شئ در کف یا سطح دریا است. POIها نقاط موجود بر سطح یک نیمکره به مرکزیت شئ و شعاع به میزان حد فاصلی که باید از شئ داشته باشند، تعریف میگردند. در آخرین حالت هدف پوشش حفاظتی از یک درگاه است. POIها به صورت یک صفحه، تعریف میشوند. همانطور که در قسمت قبل ذکر شد با کاهش درجه همسایگی، میزان تداخلات ترافیکی کاهش خواهد یافت. بنابراین یکی دیگراز اهداف این پایان نامه کاهش درجه یک گره است. بنابراین اهداف این تحقیق را میتوان به صورت زیر بیان نمود:

حداکثر سازی پوشش POIها توسط گرهها

کاهش درجه همسایگی در گرهها

با در نظر داشتن این اهداف، موثر بودن روش ارائه شده با معیارهای مختلفی مانند میزان پوششPOIها، زمان استقرار^[۳۰]، میانگین مسافت طی شده ^[۳۱]و میانگین درجه همسایگی ^[۳۲]مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. همچنین میزان پویایی الگوریتم در برابر از کار افتادن چند AUV و تاثیر ابهام در تشخیص محل دقیق AUVها بر عملکرد روش ارائه شده، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
۱-۴- ساختار پایان نامه
در فصل دوم ابتدا به معرفی ادبیات موضوع خواهیم پرداخت. ادبیات موضوع شامل آشنایی با شبکه های حسگر بیسیم زیر آب و چالشهای مرتبط با آن است. سپس به بررسی پژوهشهای مرتبط با مبحث کنترل توپولوژی در شبکه های حسگر بیسیم زیر آب و الگوریتم ژنتیک خواهیم پرداخت.
فصل سوم شامل روش پیشنهادی تحقیق برای کنترل توپولوژی در سه حالت پوشش سراسری، پوشش حفاظتی از یک شئ و پوشش حفاظتی از یک درگاه است.
در فصل چهارم ابتدا محیط شبیهسازی معرفی میگردد سپس معیارهای ارزیابی مختلف معرفی می شود. سپس با انجام آزمایشاتی به ارزیابی روش پیشنهاد شده خواهیم پرداخت.
در فصل پنجم با عنوان نتیجه گیری و پیشنهادات نتایج حاصل از تحقیق به همراه پیشنهاداتی برای کارهای آینده در این زمینه معرفی شده است.
فصل دوم: ادبیات موضوع و بررسی پژوهش های مرتبط
۲-۱- مقدمه
همانطور که در فصل قبل بیان شد، UWSNها، شبکه ای از حسگرها هستند. این حسگرها در محیط زیرآب به منظور جمعآوری داده های محیطی قرار میگیرند و از امواج صوتی برای برقراری ارتباط استفاده می کنند. در ادامه به معرفی و بررسی محدودیتهای امواج صوتی خواهیم پرداخت. پس از آن اجزا و معماریهای ارتباطی متداول در شبکه حسگر بیسیم زیر آب مورد بررسی قرار گرفته است و در انتها به بررسی پژوهشهای مرتبط با کنترل توپولوژی در این شبکه ها خواهیم پرداخت.
۲-۲- امواج صوتی و محدویت های آن
صوت در آب به صورت دنبالههای متحرک جبهههای فشار که “امواج” نامیده میشوند، حرکت می کند. این جبهههای فشار در آب با سرعت مشخصی حرکت می کنند. این سرعت محلی “سرعت محلی صوت” نامیده می شود. فاصلهی فیزیکی جبهههای فشار در یک صوت متحرک “طول موج نامیده” می شود. تعداد جبهههای فشار گذرنده از یک نقطه در محیط و در زمان واحد یک ثانیه “فرکانس موج” نامیده می شود. هر موج صوتی مقدار مشخصی از “انرژی صوتی” را با خود حمل می کند. این مقدار توسط دستگاهی به نام هیدروفن^[۳۳] اندازه گیری می شود. این دستگاه هنگامی که جبهههای فشار یک موج صوتی حرکت می کنند، نوسان در فشار را اندازه گیری می کند. اندازه این نوسان “دامنه موج” نامیده می شود. هرچه انرژی صوت بیشتر باشد دامنه موج بیشتر است. فاصلهی بین جبهههای یک موج “طول موج” نامیده می شود. [۵]
امواج صوتی در زیرآب قابلیت شنیده شدن را دارند. صدای موجها، قایقها، کشتیها با وضوح مشخصی حتی در فواصل دور قابل شنیده شدن است. صوت در آب بسیار موثرتر از هوا حرکت می کند. امواج صوتی برای ارتباطات زیرآب گزینهی بهتری نسبت به امواج الکترومغناطیسی و نوری هستند. جدول ۲-۱مقایسهای بین سه تکنولوژی موجود را نشان میدهد. [۱۵]
جدول ۲-۱- مقایسه ی سه تکنولوژی برای ارتباطات زیر آب

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب