کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلتر :پایان نامه ارشد مهندسی برق

کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلتر :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 کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلتر در ۱۶۴ 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 کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلتر:

شبکه های حسگر بی سیم متشکل از تعداد زیادی گره های حسگر کوچک هستند که این گره ها دارای محدودیت های سطح انرژی ،پهنای باند،توان پردازشی و حافظه هستند.از این رو مسیر یابی،خوشه بندی، کاهش مصرف انرژی وافزایش طول عمر شبکه چالش های اصلی مسیر یابی در شبکه حسگر بی سیم هستند که مطالعات زیادی بر روری آنها صورت گرفته است.الگوریتم های زیادی برای خوشه بندی و مسیریابی ارائه شده است و تلاش تمام آنها کاهش مصرف انرژی است. مااز بلوم فیلتر که یکی از انواع توابع درهم سازی می باشد استفاده می کنیم وقتی از بلوم فیلتر استفاده می شود می توان پهنای باند مصرفی راکاهش داد زیرا بلوم فیلتر یک ساختار داده ای تصادفی دارد که فضای کمتری را اشغال می کند و زمان ارسال داده در بلوم فیلتر کم می باشدو کاهش ترافیک شبکه رادر شبکه حسگر بی سیم انجام می دهد اين پروتكل برای خلاصه کردن محتوا جهت پشتیبانی از همکاری ها در شبکه حسگر بی سیم استفاده می شود همچنین بلوم فیلتر ها امکان بکارگیری الگوریتم های احتمالی در مکان یابی منابع را فراهم می کند و ابزاری برای تسریع و ساده سازی پروتکل های مسیر یابی بسته فراهم می کند دراين پایان نامه ما با استفاده از يك الگوريتم مناسب جدول درهم سازي توزيع شده متناسب سازي شده و رابطه بين داده هاي سيستم بصورت مستقيم با حداقل وابستگي به جدول درهم سازي برقراري شده و اين موضوع امكان پردازش پرس و جوها را با زمان كمتري امكان پذير مي سازد. كارايي برتر اين پروتكل از لحاظ افزايش طول عمر مفيد شبكه در مقايسه با پروتكل‌هاي پيشين نظير LEACH و LEA2C و نيز تاثير تابع هزينه پيشنهادي بر كارايي آن (با شبيه‌سازي) به اثبات رسيده است.

تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق

ما در این پایان نامه برروی یک مسئله اصلی که همان کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم است تحقیق کرده ایم.داده های حس شده توسط گره ها جهت پردازش باید به چاهک منتقل شوند،در این حین داده ها از چند گره عبور می کنند گره ها ی که بسته برای ارسال دارند باید بهترین همسایه ها را برای انتقال بسته انتخاب کنند این عمل تا رسیدن بسته به چاهک ادامه دارد.به این عمل مسیریابی گویند.با توجه به اینکه ارسال داده ا بیشترین مصرف انرژی را دارد ما الگوریتمی پیشنهاد میکنیم به عنوان بلوم فیلتر که تا از اتلاف انرژی تا حدودی نسبت به الگوریتم های قبلی جلوگیری کند.

در راستاي كاهش مصرف انرژي با استفاده از الگوریتم توزیع شده درهم سازی سئوالات زير مطرح است:

۱-آیا تعداد گره های حسگر در میانگین مصرف انرژی مصرف است؟

۲-آیا ابعاد ناحیه مورد آزمایش مصرف انرژی مصرف است ؟

۳-بين مصرف انرژي و كارايي شبكه‌هاي حسگر چگونه مي‌توان مصالحه‌اي برقرار كرد؟

۴-در چه كاربردهايي مصرف بهينه انرژي در شبكه حسگر حائز اهميت است؟

۵-آیا جابجایی ایستگاههای اصلی به‌همراه شبکه حسگر بی‌سیم مصرف انرژی را بهبود می دهد؟

 

فرضیه ها

با افزایش بیش از حد گره های حسگر متوسط مصرف انرژی بیشتر می شود.کم بودن تعداد گره های حسگر به شدت در مصرف زیاد متوسط انرژی موثر است.متوسط مصرف انرژی به موقعیت طول و عرض ایستگاه پایه وابسته نیست و تنها به فاصله از مرکز ناحیه بستگی دارد.هر چه از مرکز ناحیه به سمت خارج ناحیه تحت آزمایش حرکت کنیم متوسط مصرف انرژی بیشتر خواهد شدوبا توجه به قابليت‌هاي به اثبات رسيده الگوریتم توزیع شده درهم سازی در زمينه‌هاي مرتبط، فرض ما اين است كه الگوریتم توزیع شده درهم سازی مي‌تواند به‌عنوان ابزار مناسبي در روش‌هاي كاهش مصرف انرژي به‌كار گرفته شوند.

 

اهداف تحقیق

اصلي‌ترين اهداف اين تحقيق كاهش مصرف انرژي در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم است كه در راستاي رسيدن به آن، اهداف زير دنبال خواهد شد.

۱-ارايه الگوريتمي بهينه‌تر براي كاهش مصرف انرژي در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم با استفاده از قابليت‌هاي الگوریتم توزیع  شده درهم‌سازی.

۲-افزايش طول عمر شبكه حسگر بي‌سيم

به ‌دليل تازگي موضوع و عدم وجود تحقيقات كافي در كشور در اين حوزة دانشي، يكي از اهداف انجام اين تحقيق، فتح بابي براي به‌كارگيري قابليت‌هاي الگوریتم توزیع شده درهم سازی در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم و انجام تحقيقات بيشتر بوده است.

روش تحقیق

روش انجام تحقيق به صورت تاريخي از طريق مطالعه طرح‌ها و روش‌هاي مختلف موجود در راستاي موضوع تحقيق و نيز به صورت تطبيقي از طريق مقايسه با روش‌هاي مرتبط موجود خواهد بود.

 

مراحل انجام تحقیق

در این تحقیق با استفاده از این فرض که انرژی هر نود ست خواهد شد سپس با استفاده از الگوریتم های موجود میزان مصرف انرژی از انرژی اولیه کسر خواهد شد و نرم افزار مطلب متوسط مصرف انرژی مصرفی و باقیمانده هر نود را در هر لحظه بصورت نمودار نشان می دهد.

شناسايی و بيان کامل مساله (منظور از مساله، كاهش مصرف انرژي در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم است)

بررسی فعاليت‌های پيشين در راستای حل مساله

ارائه چارچوب ارزيابی مناسب جهت گردآوری داده

ارزيابی روش‌هاي موجود

بهره‌گيری از نقاط قوت روش‌های مختلف  به‌دست آمده از طريق اعمال چارچوب ارزيابی( در راستای ايجاد روش‌هاي کارآمدتر و مناسب حوزة مسأله )

ارايه روش جديدي براي كاهش مصرف انرژي در شبكه حسگر بي‌سيم با استفاده از روش جدول توزیع شده درهم سازی

شبيه‌سازي روش مذكور برحسب سناريوي خاص و ارايه نتايج شبيه‌سازي

مقايسه نتايج آماري حاصل از شبيه‌سازي روش جديد پيشنهادي با نتايج روش‌هاي پيشين

 

 

فهرست مطالب            

فصل ۱ مقدمه                                                                                                                             ۱

۱-۱٫مقدمه                                                                                                        ۲

۱-۲٫تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق                                                                ۴

۱-۳٫فرضیه ها                                                                                                    ۵

۱-۴٫اهداف تحقیق                                                                                               ۵

۱-۵٫روش تحقیق                                                                                                ۶

۱-۶٫مراحل انجام تحقیق                                                                                        ۶

۱-۷٫نمای کلی راه حل ما                                                                                      ۶

۱-۸٫ساختار پایان نامه                                                                                           ۷

فصل۲ مروری بر منابع مطالعاتی                                                                               ۸

۱-۲٫معرفی شبکه های حسگر بی سیم                                                                        ۹

۲-۲٫ کاربرد شبکه های حسگر بی سیم                                                                     ۱۴

۲-۳٫معماری شبکه های حسگر بی سیم                                                                    ۱۶

۲-۴٫عوامل مهم در طراحی شبکه های حسگر بی سیم                                                   ۱۶

۲-۵٫اجزای نرم افزاری                                                                                        ۲۱

۲-۶٫سیستم عامل Tinyos                                                                                   ۲۱

۲-۷٫جدول توزیع درهم سازی                                                                              ۲۲

۲-۸٫انواع جدول توزیع درهم سازی                                                                        ۲۳

۲-۹٫مقایسه بلوم فیلتر و درهم سازی                                                                       ۲۶

۲-۱۰٫توابع هش بلوم فیلتر                                                                                    ۲۷

۲-۱۱٫مروری بر پروتکل پیشنهادی بلوم فیلتر                                                              ۲۸

۲-۱۱-۱٫مقدمه                                                                                                 ۲۸

۲-۱۱-۲٫سیستم بلوم فیلتر                                                                                    ۲۹

۲-۱۲٫طبقه بندی روش های کاهش مصرف انرژی در شبکه های حسگر                              ۳۲

۲-۱۲-۱٫چرخه وظایف                                                                                       ۳۲

۲-۱۲-۲٫روش های داده گرا                                                                                 ۳۴

۲-۱۲-۳٫روش های مبتنی بر قابلیت تحرک                                                                ۳۷

۲-۱۳٫نتیجه گیری                                                                                              ۳۹

فصل ۳ مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی                                                               ۴۰

۳-۱٫پروتکل های مسیریابی                                                                                   ۴۱

۳-۲٫پارامترهای موثردر طراحی پروتکل های مسیر یابی                                                 ۴۲

۳-۲-۱٫ پروتکل با محوریت داده (  Data-Centeric-Protocols)                                        ۴۳

۳-۲-۱-۱٫ Flooding و Gossiping                                                                                      ۴۴

۳-۲-۱-۲٫ SPIN                                                                                                                     ۴۵

۳-۲-۱-۳٫ Direct Diffusion                                                                                               ۴۶

۳-۲-۱-۴٫ EAR                                                                                                                       ۴۶

۳-۲-۱-۵٫ GBR                                                                                                                      ۴۸

۳-۲-۲٫ پروتکل های دارای سلسله مراتبی (Hierachical-Protocols )                          ۴۸

۳-۲-۲-۱٫ LEACH                                                                                                                  ۴۹

۳-۲-۲-۲٫PEGASIS                                                                                                               ۴۹

۳-۲-۲-۳٫ TEEN                                                                                                                     ۴۹

۳-۲-۲-۴٫ APTEEN                                                                                                               ۵۰

۳-۲-۳٫ پروتکل های مبتنی بر مکان (Lcation-Based-Protocols )                              ۵۰

۳-۲-۳-۱٫ GEAR                                                                                                                    ۵۰

۳-۲-۴٫ پروتکل های مبتنی بر جریان شبکه و Qos                                                                    ۵۱

۳-۲-۴-۱٫ SAR                                                                                                                       ۵۱

۳-۳٫ روش Anita Kanavalli                                                                                                 ۵۰

۳-۳-۱٫ تعریف مسئله                                                                                         ۵۴

۳-۳-۲٫الگوریتم                                                                                                                       ۵۴

۳-۴٫ روش پیشنهادی برای مسیر یابی با کمک بلوم فیلتر                                                             ۵۵

۳-۴-۱٫ توضیحات مقدماتی                                                                                                      ۵۶

۳-۴-۲٫الگوریتم پیشنهادی                                                                                                         ۵۶

۳-۴-۳٫ مثبت نادرست بلوم فیلتر                                                                                               ۵۸

۳-۵٫ فشرده سازی بلوم فیلتر                                                                                                     ۶۲

۳-۶٫ جمع بندی پروتکل های مسیر یابی برای شبکه حسگر بی سیم                                   ۶۳

فصل ۴ پروتکل جدید پیشنهادی                                                                                            ۶۴

۴-۱٫ مقدمه                                                                                                     ۶۷

۴-۲٫ ارزیابی کارایی                                                                                          ۶۷

۴-۲-۱٫ مدل رادیویی                                                                                         ۶۷

۴-۴-۲٫جزئیات شبکه                                                                                         ۶۸

۴-۲-۳٫پارامترهای شبیه سازی                                                                               ۶۹

۴-۲-۴٫نتایج شبیه سازی                                                                                      ۷۰

۴-۳٫الگوریتم های خوشه بندی                                                                              ۷۴

۴-۳-۱٫الگوریتم LEACH                                                                                    ۷۴

۴-۳-۲٫پروتکل خوشه بندی  LEACHمرکز                                                               ۷۷

۴-۳-۳٫معایب و مزایای الگوریتم LEACH                                                                ۷۹

۴-۳-۴٫تعیین درصد خوشه در کل شبکه                                                                  ۷۹

۴-۴٫روش پیشنهادی برای خوشه بندی                                                                     ۸۱

۴-۵٫انتقال بلوم فیلتر                                                                                           ۸۲

۴-۶٫مقایسه روش پیشنهادی با LEACH                                                                    ۸۳

۴-۷٫شبیه سازی                                                                                                      ۸۵

۴-۸٫مصرف انرژی                                                                                             ۹۰

۴-۹٫نتیجه گیری                                                                                                ۹۱

فصل ۵ جمع بندی و پیشنهادها                                                                       ۹۲

۵-۱٫ مقدمه                                                                                                     ۹۳

۵-۲٫ یافته های تحقیق                                                                                         ۹۴

۵-۳٫ نوآوری تحقیق                                                                                           ۹۵

۵-۴٫ پیشنهادها                                                                                                  ۹۵

 

مراجع                                                                                                            ۹۶

پیوست۱                                                                                                           ۹۹

پیوست۲                                                                                                          ۱۲۹

واژه نامه                                                                                                       ۱۳۶

فهرست اشکال و نمودارها

فصل ۱ مقدمه                                                                                                                           ۱

فصل ۲ مروری بر منابع مطالعاتی                                                                                         ۸

شکل ۲-۱٫ ساختار کلی شبکه حسگر                                                                    ۱۰

شکل ۲-۲٫ ساختار خودکار                                                                                ۱۱

شکل ۲-۳٫ ساختار نیمه خودکار                                                                           ۱۱

شکل ۲ -۴٫ ساختمان  داخلی گره حسگر/ کارانداز                                                    ۱۳

شکل ۲ -۵٫ پشته پروتکلی                                                                                 ۱۵

شکل ۲ -۶٫ نحوه طبقه بندی گره هادر شبکه حسگر                                                   ۱۶

شکل ۲-۷٫ یک جدول درهم سازی توزیعی                                                             ۲۲

شکل ۲-۸٫ شبکه آدرس پذیر محتوایی CAN                                                           ۲۵

شکل ۲-۹٫ نمودار تابع درهم سازی بر حسب مثبت نادرست                                         ۲۸

شکل ۲ -۱۰٫ نمودار وابستگیMبهKوN                                                                 ۳۱

شکل ۲ -۱۱٫ نمای کلی کاهش داده ها                                                                   ۳۶

شکل ۲ -۱۲٫ مدل خطی تخمین اندازه گیری حسگرها( پارک و تاکشی۲۰۰۷ )                   ۳۷

شکل ۲-۱۳٫ مدل غیر خطی تخمین اندازه گیری حسگرها (پارک و تاکشی۲۰۰۷)                ۳۷

شکل ۲-۱۴٫ نمودار زمان عمر شبکه(محمد احمدی نیاوهمکاران،۲۰۱۱)                           ۳۸

شکل ۲-۱۵٫ مقايسه ميزان مصرف انرژي در قسمت‌هاي مختلف گره حسگر                      ۳۹

فصل ۳ مسیریابی والگوریتم پیشنهادی                                                                                      ۴۰

شکل ۳-۱٫ پدیده انفجار شبکه حسگر بی سیم                                                          ۴۴

شکل ۳-۲٫ همپوشانی شبکه حسگر بی سیم                                                             ۴۵

شکل ۳-۳٫ Spin شبکه حسگر بی سیم                                                                  ۴۶

شکل ۳-۴٫ Directed diffusion  در شبکه حسگر بی سیم                                        ۴۶

شکل ۳-۵٫ Teen  در شبکه حسگر بی سیم                                                            ۵۰

شکل ۳-۶٫ نحوه عملکرد در روش SMA                                                                               ۵۲

شکل ۳-۷٫ چگونگی ارتباط حسگرهای متحرک با حسگرهای ثابت در پروتکل EAR               ۵۳

شکل ۳-۸٫ چند مثال از درخت های بدست آمده در SAR                                                      ۵۴

شکل۳-۹٫ نموداربلوم فیلتر بر حسب مثبت نادرست با در نظر گرفتن وزن و فاصله               ۵۶

شکل۳-۱۰٫ مسیریابی و ارسال در بلوم فیلترها                                                          ۵۷

شکل۳-۱۱٫ نمودار الگوریتم ها در بلوم فیلتر                                                            ۵۷

شکل۳-۱۲٫ عضویت توابع درهم ساز در بلوم فیلتر                                                    ۵۸

شکل۳-۱۳٫ احتمال مثبت نادرست در بلوم فیلتر۱۲۸بیتی                                              ۶۱

شکل۳-۱۴٫ هیستوگرام تابع مشاهده شده احتمالات مثبت های نادرست برای پیکربندی بلوم فیلتر ۶۲

فصل ۴ نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها                                                                                ۶۴

شکل ۴-۱٫ محیط شبیه سازNS-2                                                                         ۶۹

شکل ۴-۲٫ تعداد بسته های رسیده به چاهک قبل از خاموشی اولین گره                           ۷۱

شکل ۴-۳٫ تعداد گام های طی شده برای رسیدن بسته به چاهک                                   ۷۲

شکل ۴-۴٫ میزان مصرف انرژی برای رسیدن بسته به چاهک                                        ۷۲

شکل ۴-۵٫ تعداد رد و بدل شدن بسته ها بین گره ها ی شبکه تا خاموش شدن اولین گره                         ۷۲

شکل ۴-۶٫ گراف مصرف انرژی الگوریتم پیشنهادیدر محیط NS-2                                ۷۳

شکل ۴-۷٫ دو نمونه از اجرای الگوریتم LEACH                                                     ۷۵

شکل ۴-۸٫ مراحل اجرای الگوریتم LEACH                                                           ۷۶

شکل۴-۹٫ مراحل اجرای الگوریتم LEACH بر اساس خوشه ها                                      ۷۸

شکل۴-۱۰٫ نمودار تعیین درصد خوشه ها(P)                                                          ۸۰

شکل ۴-۱۱٫ سرخوشه در بلوم فیلتر                                                                      ۸۱

شکل۴-۱۲٫آرایشی در چند گره حسگر                                                                  ۸۴

شکل ۴-۱۳٫ تاثیر پارامترهای ورودی و خروجی                                                       ۸۸

شکل ۴-۱۴٫ مصرف انرژی                                                                            ۸۹

شکل ۴-۱۵٫ گره های زنده                                                                            ۸۹

شکل ۴-۱۶٫ انرژی جهش ارسال                                                                   ۹۰

فصل ۵ جمع بندی و پیشنهادها                                                                    ۹۲

مراجع                                                                                                          ۹۶

پیوست۱                                                                                                      ۹۹

پیوست۲                                                                                                     ۱۲۹

واژه نامه                                                                                                     ۱۳۶

فهرست جداول                                                                                                                                  ۱

 

فصل ۱ مقدمه                                                                                                                                 ۱

فصل ۲ مروری بر منابع مطالعاتی                                                                                             ۸

فصل ۳ مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی                                                                                  ۴۰

جدول ۳-۱٫ احتمالات مثبت نادرست مشاهده شده                                                                    ۵۹

جدول ۳-۱٫ مقادیرمثبت نادرست در بلوم فیلتر                                                                        ۶۰

جدول ۳-۳٫ پروتکل های مسیر یابی برای شبکه های حسگر بی سیم                                             ۶۴

فصل ۴ نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها           ۶۶

جدول ۴-۱٫پارامترهای شبیه سازی                ۷۰

جدول ۴-۲٫ پارامترهای انرژی                 ۸۸

فصل ۵ جمع بندی و پیشنهادات               ۹۲

 

مراجع                          ۹۶

پیوست۱                      ۹۹

پیوست ۲                    ۱۲۹

واژه نامه                     ۱۳۶

 

 

فهرست علائم اختصاری

واحد پردازش مرکزی             CPU=Central Processing Unit

حافظه با دسترسی تصادفی پویا              DRAM=Dynamic  Random  Access  Memory

جدول توزیع درهم سازی DHT=Distributed Hash Function

پروتکل حافظه نهان اینترنت               ICP=Internet  Cache  Protocol

شناسه         ID=Identifier

پروتکل اینترنت     IP =Internet  Protocol

شبکه Ad hoc بی سیم سیار           MANET=Mobile  Ad  hoc  NETwork

همتا به همتا     P2P=Peer-to-Peer

کیفیت سرویس        QOS=Quality  Of  Service

الگوریتم درهمسازی امن           SHA=Secure  Hash  Algorithm

حافظه با دسترسی تصادفی ایستا          SRAM=Static  Random  Access  Memory

یابنده همسان منابع     URL=Uniform  Resource  Locator

فرمت انتقال یونی کد     UTF =Unicode  Transformation  Format

شبکه حسگر بی سیم         WSN=Wireless Sensor Network

 

 

 

 

 

 

 

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 |

 

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0