1-1-5. منظور تحقیق………………………………………………………………………………………………………………………7
۱-2. اهداف………………………………………………………………………………………………………………8
۱-3. سوالات تحقیق……………………………………………………………………………………………………8
۱-4. جنبه نوآوری و جدید بودن تحقیق…………………………………………………………………………..8
۱-5. روش کار…………………………………………………………………………………………………………..9
1-6. فرضیات…………………………………………………………………………………………………………..11
1-7. ساختار پایان نامه………………………………………………………………………………………………..11
فصل دوم:ادبیات تحقیق
2-1. معرفی شبکه های حسگر بیسیم……………………………………………………………………………..13
2-2. تاریخچه شبکه های حسگر…………………………………………………………………………………..14
2-3. ساختار هر گره حسگر…………………………………………………………………………………………16
2-3-1. اجزاء درونی یک گره حسگر………………………………………………………………………………………………17

2-3-2. محدودیت های سخت افزاری یک گره حسگر………………………………………………………………………..18
2-4. پشته پروتکلی……………………………………………………………………………………………………20
2-5. مزایای شبکه های حسگر بیسیم……………………………………………………………………………..21
2-6. کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم……………………………………………………………………….22
2-7. طراحی شبکه های حسگر بی سیم………………………………………………………………………….26
2-8 . طبقه بندی تکنیک های خوشه بندی………………………………………………………………………30
2-8-1. مدل شبکه………………………………………………………………………………………………………………………..30
2-8-2. اهداف خوشه بندی……………………………………………………………………………………………………………34
2-8-3. طبقه بندی علمی ویژگی های خوشه بندی………………………………………………………………………………37
2-9. الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………………………………..41
2-9-1. پیش زمینه ی بیولوژیکی ژن ها و کروموزوم ها………………………………………………………………………..41
2-9-2. تولید سلول های جدید………………………………………………………………………………………………………..42
2-9- 3. توضیحات پایه………………………………………………………………………………………………………………….42
2-9-4 . فضای جستجو………………………………………………………………………………………………………………….43
2-9-5 . عملگر های الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………………………………….43
2-9-5-1.کددهی………………………………………………………………………………………………………………………..44
2-9-5-2 . بررسی نحوه اعمال عملگرها در انواع کددهی……………………………………………………………………..46
2-10.کلونی مورچگان………………………………………………………………………………………………48
فصل سوم:پیشینه ی تحقیق
3-1. الگوریتم های خوشه بندی برای شبکه ی گیرنده ی بیسیم…………………………………………52
3-1-1. الگوریتم های زمان همگرایی متغیر………………………………………………………………………………………52
3-1-2. الگوریتم های زمان همگرایی ثابت……………………………………………………………………………………….63
3-1-3 . خوشه بندی با GA……………………………………………………………………………………………………………78
3-1-3-1. نمایش مسئله………………………………………………………………………………………………………………78
3-1-3-2. ارزیابی سازگاری………………………………………………………………………………………………………..79
3-1-3-3 . پنجره ی مقیاس گذاری……………………………………………………………………………………………….80
3-2. نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………81
فصل چهارم: روش کار و شرح روش پیشنهادی
4-1.صورت مساله…………………………………………………………………………………………………….83
4-2.فرضیات……………………………………………………………………………………………………………83
4-3. انتخاب سر خوشه با الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………87
4-4.خوشه بندی با ACO……………………………………………………………………………………………89
4-4-1. شبه کد ACO………………………………………………………………………………………………….90
4-4-2. عمل ACO…………………………………………………………………………………………………….91
فصل پنجم: شبیه سازی و نتایج
5-1.مقدار دهی اولیه………………………………………………………………………………………………….94
5-2.ماتریس ها…………………………………………………………………………………………………………94
5-3.شکل دهی کروموزوم ها……………………………………………………………………………………..97
5-4.عملیات Crossover و Mutation………………………………………………………………………….98
5-5.خروجی اولیه CH ها و اعمال ACO برای خوشه بندی………………………………………………..99
5-6.مقایسه خروجی LEACH و روش پیشنهادی…………………………………………………………..100
5-7.مقایسه مصرف انرژی و عمر شبکه LEACH و روش پیشنهادی…………………………………..104
فصل ششم: نتیجه گیری و کارهای آتی
6-1.نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………..107
6-2.کارهای آتی……………………………………………………………………………………………………108
6-3.محدودیت ها…………………………………………………………………………………………………..109
منابع…………………………………………………………………………………………………………………..110
چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………113
فهرست جدول ها
عنوانصفحه
3-1. الگوریتم های خوشه بندی……………………………………………………………………………………76
3-2. طبقه بندی ویژگی های الگوریتم های خوشه بندی……………………………………………………77
فهرست شکل ها
عنوانصفحه

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-1. معماری ارتباطات شبکه های حسگر بیسیم……………………………………………………………….13
2-2. اجزاء درونی یک گره حسگر……………………………………………………………………………….18
2-3. پشته پروتکلی شبکههای حسگر…………………………………………………………………………….20
2-4. نمونه کاربردهای شبکههای حسگر بیسیم………………………………………………………………26
2-5.فضای حل کروموزوم ها………………………………………………………………………………………44
2-6.کددهی جایگشتی………………………………………………………………………………………………45
2-7.کددهی ارزشی………………………………………………………………………………………………….45
2-8.کددهی درختی………………………………………………………………………………………………….46
2-9.ترکیب و جهش در کددهی دودویی……………………………………………………………………..46
2-10.ترکیب دو نقطه ای……………………………………………………………………………………………47
2-11.ترکیب یکنواخت……………………………………………………………………………………………..47
2-12.ترکیب حسابی…………………………………………………………………………………………………47
2-13.ترکیب…………………………………………………………………………………………………………..48
2-14. کلونی مورچگان……………………………………………………………………………………………..49
3-1. شکل نهایی خوشه بندی………………………………………………………………………………………57
3-2. مفهوم سلسله مراتب خوشه ها……………………………………………………………………………….58
3-3. ساختار شش گوشه سلولی مجازی…………………………………………………………………………60
3-4. الگوریتم FLOC……………………………………………………………………………………………….65
3-5. پیشرفت الگوریتم ACE را بعد از 3 تکرار……………………………………………………………….68
3-6. ساختار موقعیت درون خوشه ای……………………………………………………………………………72
3-7. ترسیم دوباره از نمونه ای از سلسله مراتب ویژگی………………………………………………………75
3-8. نمونه ای از خوشه بندی……………………………………………………………………………………….78
3-9. توزیع نسبی قبل و بعد از سنجش GA……………………………………………………………………..81
4-1.روند کلی روش پیشنهادی…………………………………………………………………………………….86
4-2. مراحل Genetic………………………………………………………………………………………………..89
4-3. کلونی مورچگان……………………………………………………………………………………………….90
4-4. یک شبه کد برای ACO……………………………………………………………………………………..91
5-1. عمل Crossover با سیاست Bitmask……………………………………………………………………98
5-2. انتخاب CH ها توسط Genetic…………………………………………………………………………….99
5-3. نتایج پیاده سازی LEACH………………………………………………………………………………..101
5-4. نتایج پیاده سازی Genetic – ACO…………………………………………………………………….101
5-5. زمان مرگ اولین گره………………………………………………………………………………………..102
5-6. مقایسه زمان مرگ گره ها………………………………………………………………………………….103
5-7. زمان از کار افتادن شبکه…………………………………………………………………………………….103
5-8. مقایسه مصرف انرژی………………………………………………………………………………………..104
5-9. مقایسه ماندگاری SN ها و طول عمر شبکه…………………………………………………………….105
چکیده
این تحقیق به بهبود بهینه سازی طول عمر و مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم می پردازد و در نهایت ایجاد خوشه های مناسب در محیط های با تعداد حسگر زیاد. این دو هدف تأثیر عمیق بر روی صلاحیت خدمات شبکه و شکل گیری خوشه ها که یک راه حل مناسب برای دستیابی به آنها است می گذارد. برای حل مسائل بهینه سازی شبکه ی سنسوری، روشی کارآمد مبتنی بر الگوریتم های ژنتیک و کلونی مورچگان را ارائه می دهیم. ما از الگوریتم ژنتیک برای ایجاد سرخوشه هایی با هدف بهبود انرژی در خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم استفاده می کنیم. کلونی مورچگان نیز خوشه های با هدف نزدیکترین فواصل در محیط های پر جمعیت ارائه می کند. هدف اصلی انتقال داده های جمع آوری شده به ایستگاه پایه و ایجاد گره های منطقی به نام سرخوشه می باشد. این مطالعه به بررسی الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان به عنوان یک روش پویا برای پیدا کردن موقعیت های مطلوب حسگر ها و خوشه ها است. ابزار شبیه سازی در این پایان نامه نرم افزار JAVA می باشد. در نهایت، اجرای الگوریتم پیشنهادی نشان می دهدکه بهره وری این الگوریتم در مقایسه با دیگر آثار شبیه سازی شده بهتر است.
مقدمه
فنآوری اطلاعات خیلی سریع به عنوان یک وسیله ضروری در جامعه مطرح شد. با رشد هر چه بیشتر این فن آوری ضرورت به کارگیری کامپیوتر، برای رفع نیازها، در جامعه روز به روز بیشتر احساس میشود. پیشرفتهای اخیر در کاهش هزینهها و کوچک کردن وسایل محاسباتی، همچنین استفاده از تکنولوژیهای ارتباطی بیسیم و سنسورها، زندگی روزمره بشر را ساده کرده است. شبکههای سنسور یکی از تکنولوژیهای کلیدی در آینده خواهند بود. در سال 1999 مجله تجارت هفتگی این شبکهها را یکی از مهمترین تکنولوژیهای قرن بیست و یکم معرفی کرد[2]. دستگاههای ارزان و هوشمند با چندین سنسور داخل خود که به صورت بیسیم شبکه شدهاند، امکانات بینظیری برای اندازهگیری و کنترل در صنعت، کشاورزی، شهرها و محیط زیست فراهم کردهاند. شبکه های سنسور این تکنولوژی را برای استفاده در طیف وسیعی از سیستمهای دفاعی، شناسایی و نظارت ارائه کردهاند.
شبکههای حسگر بیسیم[1] جهت جمع آوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمیتواند حضورداشته باشد مورد استفاده قرار می گیرند. در یک شبکه حسگر ، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می کنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده گر اصلی ارسال می نمایند. عملکرد شبکه این است که گزارش پدیده هایی را که اتفاق میافتد به مشاهده گری بدهد که لازم نیست از ساختار شبکه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط آنها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت انسان کار میکنند. معمولا تمامی گرهها همسان میباشند و عملاً با همکاری با یکدیگر، هدف کلی شبکه را برآورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکههای حسگر بیسیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین میباشد. پیشرفتهای اخیر در طراحی و ساخت تراشههای تجاری این امکان را به وجود آورده است که عمل پردازش سیگنال و حسکنندگی در یک تراشه انجام گردد که به این قطعات حسگرهای شبکه بیسیم گفته میشود که شامل سیستمهای میکروالکترومکانیکی مانند حسگرها، محرکها و قطعات رادیویی میباشد.
در شبکههای بیسیم حسگر فقط یک یا دو ایستگاه پایه‌ وجود دارد و تعداد زیادی نودهای حسگر در محیط پخش گردیدهاند. به علت محدودیت برد این حسگرها و انرژی باتری خیلی از نودها قادر به ارتباط مستقیم با ایستگاه پایه‌ نمی باشند. اما سریعاً با تکیه بر نودهای نظیر خود و نودهای حسگر دیگر، به ارتباط با ایستگاه پایه‌ می پردازد.
شبکه های حسگر بیسیم، نوع خاصی از شبکه های کامپیوتری هستند که برای انجام کارهای نظارتی تعبیه شده اند. این شبکه ها از تعداد زیادی (حتی هزاران) گره کوچک با قابلیت و قدرت پایین و همچنین ارزان قیمت تشکیل شده اند. این گره ها که هر کدام سنسور نامیده می شوند، می توانند اطلاعاتی را از محیط اطراف خود دریافت کرده و با انجام یکسری عملیات، اطلاعات را برای همسایگان خود ارسال کنند.
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1.شرح مساله
1-1-1 .تشریح ابعاد : شبکه های حسگر بیسیم، نوع خاصی از شبکه های کامپیوتری هستند که برای انجام کارهای نظارتی تعبیه شده اند. این شبکه ها از تعداد زیادی (حتی هزاران) گره کوچک با قابلیت و قدرت پایین و همچنین ارزان قیمت تشکیل شده اند. این گره ها که هر کدام سنسور نامیده می شوند، می توانند اطلاعاتی را از محیط اطراف خود دریافت کرده و با انجام یکسری عملیات، اطلاعات را برای همسایگان خود ارسال کنند. در شبکه های حسگر بیسیم پروتکل های بسیاری به موضوع مسیریابی پرداخته اند. این پروتکل ها می توانند از دید ساختار شبکه به دسته مسیریابی تخت، سلسله مراتبی و مبتنی بر مکان تقسیم شوند. در مدل تخت همه گره ها نقش یا کار مساوی دارند اما در سلسله مراتبی گره ها نقش مختلفی بازی می کنند و در مدل مبتنی بر مکان نیز از موقعیت گره های سنسور برای مسیردهی داده در شبکه استفاده می شود. انواع مختلف این پروتکل ها در اینجا مورد بررسی قرار گرفته و در مواردی با پارامترهایی با هم مقایسه شده اند.
1-1-2 .حدود مساله : در شبکه های حسگر بیسیم، تعداد زیادی گره با امکانات مخابره، پردازش، حسکردن محیط و غیره در محیطی با چهارچوب معین پراکنده شدهاند. رویداد اتفاق افتاده و یا سوالات پرسیده شده از سوی گره مرکزی و ماموریت محوله بر هر گره موجب میشود، ارتباطاتی بین گرهها برقرار شود. اطلاعات رد و بدل شده می‌تواند گزارشی از وضیعت محدوده که زیر نظر گرههای حسگر میباشد به گره مرکزی و یا درخواستی از سمت گره مرکزی به سمت گرههای حسگر باشد. گره مرکزی به عنوان درگاه ارتباطی شبکه حسگر با سایر سیستمها و شبکههای مخابراتی، در واقع گیرنده نهایی گزارش از گرههای حسگر میباشد و بعد از انجام یکسری پردازشها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال میکند (با استفاده از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و غیره). از سوی دیگر، درخواستهای کاربر نیز توسط این گره به شبکه انتقال مییابد.
شرح این ایده را به چند قسمت تقسیم کرده و بخش های هر قسمت را تشریح می کنیم.
1-1-3 .معرفی دقیق مسأله : با توجه به منطقه ای که به طور گسترده پوشش داده می شود، طول عمر فعالیت باتری حسگرها و امکان داشتن آسیب گره در طول استقرار، تعداد زیادی حسگر را در برنامه های کاربردی شبکه های حسگر بیسیم احتیاج داریم. پیش بینی شده است که صدها و یا حتی هزاران حسگر گره درگیر خواهد شد. طراحی و کاربرد چنین شبکه بزرگی به مدیریت استراتژی های معماری مقیاس پذیر نیاز دارد. علاوه بر این، حسگرها در چنین محیط های با انرژی محدود شده و باتری هایشان را نمی توانند شارژ کنند. بنابراین، طراحی الگوریتم انرژی آگاهانه یک فاکتور مهم ا برای افزایش طول عمر حسگر می شود. برنامه محوری دیگر اهدافی را طراحی می کنند، به عنوان مثال تشخیص و طبقه بندی وفاداری زیاد، همچنین بررسی می شود.
1-1-4 .بیان جنبه‌های مجهول و مبهم و متغیرهای مربوط به پرسش‌های تحقیق : عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، تواناییهای مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و عملی شدن ایدهها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره با برخی محدودیتهای سختافزاری مواجه باشد . این محدودیت‌ها عبارتند از:
هزینه پائین: سیستم نهایی از نظر اقتصادی باید مقرون به صرفه باشد. لذا چون تعداد گرهها در یک شبکه بسیار زیاد است، هر چه از هزینه هر گره کاسته شود، صرفه جویی بیشتری در سطح شبکه صورت می‌پذیرد.
حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهای که زیر نظر دارند بخشی را به حجم خود اختصاص میدهند. هر چه این نسبت (حجم گره به محدوده زیر نظر) کمتر باشد، عملکرد شبکه بهتر میباشد و از طرفی در اکثر موارد برای اینکه گرهها جلب توجه نکنند و یا بتوانند در برخی مکانها قرار بگیرند لازم است که حجم بسیار کوچکی داشته باشند.
انرژی مصرفی پائین: منبع تغذیه گرهها محدود میباشد و در عمل معمولاً امکان تعویض یا شارژ مجدد غیرممکن میباشد. لذا باید از انرژی موجود به بهترین نحو ممکن استفاده گردد.
نرخ بیت پائین: به خاطر وجود برخی محدودیتها (انرژی و غیره)، عملا میزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در یک گره حسگر پائین است.
خودمختار بودن: هر گره بایستی از سایر گرهها مستقل باشد و بتواند عملکرد خود را طبق تشخیص و شرایط خود انجام دهد.
قابلیت تطبیق پذیری: در طول انجام نظارت بر محیط، ممکن است شرایط در هر زمانی دچار تغییرات شود. مثلا برخی از گرهها خراب گردند. لذا هر گره باید بتواند وضعیت خود را با شرایط بوجود آمده جدید تطبیق دهد.
1-1-5 .منظور تحقیق : هر سیستم طراحی شده، با توجه به ویژگیهای ذاتی خودش یکسری شرایط و موقعیتهای خاص را میطلبد و در مواقع استفاده در آن شرایط و موقعیتها، نسبت به سیستمهای مشابه خود دارای یکسری مزیتها و معایب میباشد که بایستی در نهایت با یک برآورد ضمنی و با توجه به تمام شرایط موجود، سیستمی که بهترین کارایی نسبت به هزینه را دارد، انتخاب کرد.
پرسش اصلی : آیا می توان روشی برای بهبود عمر شبکه در محیط های بزرگ و ناشناخته ارائه داد و عمر حسگر ها و شبکه را افزایش داد؟
1-2. اهداف
با توجه به سوالات تحقیق اهداف تحقیق را بیان می کنیم :
بررسی شبکه های حسگر بیسیم , الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان.
ارائه روشی برای خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم و در نهایت بالا بردن عمر شبکه.
ارزیابی خوشه بندی شبکه های حسگر بی سیم بر اساس زمان مرگ اولین حسگر و عمر شبکه.
1-3. سوالات تحقیق
۱- الگوریتم های تکاملی مبتنی بر خوشه بندی کدامند؟
۲- چگونه می توان در شبکه های حسگر بیسیم الگوریتمی مبتنی بر کلونی مورچگان و الگوریتم ژنتیک ارائه داد تا عمر شبکه را بهبود داد؟
3- چگونه می توان روش های بهتری را اعتبار سنجی کرد؟
1-4. جنبه نوآوری و جدید بودن تحقیق
جدید بودن این تحقیق در ترکیب دو الگوریتم می باشد. این دو الگوریتم , الگوریتم ژنتیک و الگوریتم کلونی مورچگان می باشد که هر کدام دارای مزایای مربوط به خود می باشند. الگوریتم ژنتیک در محیط های با تعداد گره زیاد 1 به خوبی کار می کند و الگوریتم کلونی مورچگان در محیط های ناشناخته کارایی بالایی دارد.
1-5. روش کار
روش کار خود را بر اساس سوالات تحقیق بیان می کنیم :
الف) تکنیک های خوشه بندی برای شبکه های حسگر بیسیم در تحقیقات می تواند به طور کلی بر اساس همپوشانی شبکه معماری و مدل عملیاتی و هدف فرآیند خوشه بندی گره ارائه گردد. در این بخش ما بر روی طبقه بندی های مختلف بحث می کنیم و طبقه بندی علمی از ویژگی های خوشه بندی را ارائه می کنیم. ما سپس از این گونه صفات، برای دسته بندی و مقایسه الگوریتم خوشه بندی استفاده می کنیم.
ب) در این تحقیق سعی بر این داریم که مصرف انرژی را در شبکه های حسگر بیسیم کاهش دهیم. ابتدا باید از یک الگوریتم مناسب برای انتخاب سر خوشه ها2 استفاده کنیم [1]. از الگوریتم ژنتیک برای انتخابCH ها استفاده می کنیم. هر نود معمولی از روش های جبری برای تعیین نزدیکترین سرخوشه بهره می برد.در الگوریتم ژنتیک باید تمام گره ها را به کروموزوم تبدیل کرده و کروموزوم های برگزیده را به عنوان CH انتخاب کنیم. در هنگام تولید سلول های جدید یک تلفیق توسط عمل ادغام صورت می گیرد.در این فرآیند ژن های والد، کروموزوم های جدید را شکل می دهد. این مولود های جدید جهش یافته3، یعنی DNA آنها تحول یافته است. این تغییرات ممکن است همراه با خطا در کپی شدن ژن های والد صورت بگیرد. معیار مناسب بودن4 یک ارگانیسم، با توجه به موفقیت این ارگانیسم در ادامه ی حیات آن تعیین می شود. ما در اینجا تمام گره ها را به کروموزوم تبدیل کرده و شایسته ترین ها را بر می گزینیم. در قسمت بعدی و برای تشکیل خوشه ها از الگوریتم کلونی مورچگان5 استفاده می کنیم[3]. هر مورچه به سمت یکCH حرکت می کندکه به او نزدیکتر است. در واقع ما دو عمل تنظیمات6 و ارتباطات7 داریم. در مرحله ی Setup با استفاده از الگوریتم ژنتیک CH , را انتخاب می کنیم و در مرحله Communication با استفاده از الگوریتم ACO خوشه ها را تشکیل می دهیم. این چرخه در طول عمر شبکه چندین بار اجرا می شود. زیرا در هر عمل انتقال انرژی گره ها کاهش می یابد. با بازگشت به قسمت Setup باید CH جدید را با استفاده از الگوریتم ژنتیک انتخاب کرده و مجددا در قسمت Communication خوشه های جدید را بسازیم. در الگوریتم ژنتیک سعی بر این داریم که یک fitness function کارا و بهینه معرفی کنیم تا به CH هایی با بهتری برسیم. در ACO هرمورچه با توابعی که برای آن معرفی می کنیم به سمت CH با فاصله ی کمتر نسبت به خود حرکت می کند. در نهایت این ایده به افزایش عمر شبکه کمک می کند.
ج) در ادامه ی مشکلات خوشه بندی همچنان می توان با ارائه روش هایی که معیار های بهبود خوشه بندی را جزئی تر مورد بررسی قرار می دهند نتایج بهتری گرفت. در ارائه ی این الگوریتم پیشنهادی فاکتور عمر شبکه در محیط های بزرگ و ناشناخته در نظر گرفته شده است.
1-6.فرضیات
در این تحقیق نود ها همگن هستند یعنی همه ی آنها دارای خصوصیات یکسانند.
عملیات انتقال داده ها به صورت تک قطبی8 می باشد.
فقط یک ایستگاه پایه وجود دارد که همه ی خوشه ها اطلاعات خود را به آن می فرستند.
فرض بر این است که فضای مساله بزرگ و تعداد گره ها زیاد است.
گره ها ایستا می باشند و متحرک نیستند.
1-7. ساختار پایان نامه
در فصل دوم پایان نامه ادبیات تحقیق را بررسی می کنیم. در فصل سوم ایده ها , روش ها و الگوریتم های گذشته را در مورد شبکه های حسگر بیسیم مورد بررسی قرار می دهیم. در فصل چهار روش پیشنهادی خود را ارائه کرده و تشریح می کنیم. نتایج شبیه سازی , نتیجه گیری و کارهای آتی در دو فصل آخر مورد بررسی قرار می گیرد.
فصل دوم
ادبیات تحقیق
2-1 .معرفی شبکه های حسگر بیسیم
معماری ارتباطات شبکههای حسگر بیسیم در شکل 2-1 دیده میشود . در شبکه های حسگر بیسیم، تعداد زیادی گره با امکانات مخابره، پردازش، حسکردن محیط و غیره در محیطی با چهارچوب معین پراکنده شدهاند. رویداد اتفاق افتاده و یا سوالات پرسیده شده از سوی گره مرکزی و ماموریت محوله بر هر گره موجب میشود، ارتباطاتی بین گرهها برقرار شود. اطلاعات رد و بدل شده می‌تواند گزارشی از وضیعت محدوده که زیر نظر گرههای حسگر میباشد به گره مرکزی و یا درخواستی از سمت گره مرکزی به سمت گرههای حسگر باشد. گره مرکزی به عنوان درگاه ارتباطی شبکه حسگر با سایر سیستمها و شبکههای مخابراتی، در واقع گیرنده نهایی گزارش از گرههای حسگر میباشد و بعد از انجام یکسری پردازشها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال میکند (با استفاده از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و غیره). از سوی دیگر، درخواستهای کاربر نیز توسط این گره به شبکه انتقال مییابد.
شکل2-1: معماری ارتباطات شبکه های حسگر بیسیم
یک گره حسگر می‌تواند یکی از دو نقش تولید کننده داده‌ها و یا رله کننده داده‌های تولید شده توسط سایر گره‌ها را بر عهده بگیرد. عموماً در شبکه‌های حسگر، اغلب گره‌ها هر دو نقش را به صورت توأم ایفا می‌کنند. برپایی و طراحی ساختار و معماری ارتباطات بین گرههای شبکه نیازمند رعایت فاکتورهای مختلف و زیادی از جمله تحملپذیری خطا، مقیاس پذیری، هزینه تولید، محیط عملیات، توپولوژی شبکه حسگر، محدودیتهای سخت افزاری، ابزار و رسانه ارتباط، انرژی مصرفی و غیره میباشد.
2-2 .تاریخچه شبکه های حسگر
اولین نمونههای شبکه های حسگر برای کاربردهای نظامی طراحی و اجرا شدند تا نیروهای ارتشی بتوانند در یک منطقه جدید، بدون نیاز به برپا کردن تجهیزات خاص مرتبط با زیر ساخت شبکه با هم ارتباط داشته باشند. طبیعت پویا و متغیر محیط فعالیت ارتشها باعث میشود استفاده از تجهیزات شبکههای ثابت چندان مناسب به نظر نرسد. از سوی دیگر روشهای دیگر ارتباطات بیسیم در فرکانسهای بالای Mhz100 کار میکنند، پس تنها هنگامی که دید مستقیم وجود داشته باشد ارتباط برقرار است. این مشکلات به خوبی با استفاده از شبکههای حسگر برطرف میشود. زیرا ارتباط در این شبکهها چندگامه است یعنی بین مبدا و مقصد لازم نیست دید مستقیم وجود داشته باشد و یا حتی این دو در محدوده امواج یکدیگر باشند، بلکه با استفاده از تعدادی گره میانجی، ارتباط مبدا و مقصد برقرار میشود. لازم به یادآوری است که اجزای تشکیل دهنده شبکههای حسگر تنها همان گرهها هستند و نیازی به تجهیزات از پیش تعیین شده ندارند.
تاریخچه‌ی شبکه‌های حسگر به دوران جنگ سرد (اواسط دهه‌ی 1950 میلادی)[3] و سیستم نظارت صوتی باز می‌گردد. این سیستم توسط ایالات متحده و به منظور شناسائی و ردیابی زیردریائی‌های اتحاد جماهیر شوروی در بستر اقیانوس ارام شمالی تعبیه شده بود. این شبکه یک توری گسترده از هایدروفونها می‌باشد که توسط کابل به یکدیگر متصل شده و محیط اقیانوس را تحت پوشش قرار داده‌اند. این سیستم در حال حاضر توسط مؤسسه‌ی ملی 9NOAA به منظور نظارت بر پدیده‌های جاری در بستر اقیانوس مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روند استفاده از شبکههای حسگر در سالهای پایانی دهه 80 و سالهای اغازین 90 توسط وزارت دفاع امریکا، DARPA10 و چند کشور دیگر ادامه داشت و نوآوریهایی هم توسط گروه های تحقیقاتی در دانشگاهها انجام میشد. در اواسط دهه 90 با تعریف برخی استانداردها از جمله IEEE11 1999 فناوری‌های تجاری هم پا به عرصه وجود گذاشتند و گروههای مختلف تحقیقاتی فعال در زمینه ارتباطات بیسیم وارد بازار وسیع بالقوه غیرنظامی شدند. در حقیقت نمونههایی هم که اکنون کاربرد تجاری پیدا کردهاند حاصل تلاشهای انجام شده در محیطهای تحقیقاتی سالهای نخستین بوده است.
2-3 .ساختار هر گره حسگر
شبکه های سنسور بی سیم12 در دامنه گسترده ای از کاربردهای بالقوه استفاده می شوند همچون کنترل محیط، عملیات ارتشی، مسیریابی هدف، سیستم نظارت، کنترل حرکت وسایل نقلیه، تشخیص زلزله، سیستم های کنترل بیماری، سیستم کنترل آلودگی و غیره. این شبکه ها شامل گره حسگر هایی13 هستند که قادر به کنترل و پردازش داده ها از مکان های جغرافیایی خاص و ارسال موارد مشابه به مکان های دور دستی می شود که ایستگاه پایه14 نامیده می شود. WSN شامل ابزار الزامی منابع به صورت کوچک و ارزان است که در میان یکدیگر با استفاده از ارتباطات بی سیم چند مرکزی مرتبط می شوند. هر گره از WSN بعنوان SN نامیده می شود که حاوی یک سنسور، پردازشگر موجود، حافظه محدود شده، رادیوی کم – توان است و بصورت نرمال با باتری کار می کند. از انجا که گره حسگر بعنوان کوچکترین عنصر خودمختار یک شبکه حسگر شناخته میشود، برای طراحی الگوریتم‌ها و پروتکل‌های مناسب برای این شبکه‌ها لازم است که اجزاء و تجهیزات یک گره و محدودیتهای سختافزاری آن شناخته شود. در این بخش پس از معرفی اجزاء یک گره حسگر، مشخصات یک نمونه گره واقعی بیان میشود.

2-3-1 .اجزاء درونی یک گره حسگر
هر گره حسگر به یکسری تجهیزات درونی مجهز است که وجود هر کدام، طبق وظیفه و شرایط احتمالی هر گره، ضروری میباشد. اجزاء درونی یک گره در شکل2-2 آمده است.وظایف هر یک از این اجزاء به شرح زیر می‌باشد :
حسگر: حسگر با حس محیط، میزان تغییرات پارامتر خاصی از محدوده حس خود در محیط را در قالب یک سیگنال الکتریکی ارائه میدهد.
مبدل انالوگ به دیجیتال: ممکن است سیگنال دریافتی از بخش حسگر ماهیت آنالوگ داشته باشد. لذا این بخش سیگنال مربوطه را به دیجیتال تبدیل میکند تا در بخشهای بعدی پردازش براحتی صورت گیرد.
پردازنده: پردازنده مرکزی گره میباشد. تمام کنترل روال کاری گره و همچنین عملیات محاسباتی و پردازشی بر روی اطلاعات گره در این بخش صورت میگیرد.
حافظه: جهت ذخیره سازی اطلاعات لازم برای پردازش و یا دادههای دریافت شده به طور موقت و ریز برنامههای مورد نیاز استفاده میشود.
فرستنده و گیرنده: جهت برقراری ارتباط با سایر گرهها میباشد.
منبع تغذیه: جهت فراهم سازی و تخصیص انرژی مصرفی مورد نیاز برای هر کدام از اجزاء به کار می‌رود. در هر گره قطعاً از یک باتری استفاده میشود که با توجه به شرایط خاص مورد استفاده ممکن است با نور آفتاب نیز قابل شارژ باشد، ولی اکثراً چنین نیست. درون گره نیز هر جزء به نیروی مصرفی خاصی نیاز دارد که بایستی قدرت و انرژی مصرفی کل، بطوری بین اجزاء تقسیم و کنترل شود که صرفاً موقع نیاز صرف گردد.
سیستم موقعیتیاب: در برخی از گرهها تعبیه شده است و در بسیاری نیز وجود ندارد و جهت انجام عملیات موقعیتیابی گرهها میباشد.
واحد متحرکساز: در برخی از گرهها تعبیه شده است و در بسیاری نیز وجود ندارد و جهت متحرک ساختن گره به منظور خاصی مثل چرخیدن و یا جابجایی جزئی گره است.
شکل2-2: اجزاء درونی یک گره حسگر
2-3-2. محدودیت های سخت افزاری یک گره حسگر
عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، تواناییهای مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و عملی شدن ایدهها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره با برخی محدودیتهای سختافزاری مواجه باشد . این محدودیت‌ها عبارتند از:
هزینه پائین: سیستم نهایی از نظر اقتصادی باید مقرون به صرفه باشد. لذا چون تعداد گرهها در یک شبکه بسیار زیاد است، هر چه از هزینه هر گره کاسته شود، صرفه جویی بیشتری در سطح شبکه صورت می‌پذیرد.
حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهای که زیر نظر دارند بخشی را به حجم خود اختصاص میدهند. هر چه این نسبت (حجم گره به محدوده زیر نظر) کمتر باشد، عملکرد شبکه بهتر میباشد و از طرفی در اکثر موارد برای اینکه گرهها جلب توجه نکنند و یا بتوانند در برخی مکانها قرار بگیرند لازم است که حجم بسیار کوچکی داشته باشند.
انرژی مصرفی پائین: منبع تغذیه گرهها محدود میباشد و در عمل معمولاً امکان تعویض یا شارژ مجدد غیرممکن میباشد. لذا باید از انرژی موجود به بهترین نحو ممکن استفاده گردد.
نرخ بیت پائین: به خاطر وجود برخی محدودیتها (انرژی و غیره)، عملا میزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در یک گره حسگر پائین است.
خودمختار بودن: هر گره بایستی از سایر گرهها مستقل باشد و بتواند عملکرد خود را طبق تشخیص و شرایط خود انجام دهد.
قابلیت تطبیق پذیری: در طول انجام نظارت بر محیط، ممکن است شرایط در هر زمانی دچار تغییرات شود. مثلا برخی از گرهها خراب گردند. لذا هر گره باید بتواند وضعیت خود را با شرایط بوجود آمده جدید تطبیق دهد.
2-4 .پشته پروتکلی
مطابق شکل2-3 پشته پروتکلی شبکههای حسگر از یک طرف دارای پنج لایه شامل لایه های فیزیکی، پیوند و کنترل رسانه انتقال، شبکه، انتقال و کاربرد و از طرفی دارای سه فاز مدیریت انرژی، مدیریت حرکت و مدیریت وظیفه است . وظیفه لایه فیزیکی عملیات مدولاسیون و ارسال و دریافت در سطح پایین میباشد. لایه کنترل دسترسی رسانه باید قادر باشد با حداقل تصادم به روش پخش همگانی با هر گره همسایه ارتباط برقرار کند. لایه شبکه وظیفه مسیریابی را بر عهده دارد. لایه انتقال وظیفه مدیریت جریان انتقال بستهها را در صورت نیاز کاربرد بر عهده دارد. بسته به کاری که شبکه برای آن طراحی شده انواع مختلف نرمافزارهای کاربردی میتواند روی لایه کاربرد استفاده شود و خدمات مختلفی را ارائه نماید.
شکل 2-3: پشته پروتکلی شبکههای حسگر
فاز مدیریت انرژی با دخالت در کلیه لایهها، چگونگی مصرف انرژی برای گره را تعیین می‌کند. در واقع برای کاهش مصرف انرژی به الگوریتمها و پروتکلهای انرژی آگاه نیازمندیم. مثلا اینکه یک گره پس از دریافت یک پیغام از یکی از همسایگانش، دریافت کنندهاش را خاموش کند باعث جلوگیری از دریافت دوباره پیغام و در نتیجه کاهش مصرف انرژی می‌گردد. ایده دیگری که میتواند همزمان استفاده شود این است که گرهای که به سطح پایین انرژی رسیده به همسایههایش اعلام همگانی میکند که انرژیاش در حال اتمام است و نمیتواند در مسیردهی پیغامها شرکت داشته باشد. گرههای همسایه پس از آن، پیغامها را از طریق گرههای دیگر مسیردهی خواهند کرد. فاز مدیریت حرکت، که به بکارگیری روشهای مکان آگاه در لایههای مختلف بر میگردد، جابجایی گره را تشخیص داده و ثبت میکند بنابراین رد گره متحرک دنبال و در صورت لزوم مدیریت میشود. فاز مدیریت وظیفه وظایف گرهها را زمانبندی کرده و متعادل میسازد. مثلا اگر وظیفه حس به یک ناحیه معین محول شد همه گرههای حسگر آن ناحیه لازم نیست عملیات حس را بطور همزمان انجام دهند بلکه این وظیفه میتواند بسته به کاربرد به برخی گرهها مثلا به گرههایی که قابلیت اطمینان بیشتر یا ترافیک کمتر یا انرژی بیشتر دارند محول شود.
2-5 .مزایای شبکه های حسگر بیسیم
هر سیستم طراحی شده، با توجه به ویژگیهای ذاتی خودش یکسری شرایط و موقعیتهای خاص را میطلبد و در مواقع استفاده در آن شرایط و موقعیتها، نسبت به سیستمهای مشابه خود دارای یکسری مزیتها و معایب میباشد که بایستی در نهایت با یک برآورد ضمنی و با توجه به تمام شرایط موجود، سیستمی که بهترین کارایی نسبت به هزینه را دارد، انتخاب کرد. در ذیل ابتدا مزایای شبکه های حسگر بیسیم و سپس یکسری کاربردهای چنین شبکه های لیست شده است.
طبق ساختار گرهها و شبکه و نحوه معماری ارتباطات که در بخشهای گذشته مشاهده شد، میتوان یک سری مزیتهای شبکه های حسگر بیسیم، نسبت به سایر سیستمها برای انجام کارهای مشابه، استخراج نمود و به ترتیب ذیل لیست نمود.
برپایی سریع در مواقع اضطراری و فوری
مناسب بودن در محیطهای که بایستی پارازیت و اختلال نباشد
اجتناب از قرار گرفتن در محیطهای خطرناک و غیر عاقلانه برای مطالعات مکرر
شیوه اقتصادی مقرون به صرفه برای جمع آوری اطلاعات در طولانی مدت
2-6 .کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم
از ویژگی‌های مناسب یک تکنیک یا یک سیستم، قابلیت استفاده از ان در سناریوها و کاربردهای متعدد و مختلف می‌باشد. [2]مخصوصاً اگر یک سیستم بتواند وظیفه خود را بصورت مستقل و کامل انجام دهد و قابلیت تبادل اطلاعات با سایر سیستم‌ها از طریق پروتکل‌های استاندارد را داشته باشد. شبکههای حسگر بیسیم برای مشاهده و بررسی آماری و همینطور پیگردی یک یا چند هدف معین در محیط مدنظر میباشد. با توجه به ویژگیهای ذاتی شبکههای حسگر میتوان از انها در کاربردهای مختلف استفاده کرد. از این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

میدانهای جنگی:
همانطور که در قسمت (الف) و (ب) شکل 2-4 دیده میشود، در میدانهای جنگی میتوان جهت شناسایی و بررسی اماری تجهیزات و نیروی دشمن، کلاسبندی و پیگیری نحوه ارایش و مسیر حرکت نیروهای دشمن و یا نیروهای خودی از شبکه‌های حسگر استفاده نمود.

شناسایی محیطهای الوده:
در محیطهای مختلف امکان وجود الودگیهای مختلفی است. لذا با استفاده از چنین شبکههایی میتوان وجود الودگیهای مشخصی را در سطح محیط تحت نظر، چک کرد و حتی میزان غلظت الودگی در قسمت‌های مختلف را بررسی نمود.
نظارت بر محیط زیست:
از دیرباز انسان به دنبال کشف مجهولات و زیباییهای جهان بوده است. بسیاری از تحقیقات در زمینه محیط زیست نیازمند انجام مطالعات مکرر و متمرکز و صرف زمان زیادی جهت جمع آوری اطلاعات میباشد که معمولا از حوصله و توانایی انسان خارج میباشد. لذا می‌توان در اینگونه تحقیقات از دستگاههای دیدهبانی، تحلیلگر و ذخیره کننده نتایج استفاده کرد. ازسوی دیگر، به خاطر وجود برخی شرایط محیط زیست اکثر کارهای تحقیقاتی باید در سکوت و آرامش صورت گیرد تا وجود انسان و تجهیزات در محیط اثر منفی در عملکرد غریزهای و واقعی موجودات نداشته باشد و موجب کاهش کیفیت تحقیق نگردد. از این رو معمولا تمام سیستمهای نظارتی قابلیت کنترل از راه دور را دارند. همانطور که در قسمتهای (پ) و(ت) شکل 2-4 دیده میشود، کوچک بودن گرههای حسگر، قابلیت قرار گرفتن در هر گوشه کناری حتی لابلای برگ درختان، کسب اطلاعات در حد جزئیات زیاد، نداشتن تاثیرات مضر زیست محیطی، ذخیره اطلاعات در صورت اتفاق افتادن رخداد مدنظر و عدم تداخل با سایر سیستمهای مخابراتی میتواند دلایل مناسبی جهت توجیه استفاده از شبکههای حسگر نسبت به سایر سیستمهای مشابه در اینگونه کاربردهای نظارتی باشد. در مواردی همچون بررسی وضعیت آب و هوای جوی محیط، بررسی وضعیت ظاهری محیط بخصوص محیط سرسبز و جنگلی، بررسی رشد و نمو گیاهان و موجودات، موقعیتیابی و پیگیری موجودات معین در محیط زیست میتوان از قدرت بالای شبکههای حسگر در امر نظارت استفاده کرد.
بررسی و تحلیل وضعیت بناهای ساختمانی:
بسیاری از سازمانها و موسسات تحقیقاتی در زمینه عمران و مسکن برای انجام مطالعات و تحقیقات خود از وضعیت بناهای مدنظر در طول زمان یا در هنگام بروز حوادث طبیعی بخصوص زلزله نیازمند استفاده از تجهیزات نظارتی میباشند تا اطلاعاتی مانند میزان فشار و تحمل مصالح، وجود ترک، میزان اسیب وارده، وضعیت فرسودگی، امنیت و حفاظت ساختمان و سایر جزئیات مرتبط با هدف تحقیقات را در مورد بناهائی مثل ساختمانهای قدیمی، پلها، سدها، موزهها وغیره جمع اوری کنند (قسمت (ث) شکل2-4). با توجه به تواناییهای شبکههای حسگر میتوان مدعی شد که این سیستم بهترین و کارسازترین تکنیک در این زمینه تحقیقات میباشد.
در جادهها و بزرگراههای هوشمند:
امروزه یکی از مشکلات بزرگ شهری، کنترل وضعیت ترافیک در سطح شهر میباشد. همانطور که در قسمت (ج) شکل 2-4 دیده میشود با برپایی شبکهای از گرههای حسگر در سطح شهر و قرار دادن گرهها در بزرگراهها و خیابانهای شهر میتوان بزرگراهها و خیابانها را هوشمند ساخت و از وضعیت تراکم عبور و مرور وسایل نقلیه و یا بروز حوادث در نقاط تحت نظر گرههای حسگر، اطلاع یافت و در نهایت در کل سطح شهر وضعیت ترافیک و تصادفات را شناسایی و پیگیری نمود .
کاربردهای مختلف در زمینه پزشکی:
در زمینه بررسی و مطالعات پزشکی در مورد موجودات و یا گیاهان جهت آگاهی از وضعیت جسمانی میتوان از گرههای حسگر استفاده نمود. این استفاده می‌تواند در موارد مختلفی از جمله قرار دادن گرهها در لایههای زیر پوست برای انجام مطالعات مکرر در طی مدت نسبتاً طولانی، دستگاههای پزشکی و بخصوص در زمینه فیزیک پزشکی و غیره باشد.

شکل 2-4:  نمونه کاربردهای شبکههای حسگر بیسیم
2-7 .طراحی شبکه های حسگر بی سیم
عوامل متعددی در طراحی شبکههای حسگر موثر است و موضوعات بسیاری در این زمینه مطرح است که بررسی تمام آنها در این نوشتار نمیگنجد از این رو تنها به ذکر برخی از انها بطور خلاصه اکتفا میکنیم.
1- مسیریابی : ماهیت اصلی شبکههای حسگر به این صورت است که کارهایی که انجام میدهند باید به صورت محلی باشد چرا که هر گره تنها میتواند با همسایه های خود ارتباط برقرار کند و اطلاعات کلی و سراسری از شبکه چندان در دسترس نیست (جمعاوری این اطلاعات هزینه و زمان زیادی را مصرف میکند). اطلاعات بدست امده توسط گرهها، باید با استفاده از تکنیکهای مسیریابی، به نحوی به گره مرکزی ارسال گردد.
2- تنگناهای سختافزاری : هرگره ضمن اینکه باید کل اجزاء لازم را داشته باشد باید به حد کافی کوچک، سبک و کم حجم نیز باشد. در عین حال هر گره باید انرژی مصرفی بسیار کم و قیمت تمام شده پایین داشته و با شرایط محیطی سازگار باشد. اینها همه محدودیتهایی است که کار طراحی و ساخت گره‌های حسگر را با چالش مواجه میکند. ارائه طرحهای سختافزاری سبک و کم حجم در مورد هر یک از اجزای گره بخصوص قسمت ارتباط بیسیم و حسگرها از جمله موضوعات تحقیقاتی است که جای کار بسیار دارد. پیشرفت فناوری ساخت مدارات مجتمع با فشردگی بالا و مصرف پایین، نقش بسزایی در کاهش تنگناهای سختافزاری داشته است.
3- تحملپذیری خطا و قابلیت اطمینان : هر گره ممکن است خراب شود یا در اثر رویدادهای محیطی مثل تصادف یا انفجار بکلی نابود شود یا در اثر تمام شدن منبع انرژی از کار بیفتد. منظور از تحمل‌پذیری یا قابلیت اطمینان این است که خرابی گرهها نباید عملکرد کلی شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. در واقع میخواهیم با استفاده از اجزای غیر قابل اطمینان یک شبکه قابل اطمینان بسازیم.
4- توپولوژی : توپولوژی شبکه یکی از مفاهیم اولیه در شبکههای حسگر است که دیگر موارد نظیر مسیریابی و غیره بر روی آن تعریف میشود. ساختارهای زیادی در توپولوژی مطرح است که بر اساس اولویتهای مختلف و در شرایط متفاوت یکی بر دیگری برتری دارد. از جمله مواردی که در انتخاب یک ساختار تاثیر میگذارد میتوان به مصرف انرژی کمتر، تنک بودن ساختار، کم بودن درجه گره، تحملپذیری خطا و تداخل اشاره کرد.
5- مقیاسپذیری : شبکه باید هم از نظر تعداد گره و هم از نظر میزان پراکندگی گرهها مقیاسپذیر باشد. بعبارت دیگر شبکه حسگر از طرفی باید بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتی میلیونها گره کار کند و از طرف دیگر، چگالی توزیع متفاوت گرهها را نیز پشتیبانی کند. در بسیاری کاربردها توزیع گرهها تصادفی صورت میگیرد و امکان توزیع با چگالی مشخص و یکنواخت وجود ندارد یا گرهها در اثر عوامل محیطی جابجا میشوند. بنابراین چگالی باید بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغییر کند. موضوع مقیاسپذیری به روشها نیز مربوط میشود برخی روشها ممکن است مقیاسپذیر نباشند یعنی در یک چگالی با تعداد محدود از گره کار کند. در مقابل برخی روشها مقیاسپذیر هستند.
6- شرایط محیطی : طیف وسیعی از کاربردهای شبکههای حسگر مربوط به محیطهایی میشود که انسان نمیتواند در آن حضور داشته باشد. مانند محیطهای آلوده از نظر شیمیایی، میکروبی، هستهای و یا مطالعات در کف اقیانوسها و فضا و یا محیطهای نظامی به علت حضور دشمن و یا در جنگل و زیستگاه جانوران که حضور انسان باعث فرار انها میشود. در هر مورد، شرایط محیطی باید در طراحی گرهها در نظر گرفته شود مثلا در دریا و محیطهای مرطوب گره حسگر در محفظهای که رطوبت را منتقل نکند قرار می‌گیرد.
7- رسانه ارتباطی : در شبکههای حسگر ارتباط گرهها بصورت بیسیم و از طریق رسانه رادیویی، مادون قرمز، یا رسانه‌های نوری صورت میگیرد. در رسانه رادیویی که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد از باندهای مختلف صنعتی، علمی و پزشکی که در اکثر کشورها آزاد است استفاده میشود. تعیین فرکانس در این رسانه با توجه به برخی محدودیتهای سختافزاری، کارائی آنتن و مصرف انرژی است. به خاطر لزوم دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده، رسانه مادون قرمز چندان مورد استفاده شبکههای حسگر نیست هرچند ساختن انها ارزان و آسان است. اخیرا، رسانه نوری به عنوان رسانه ارتباطی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این توجهات میتوان به استفاده از آن در ذره غبار هوشمند اشاره کرد . انتخاب رسانه ارتباطی از بین این سه رسانه (رادیویی، مادون قرمز و نوری) با توجه به محدودیتها و ویژگیهای کاربرد مورد نظر از مسائل مطرح در طراحی شبکههای حسگر است.
8- افزایش طولعمر شبکه : طولعمر گرهها بعلت محدودیت انرژی منبع تغذیه کوتاه است. علاوه بر آن در برخی مواقع، موقعیت ویژه یک گره در شبکه مشکل را تشدید میکند. مثلاً گرهای که در فاصله یک قدمی گره مرکزی قرار دارد از یک طرف بخاطر بار کاری زیاد خیلی زود انرژی خود را از دست میدهد و از طرفی از کار افتادن آن باعث قطع ارتباط گره مرکزی با کل شبکه و در نتیجه موجب از کار افتادن شبکه میشود. مشکل تخلیه زود هنگام انرژی در مورد گرههای نواحی کم تراکم در توزیع غیر یکنواخت گرهها نیز صدق میکند در اینگونه موارد داشتن یک مدیریت انرژی در داخل گرهها و ارائه راهحلهای انرژیآگاه بطوری که از گرههای بحرانی کمترین استفاده را بکند مناسب خواهد بود. با توجه به مطالب بیان شده تمام الگوریتمها و تکنیکهای مورد استفاده در شبکههای حسگر به انرژی بعنوان یک محدودیت جدی نگاه میکنند و سعی میکنند با آگاهی از سطح انرژی مصرفی عمل کنند تا کمترین انرژی مصرف گردد و در نتیجه افزایش طولعمر شبکه حسگر را به دنبال داشته باشد.

2-8. طبقه بندی تکنیک های خوشه بندی
ما بر اساس یکسری معیار ها که شرایط را برای ما تعیین می کنند می توانیم خوشه بندی های متفاوتی را به شبکه ی خود اعمال کنیم. این تکنیک ها را می توانیم طبقه بندی کنیم.
2-8-1. مدل شبکه
معماری های مختلف و طراحی اهداف / محدودیت ها برای برنامه های مختلف WSN ها بررسی شده است. در زیر برخی از پارامترهای مربوطه معماری و مشخص کردن پیامدهایشان در شبکه خوشه بندی آمده است:

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید