مدل سازي گره و محاسبه مصرف توان پردازشي شبكه هاي حسگر بي‌سيم به كمك شبكه عصبي :پایان نامه ارشد مهندسی برق

مدل سازي گره و محاسبه مصرف توان پردازشي شبكه هاي حسگر بي‌سيم به كمك شبكه عصبي :پایان نامه ارشد مهندسی برق

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته  مهندسی برق و با عنوان مدل سازي گره و محاسبه مصرف توان پردازشي شبكه هاي حسگر بي‌سيم به كمك شبكه عصبي در ۱۱۲ صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

 

چکیده مدل سازي گره و محاسبه مصرف توان پردازشي شبكه هاي حسگر بي‌سيم به كمك شبكه عصبي:

شبكه حسگر بي سيم، شبكه اي است كه از تعداد زيادي گره كوچك تشكيل شده است. گره از طريق حسگرها اطلاعات محيط را دريافت مي‌كند. انرژي مصرفي گره‌ها معمولاً از طريق باتري تامين مي‌شود كه در اكثر موارد امكان جايگزيني اين باتري‌ها وجود ندارد. بنابراين توان مصرفي گره‌ها موضوع مهمي در اين شبكه ها است. و استفاده از روش‌هاي دقيق و سريع محاسبه توان مصرفي در طراحي سيستم‌هاي كم توان بسيار ضروري مي‌باشد.  روش تخمين توان به ۴ سطح تقسيم مي‌شود: ۱)سطح سيستم، ۲)سطح RTL، ۳)سطح گيت، ۴)سطح جانمايي. دقت محاسبه توان در سطح گيت و جانمايي بين ۷۰ تا ۹۵% است. ولي مشكل محاسبه توان در اين سطوح زمان شبيه سازي طولاني مي‌باشد. محاسبه توان در سطح سيستم كمترين زمان شبيه سازي را دارا مي‌باشد اما دقت آن بين ۴۰ تا ۷۵% است. پايين بودن دقت در سطح سيستم و طولاني بودن زمان شبيه سازي در سطح گيت و جانمايي سبب مهم شدن تخمين توان در سطح RTL شده است. در اين پايان‌نامه شبيه سازي در سطح RTL انجام گرفته و توان مصرفي توسط تابع ماكرومدل پيش بيني مي‌گردد. اجزاي اصلي مصرف كننده توان در گره شبكه حسگر بي‌سيم در SystemC شبيه سازي شده، سپس مدار طراحي شده به بلوك هاي  قابل سنتز در Verilog تبديل مي شوند. اين بلوك ها و مجموعه هاي ورودي به نرم افزار Power Compiler داده شده و توان مصرفي محاسبه مي شود. در روش پيشنهادي،به ازاي مجموعه هاي مختلف ورودي ضرايبي محاسبه شده و توان پردازشي سيستم تخمين زده مي‌شود. با مقايسه توان تخميني و توان محاسبه شده، ديده مي‌شود اين روش از دقت خوبي برخوردار مي باشد، اما در مورد بعضي از مجموعه‌هاي ورودي دچار اشكال است. براي يافتن ورودي مناسب جهت انجام طراحي و اطمينان از صحت تخمين انجام شده از شبكه عصبي استفاده شده است.

كليات

 توان در شبكه هاي حسگر بي سيم

با پيشرفت‌هايي كه در زمينه الكترونيك و مخابرات بي‌سيم رخ داده است، توانايي طراحي و ساخت حسگرهايي با توان مصرفي پايين، اندازه كوچك، قيمت مناسب و كاربرد‌هاي گوناگون فراهم شده است. اين حسگرهاي كوچك قادرند انجام اعمالي چون دريافت اطلاعات از محيط، پردازش و ارسال آن را انجام دهند. مجموع اين عوامل موجب ايجاد و گسترش شبكه‌هاي موسوم به شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم [۱]WSN شده‌اند. يك شبكه حسگر متشكل از تعداد زيادي گره‌هاي[۲] حسگر[۳] است كه در يك محيط پراكنده مي شوند و به جمع‌آوري اطلاعات از محيط مي‌پردازند. مکان قرار گرفتن گره‌هاي حسگر، از ‌قبل ‌تعيين ‌شده نيست. و  اين امكان فراهم مي شود که آنها را در مکان‌هاي غيرقابل دسترس رها کنيم.هر گره حسگر داراي يک پردازشگر است و خود يك سري پردازش‌هاي اوليه روي اطلاعات دريافتي انجام مي‌دهد و سپس داده‌ها را ارسال مي‌کند.

با اينكه هر حسگر به تنهايي توانايي كمي دارد، اما تركيب صدها حسگر كوچك امكانات چشمگيري ارائه مي‌كند. ‌در واقع محبوبيت شبكه‌هاي بي‌سيم حسگر در استفاده از تعداد زيادي گره كوچك است كه مي توانند با هم سازماندهي كرده و در مواردي چون مسيريابي هم‌زمان، نظارت بر شرايط محيطي(مانند دماي محيط، وجود گازها در تونل‌ها)، نظارت بر زير ساخت‌ها يا تجهيزات يك سيستم به كار گرفته شوند.

در اين شبكه ها بر خلاف سيستم‌هاي سيمي، هزينه‌هاي پيكربندي و آرايش شبكه كاسته شده و به جاي نصب هزاران متر سيم، فقط بايد دستگاه‌هاي كوچكي را در نقاط مورد نظر قرار داد. شبكه به سادگي با اضافه كردن چند گره گسترش مي‌يابد و نيازي به طراحي و پيكربندي خاصي نيست. امروزه کاهش حجم و وزن حسگر‌ها و افزايش ميزان حساسيت آن‌ها، هدف اصلي بسياري از آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي و شرکت‌هاي مختلف مي‌باشد. اما كوچك شدن حجم گره‌هاي حسگر به معناي كوچك‌تر شدن باتري‌هاي مولد انرژي آنان بود.

حسگرهاي بي سيم اغلب براي دريافت و پردازش اطلاعات از راه دور مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بنابراين توان مصرفي گره‌ها موضوع مهمي در شبكه‌هاي حسگر بي سيم است. زيرا در شبکه های حسگر بي‌سيم، گره ها بايستی مدت‌های طولانی با يك منبع تغذيه‌ي معين و محدود کار کنند. انرژي مصرفي گره‌ها معمولاً از طريق باتري تامين مي‌شود كه در اكثر موارد امكان جايگزيني اين باتري‌ها وجود ندارد و با اتمام باتري عمر حسگر پايان مي‌يابد. موضوع مهم ديگر اين است كه باتري‌ها اغلب حدود %۵۰ حجم و وزن حسگرها را تشكيل مي‌دهند. صرفه جويي در مصرف توان در حالت كلي از دو طريق ممكن است. راه اول از طريق ساخت حسگرهايي با مصرف انرژي كمتر و راه دوم به كاربردن روش‌هاي مديريت توان در طراحي نرم‌افزاري شبكه است. مثلاً ارسال [۴]TDMA از نظر مصرف توان مناسب است، زيرا در فاصله هر شيار زماني كه اطلاعات هر حسگر ارسال نمي‌شود، حسگر در حالت خواب كه مصرف انرژي بسيار كمي دارد، قرار مي‌گيرد(Lewis, 2004). اين روش در شكل ۱-۱ نشان داده شده است.

 

 

فهرست مطالب

فصل اول: كليات

۱-۱٫ توان در شبكه هاي حسگر بي سيم  ۱

فصل دوم: شبكه حسگر بي سيم

۲-۱٫مقدمه  ۶

۲-۲٫ مقايسه شبكه حسگر بي سيم و شبكه Ad hoc  ۸

۲-۳٫ كاربردها  ۹

۲-۴٫ عوامل مؤثر در طراحي شبكه حسگر  ۹

۲-۵٫ توپولوژي هاي مختلف شبكه  ۱۱

۲-۶٫ لايه هاي شبكه  ۱۴

۲-۷٫ پروتكل  MAC 16

۲-۸٫ استاندارد شبكه حسگر هوشمند  ۱۷

۲-۸-۱٫ استاندارد IEEE 1451.x  ۱۷

۲-۸-۲٫ استاندارد IEEE 802.15.4  ۱۹

۲-۹٫ روش‌هاي كاهش مصرف انرژي در شبكه‌هاي حسگر  ۲۲

۲-۹-۱٫ روش هاي چرخة وظايف  ۲۲

۲-۹-۲٫روش‌هاي داده‌گرا  ۲۳

۲-۹-۳٫روش‌هاي مبتني بر قابليت تحرك  ۲۳

فصل سوم: گره در شبكه حسگر بي سيم

۳-۱٫ اجزا گره حسگر  ۲۵

۳-۲٫ انرژي مصرفي گره حسگر  ۲۹

۳-۲-۱٫ حالات كاري با توان مصرفي متفاوت  ۲۹

۳-۲-۲٫ انرژي مصرفي ميكروكنترلر  ۳۳

۳-۲-۳٫ مدل انرژي پردازنده  ۳۴

۳-۲-۴٫ مقياس گذاري ديناميك ولتاژ(DVS)  ۳۴

۳-۲-۵٫ بررسي توان مصرفي چند ميكروكنترلر  ۳۵

۳-۲-۶٫ انرژي مصرفي گيرنده/ فرستنده  ۳۶

۳-۲-۷٫ مدل انرژي گيرنده/ فرستنده  ۳۷

۳-۲-۸٫ بررسي توان مصرفي دو گيرنده/ فرستنده  ۳۹

۳-۲-۹٫ انرژي مصرفي حافظه  ۴۰

۳-۲-۱۰٫ انرژي مصرفي حسگر  ۴۰

۳-۳٫ پروتكل‌هاي ارتباطي  ۴۳

۳-۳-۱٫ لايه فيزيكي  ۴۳

۳-۳-۲٫ لايه پيوند داده  ۴۴

۳-۳-۳٫ لايه كاربرد  ۴۴

۳-۳-۴٫ لايه انتقال  ۴۵

۳-۳-۵٫ لايه شبكه  ۴۶

فصل چهارم: شبيه سازي شبكه حسگر بي‌سيم

۴-۱٫ نرم افزارهاي مورد استفاده جهت شبيه سازي شبكه  ۴۷

۴-۲٫ شبيه سازي شبكه حسگر  ۴۸

۴-۲-۱٫ گره  ۴۹

۴-۲-۱-۱٫ ماژول Node  ۴۹

۴-۲-۲٫ ايستگاه  ۵۰

۴-۲-۲-۱٫ ماژول ايستگاه  ۵۰

۴-۲-۳٫كامپيوتر اصلي  ۵۱

۴-۲-۳-۱٫ ماژول محرك و مانيتور  ۵۱

۴-۳٫ الگوريتم رمز كننده DES   ۵۱

۴-۳-۱٫ DES  ۵۱

۴-۴٫ توضيح فايل‌هاي شبيه سازي  ۶۲

۴-۵٫ نتايج شبيه سازي  ۶۳

۴-۶٫ شبيه سازی استاندارد ۸۰۲٫۱۵٫۴ IEEE  ۶۵

 

فصل پنجم. مدلسازي گره و محاسبه توان پردازشي

۵-۱٫ توان مصرفي  ۶۸

۵-۲٫ تخمين انرژي در سطح تجريد گيت  ۶۹

۵-۳٫ تخمين توان با استفاده از روش Macro-Model  ۷۰

۵-۳-۱٫ آناليز رگرسيون  ۷۱

۵-۳-۲٫ حل ماكرو مدل با رگرسيون خطي  ۷۳

۵-۳-۳٫ متغيرهاي رگرسيون خطي  ۷۴

۵-۴٫ نتايج تخمين توان  ۷۵

۵-۵٫ تعيين ورودي هاي مناسب توسط شبكه عصبي  ۷۹

۵-۵-۱٫ پياده سازي MLP و نتايج حاصله  ۸۰

فصل ششم: نتيجه گيري و پيشنهادات

۶-۱٫ يافته هاي تحقيق  ۸۲

۶-۲٫ نوآوري تحقيق در مقايسه با كارهاي گذشته  ۸۴

۶-۳٫ پيشنهادات  ۸۴

پيوست:

مراجع  ۸۶

واژه نامه  ۹۰

چكيده انگليسي ۹۶

 

فهرست جدول ها

۲-۱   جدول  ۸

۲-۲   جدول  ۲۲

۳-۱   جدول  ۳۱

۳-۲   جدول  ۴۱

۳-۳   جدول  ۴۲

۳-۴   جدول  ۴۳

۵-۱   جدول  ۷۶

۵-۲   جدول  ۷۷

۵-۳   جدول  ۸۱

 

فهرست شكل ها

۱-۱    شكل  ۲

۱-۲    شكل  ۵

۲-۱    شكل  ۷

۲-۲    شكل  ۱۲

۲-۳    شكل  ۱۵

۲-۴    شكل  ۱۸

۲-۵    شكل  ۱۹

۳-۱    شكل  ۲۷

۳-۲    شكل  ۲۸

۳-۳    شكل  ۲۸

۳-۴    شكل  ۳۰

۳-۵    شكل  ۳۱

۳-۶    شكل  ۳۲

۳-۷    شكل  ۳۸

۳-۸    شكل  ۴۲

۴-۱    شكل  ۴۸

۴-۲    شكل  ۴۸

۴-۳    شكل  ۴۹

۴-۴    شكل  ۴۹

۴-۵    شكل  ۵۰

۴-۶    شكل  ۵۲

۴-۷    شكل  ۵۲

۴-۸    شكل  ۵۳

۴-۹    شكل  ۵۴

۴-۱۰  شكل  ۵۵

۴-۱۱  شكل  ۵۸

۴-۱۲  شكل  ۵۹

۴-۱۳  شكل  ۶۰

۴-۱۴  شكل  ۶۱

۴-۱۵  شكل  ۶۱

۴-۱۶  شكل  ۶۲

۴-۱۷  شكل  ۶۴

۴-۱۸  شكل  ۶۴

۴-۱۹  شكل  ۶۵

۴-۲۰  شكل  ۶۶

۴-۲۱  شكل  ۶۷

۵-۱  شكل  ۷۴

۵-۲  شكل  ۷۵

۵-۳  شكل  ۷۶

۵-۴  شكل  ۷۷

۵-۵  شكل  ۸۰

۵-۶  شكل  ۸۱

 

 

 

 

 

 

 

مسترداک | آموزش زبان انگلیسی | اپلیکیشن | بانک اطلاعات | برنامه نویسی و طراحی وب سایت | قالب و افزونه | پایان نامه دکترا | تاریخ | تربیت بدنی | جغرافیا | حسابداری | حقوق | رشته های پزشکی | پزشکی | روانشناسی | زبان و ادبیات فارسی | علوم تربیتی | فقه و مبانی حقوق اسلامی | کشاورزی | کلام تطبیقی | مدیریت | پایان نامه کارشناسی | پایان نامه کارشناسی ارشد | تربیت بدنی | علوم انسانی | اقتصاد | تاریخ | باستان شناسی | جغرافیا | حقوق | رشته حسابداری | روانشناسی | زبان و ادبیات عربی | زبان و ادبیات فارسی | علوم اجتماعی | علوم تربیتی | علوم سیاسی | فقه و حقوق اسلامی | کتابداری و اطلاع رسانی | مدیریت | علوم پایه | زمین شناسی | زیست شناسی | شیمی | فنی و مهندسی | برق | صنایع غذایی | عمران | کامپیوتر و فناوری اطلاعات | کشاورزی | هنر و معماری | معماری | پروژه آموزشی | تحقیق و جزوات آموزشی | ترجمه مقالات ISI | طرح توجیهی | کتاب | گزارش کارآموزی | نرم افزار |