مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل های آماری حرکت : پایان نامه ارشد برق مخابرات
پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوان مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل های آماری حرکت در 130 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 تحقیق مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل های آماری حرکت :
شبکه های حسگر خودرویی شامل گره های متحرکی هستند که در طی حرکت به اندازه گیری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی محیط می پردازند. گره های حسگر معمولا دارای انرژی محدودی هستند که همین محدودیت طول عمر باعث تحقیقات بسیاری توسط پژوهشگران بر روی شبکه ی حسگر بی سیم شده است اما مبحث طول عمر در شبکه های حسگر خودرویی اهمیت کمتری نسبت به دیگر شبکه های حسگر دارد.
پوشش در شبکه های حسگر خودرویی به چگونگی مشاهده ی فیزیکی فضا اطلاق می شود. بنابراین پوشش دینامیکی، پوششی بر مبنای مدل حرکت گره ها است که چندین خودرو با همکاری یکدیگر به مبحث پوشش محیط می پردازند.
پوشش دینامیکی توسط چندین پژوهشگر مورد مطالعه قرار گرفته است که اغلب این پژوهشگران از مدل سنجش Boolean برای مدل سازی پوشش دینامیکی محیط استفاده کرده اند. اگر چه مدل های سنجش Shadow fading و Elfes مدل های واقعی تری برای مدل سازی پوشش دینامیکی محیط توسط شبکه های حسگر خودرویی می باشند.
در پایان نامه ی پیش رو، ما علاوه بر بررسی مدل های حرکت مختلف، مدل حرکت گوس مارکوف را به عنوان مدل اصلی حرکت برای مدل سازی پوشش دینامیکی با توجه به سه مدل سنجش Boolean، Shadow fading و Elfes انتخاب کرده ایم. ما این امر را با توجه به محاسبات تئوری موقعیت های گره ها در هر گام حرکت و مقایسه ی آن با نتایج مستقیم شبیه سازی مدل حرکت گوس مارکوف انجام می دهیم. و در آخر مقایسه ای بین پوشش دینامیکی با سه مدل سنجش Boolean، Shadow fading و Elfes انجام می دهیم.
کلید واژه: پوشش دینامیکی، مدل حرکت گوس مارکوف، مدل سنجش Boolean، مدل سنجش Shadow fading، مدل سنجش Elfes
هدف:
هدف اصلی این پایان نامه مدل کردن پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل های آماری حرکت است. به غیر از بررسی مدل های حرکت مختلف، مدل حرکت اصلی انتخاب شده برای این امر، مدل حرکت گوس مارکوف می باشد. برای بررسی بهتر پوشش دینامیکی، از سه مدل سنجش مختلف استفاده می کنیم و نتایج بررسی ها را با هم مقایسه می کنیم.
فهرست مطالب تحقیق مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر :
چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….2
هدف…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….3
فصل اول: معرفی شبکه ی حسگر بی سیم………………………………………………………………………………………………….4
1-1) انواع شبکه های بی سیم………………………………………………………………………………………………………………………….4
1-2) شبکه های حسگر بی سیم……………………………………………………………………………………………………………………….6
1-3) انواع شبکه های حسگر بی سیم بر اساس استقرار……………………………………………………………………………………….6
1-4) کاربردهای شبکه حسگر بی سیم………………………………………………………………………………………………………………7
1-5) مزایای شبکه های حسگر بی سیم…………………………………………………………………………………………………………….8
1-6) معایب شبکه های حسگر بی سیم…………………………………………………………………………………………………………….8
1-7) ساختمان گره های شبکه…………………………………………………………………………………………………………………………8
1-8) اهداف کلی طراحی شبکه………………………………………………………………………………………………………………………..9
1-9) خصوصیات مهم شبکه های حسگر بی سیم……………………………………………………………………………………………..10
1-10) نتیجه گیری فصل اول………………………………………………………………………………………………………………………….11
فصل دوم: مسئله ی پوشش در شبکه های حسگر بی سیم…………………………………………………………………………..12
2-1) پوشش چیست؟……………………………………………………………………………………………………………………………………12
2-2) تقسیم بندی اول انواع پوشش…………………………………………………………………………………………………………………12
2-3) تقسیم بندی دوم انواع پوشش…………………………………………………………………………………………………………………14
2-4) شبکه ی متصل……………………………………………………………………………………………………………………………………..18
2-4-1) شعاع های حسی و مخابراتی گره های حسگر………………………………………………………………………………………18
2-5) نحوه ی پوشش شبکه ی حسگر بی سیم ویدئویی و تفاوت آن با شبکه های حسگر سنتی…………………………….23
2-6) نتیجه گیری فصل دوم…………………………………………………………………………………………………………………………..25
فصل سوم: مفاهیم مربوط به انرژی و حرکت در مبحث پوشش شبکه حسگر بی سیم………………………………………26
3-1) بررسی انرژی در پوشش شبکه های حسگر بی سیم………………………………………………………………………………….26
3-1-1) استراتژی بر پایه ی قدرت برای تعامل بین انرژی و پوشش……………………………………………………………………29
3-1-2) استراتژی بر پایه ی شبکه توری برای تعامل بین انرژی و پوشش…………………………………………………………….29
3-1-3) استراتژی بر پایه ی رویکرد مبتنی بر هندسه ی محاسباتی برای تعامل بین انرژی و پوشش………………………..30
3-2) بررسی کیفیت خدمات (QoS) در زمینه پوشش……………………………………………………………………………………….33
3-3) پوشش K تایی ( K-پوشش)…………………………………………………………………………………………………………………34
3-4) الگوریتم Wake up برای به دست آوردن حداقل گره های حسگر که منطقه مورد نظر را پوشش می دهند……..36
3-5) تحرک حسگرها به منظور بهبود پوشش………………………………………………………………………………………………….37
3-5-1) حسگر موبایل…………………………………………………………………………………………………………………………………37
3-5-2) شبکه بین خودرویی (وسایل نقلیه) اقتضایی………………………………………………………………………………………38
3-6) استقرار تصادفی حسگرها در مقابل الگوریتم استقرار بهینه حسگرها…………………………………………………………..40
3-7) انواع مدلهای حرکت…………………………………………………………………………………………………………………………..44
3-7-1) مدل سازی حرکت با محدودیت جغرافیایی…………………………………………………………………………………………45
3-7-1-1) مدل حرکت جاده ای……………………………………………………………………………………………………………………45
3-7-1-2) مدل حرکت مانعی……………………………………………………………………………………………………………………….47
3-7-2) مدل حرکتکوچک و مدلحرکت بزرگ……………………………………………………………………………………………..48
3-8) نتیجه گیری فصل سوم………………………………………………………………………………………………………………………….49
فصل چهارم: پوشش دینامیکی……………………………………………………………………………………………………………….50
4-1) پوشش Sweep……………………………………………………………………………………………………………………………………50
4-2) MOBEYES………………………………………………………………………………………………………………………………………53
4-2-1) بررسی اجمالی معماری MOBEYES………………………………………………………………………………………………..55
4-2-2) واسط حسگر MOBEYES (MSI)……………………………………………………………………………………………………56
4-2-3) استاندارد واسط با حسگرهای صوتی / تصویری……………………………………………………………………………………56
4-2-4) واسط استاندارد با حسگر دما………………………………………………………………………………………………………………57
4-2-5) واسط استاندارد با تعیین موقعیت سیستم………………………………………………………………………………………………57
4-2-6) انتشار / برداشت پردازنده MOBEYES (MDHP)………………………………………………………………………………57
4-2-7) MOBEYES؛ دستورالعمل ها و معماری…………………………………………………………………………………………….58
4-2-8) Bloom Filter و کاربرد آن……………………………………………………………………………………………………………….58
4-2-9) عملکرد MOBEYES………………………………………………………………………………………………………………………58
4-2-10) ارزیابی عملکرد MOBEYES…………………………………………………………………………………………………………59
4-3) پوشش واحدهای کنار جاده…………………………………………………………………………………………………………………….61
4-3-1) کارهای مرتبط…………………………………………………………………………………………………………………………………..62
4-3-2) الگوریتم حمل و نقل و مدل شبیه سازی………………………………………………………………………………………………62
4-3-3) قانون حمل و نقل مثلث…………………………………………………………………………………………………………………….62
4-4) ایده ی اصلی برای مطالعه بر روی پوشش دینامیکی محیط زیست………………………………………………………………64
4-4-1) پیشینه ی کار……………………………………………………………………………………………………………………………………64
4-4-2) انگیزه ی استفاده از حسگرهای بی سیم خودرویی………………………………………………………………………………..64
4-4-3) آزمایش و به کارگیری……………………………………………………………………………………………………………………….66
4-5) توپولوژی خیابان…………………………………………………………………………………………………………………………………….69
4-6) اندازه گیری های پوشش…………………………………………………………………………………………………………………………70
4-6-1) زمان تشخیص هدف…………………………………………………………………………………………………………………………..70
4-7) بررسی پوشش دینامیکی………………………………………………………………………………………………………………………….72
4-8) مدل سازی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….74
4-8-1) استراتژی کنترل دینامیکی پوشش بر اساس بهینه سازی دو گانه ی الگوریتم های ژنتیک و Taboo……………….74
4-8-2) انتخاب پوشش مجموعه ای از گره……………………………………………………………………………………………………….75
4-9) نتیجه گیری فصل چهارم…………………………………………………………………………………………………………………………76
فصل پنجم:مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل آماری حرکت گوس مارکوف.77
5-1) مدل حرکت گوس مارکوف…………………………………………………………………………………………………………………….77
5-1-1) گام قبل از شروع حرکت…………………………………………………………………………………………………………………….78
5-1-2)گام اول حرکت…………………………………………………………………………………………………………………………………..79
5-1-3) گام دوم حرکت………………………………………………………………………………………………………………………………….81
5-1-4) گام سوم تا گام n ام…………………………………………………………………………………………………………………………..81
5-2) شبیه سازی مدل حرکت گوس مارکوف……………………………………………………………………………………………………82
5-3) مقایسه محاسبات تئوری با مقادیر میانگین پنج شبیه سازی مدل حرکت گوس مارکوف………………………………….90
5-4) مدل سازی پوشش دینامیکی شبکه های حسگر خودرویی بر مبنای مدل حرکت گوس مارکوف………………………91
5-4-1) مدل سیستم و مدل های سنجش………………………………………………………………………………………………………….91
5-4-1-1) مدل سنجش Boolean…………………………………………………………………………………………………………………..92
5-4-1-2) مدل سنجش Shadow fading……………………………………………………………………………………………………….92
5-4-1-3) مدل سنجش Elfes………………………………………………………………………………………………………………………..93
5-4-2) پوشش شبکه…………………………………………………………………………………………………………………………………….93
5-4-2-1) احتمال پوشش شبکه در مدل سنجش Boolean……………………………………………………………………………..93
5-4-2-2) احتمال پوشش شبکه در مدل سنجش Shadow fading………………………………………………………………….94
5-4-2-3) احتمال پوشش شبکه در مدل سنجش Elfes…………………………………………………………………………………..94
5-4-3) پوشش دینامیکی با مدل سنجش Boolean…………………………………………………………………………………………95
5-4-4) پوشش دینامیکی با مدل سنجش Shadow fading……………………………………………………………………………..96
5-4-5) پوشش دینامیکی با مدل سنجش Elfes………………………………………………………………………………………………97
5-5) بررسی تغییر پارامترهای دو مدل سنجش Shadow fading و Elfes…………………………………………………………98
5-6) نتیجه گیری فصل پنجم………………………………………………………………………………………………………………………..100
نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………101
فهرست منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………102
فهرست جداول:
جدول 5-1: میانگین تعداد گره های داخل دایره در هر گام حرکت با سرعت متوسط 5 متر بر ثانیه…………………………85
جدول 5-2: میانگین تعداد گره های داخل دایره در هر گام حرکت با سرعت متوسط 10 متر بر ثانیه………………………..86
جدول 5-3: میانگین تعداد گره های داخل دایره در هر گام حرکت با سرعت متوسط 15 متر بر ثانیه………………………..87
جدول 5-4: میانگین تعداد گره های داخل دایره در هر گام حرکت با سرعت متوسط 20 متر بر ثانیه………………………..88
جدول 5-5: میانگین تعداد گره های داخل دایره در هر گام حرکت با سرعت متوسط 25 متر بر ثانیه………………………..89
جدول 5-6: مقادیر میانگین پنج شبیه سازی مدل حرکت گوس مارکوف……………………………………………………………….90
جدول 5-7: درصد بخش پوشش داده شده با توجه به مدل سنجش Boolean……………………………………………………….95
جدول 5-8: درصد بخش پوشش داده شده با توجه به مدل سنجش Shadow fading……………………………………………96
جدول 5-9: درصد بخش پوشش داده شده با توجه به مدل سنجش Elfes…………………………………………………………….97
فهرست اشکال:
شکل 1-1: مدل شبکه ی بی سیم اقتضایی………………………………………………………………………………………………………..5
شکل 1-2: اهداف طراحی شبکه حسگر بی سیم……………………………………………………………………………………………….9
شکل 2-1: پوشش مرزی……………………………………………………………………………………………………………………………….15
شکل 2-2: پوشش مرزی (مانع) برای شناسایی گره های متجاوز………………………………………………………………………..16
شکل 2-3: پوشش ناحیه ای…………………………………………………………………………………………………………………………..17
شکل 2-4: پوشش نقطه ای……………………………………………………………………………………………………………………………18
شکل 2-5: انواع شعاع های حسی و مخابراتی گره های حسگر………………………………………………………………………….19
شکل 2-6: نمونه ای از دو گره ی متصل به هم………………………………………………………………………………………………..19
شکل 2-7: یک شبکه ی حسگر بی سیم غیر متصل با 50 گره و شعاع مخابراتی m 150……………………………………….20
شکل 2-8: یک شبکه ی حسگر بی سیم متصل با 50 گره و شعاع مخابراتی m 400……………………………………………..21
شکل 2-9: یک شبکه ی حسگر بی سیم متصل با 250 گره و شعاع مخابراتی m 150…………………………………………..21
شکل 2-10: حفره ی پوشش………………………………………………………………………………………………………………………….22
شکل 2-11: مدل پوشش شبکه های حسگر ویدئویی………………………………………………………………………………………..24
شکل 3-1: همپوشانی بیش از حد نواحی حسی گره های مختلف……………………………………………………………………….27
شکل 3-2: عدم پوشش مناسب و ایجاد حفره ی پوششی به علت استقرار نامناسب گره ها…………………………………….27
شکل 3-3: انواع شبکه های توری (الف) مثلثی (ب) مربعی (ج) شش ضلعی……………………………………………………….29
شکل 3-4: نمودار وارونی……………………………………………………………………………………………………………………………..30
شکل3-5: نمودار وارونی برای استقرار تصادفی 100 گره…………………………………………………………………………………..31
شکل 3-6: الف) مثلث بندی دلانی ، ب) در مثلث بندی دلانی ، گره هایی که دیاگرام وارونی آنها کنار هم قرار گرفته باشند به هم متصل می شوند…………………………………………………………………………………………………………………………..32
شکل 3-7: پوشش 1 تایی (1-پوشش) بدست آمده از راه حل های شهودی…………………………………………………………35
شکل 3-8: روش استفاده از الگوریتم Wake up……………………………………………………………………………………………….36
شکل 3-9: یک گره ی حسگر در محاصره موانع غیر قابل نفوذ……………………………………………………………………………38
شکل 3-10 : شمايي کلي از شبكه‌هاي بين خودرويي اقتضایی (VANET)…………………………………………………………..39
شکل 3-11: استقرار تصادفی 20 گره ی حسگر موبایل………………………………………………………………………………………41
شکل 3-12: استقرار اصلاح شده ی 20 گره ی حسگر موبایل…………………………………………………………………………….41
شکل 3-13: نمودار وارونی استقرار تصادفی 20 گره ی حسگر موبایل…………………………………………………………………42
شکل 3-14: نمودار وارونی استقرار اصلاح شده ی 20 گره ی حسگر موبایل……………………………………………………….42
شکل 3-15: نمودار انرژی در فواصل مختلف برای طرح استقرار تصادفی 20 گره ی حسگر موبایل………………………..43
شکل 3-16: نمودار انرژی در فواصل مختلف برای طرح استقرار اصلاح شده ی 20 گره ی حسگر موبایل………………43
شکل 3-17: مثالی از حرکت گره ها در مدل حرکت تصادفی……………………………………………………………………………..44
شکل3-18: مدل حرکت بزرگراه……………………………………………………………………………………………………………………..46
شکل 3-19: مدل حرکت منهتن………………………………………………………………………………………………………………………46
شکل 3-20: نمونه ای از مسیرها و موانع………………………………………………………………………………………………………….48
شکل 4-1: نحوه ی پوشش Sweep………………………………………………………………………………………………………………..51
شکل 4-2: تشخیص گره ی مهاجم در پوشش Sweep……………………………………………………………………………………..51
شکل 4-3: نمونه ای از استفاده ی مدل های گراف برای پوشش Sweep……………………………………………………………..52
شکل 4-4: شبکه های حسگر خودرویی…………………………………………………………………………………………………………..54
شکل 4-5: نحوه ی انتشار و برداشت اطلاعات…………………………………………………………………………………………………54
شکل 4-6: معماری MOBEYES………………………………………………………………………………………………………………..55
شکل4-7 : معماری های مدولار از MOBEYES MSI………………………………………………………………………………….56
شکل 4-8: انتشار غیر فعال MOBEYES تک پرشه……………………………………………………………………………………….59
شکل 4-9: نقشه ی منطقه ی Westwood……………………………………………………………………………………………………..59
شکل 4-10: تعداد بسته های دریافت شده با تعداد پرش یک (K=1)………………………………………………………………..60
شکل 4-11: تعداد بسته های دریافت شده با تعداد پرش سه (K=3)…………………………………………………………………60
شکل 4-12: نمونه ای از منطقه خدمات RSU……………………………………………………………………………………………….61
شکل 4-13: موقعیت خودروها و RSU در جاده ها………………………………………………………………………………………..62
شکل 4-14: در دو قسمت (الف) و (ب) انواع مختلف استفاده از اصل مثلث را مشاهده می کنیم…………………………63
شکل 4-15: نواحی پوشش داده شده ی جاده………………………………………………………………………………………………..63
شکل 4-16: نحوه ی پوشش دهی جاده توسط حسگر استاتیک……………………………………………………………………….65
شکل 4-17: نحوه ی پوشش دهی جاده توسط حسگر دینامیک……………………………………………………………………….65
شکل 4-18: گره حسگر توسعه یافته برای نظارت بر کیفیت هوا………………………………………………………………………66
شکل 4-19: خوانش گرد و غبار در امتداد جاده ها…………………………………………………………………………………………67
شکل 4-20: خوانش مونوکسید کربن…………………………………………………………………………………………………………..67
شکل 4-21: اندازه گیری گازهای دیزل کامپوزیت…………………………………………………………………………………………68
شکل 4-22: اندازه گیری گازهای بنزین کامپوزیت………………………………………………………………………………………..68
شکل 4-23: توپولوژی خیابان…………………………………………………………………………………………………………………….69
شکل 4-24: حرکت گره ها در بازه ی زمانی 0 تا T و تغییر نواحی پوشش داده شده………………………………………..70
شکل 4-25: سرعت نسبی حسگر برای تشخیص هدف مورد نظر…………………………………………………………………..70
شکل 4-26: چیدمان مطلوب برای مسیر بین دو نقطه T و S………………………………………………………………………….73
شکل 4-27: چیدمان نامطلوب برای مسیر بین دو نقطه T و S……………………………………………………………………………73
شکل 4-28: تشخیص تراکم………………………………………………………………………………………………………………………….75
شکل 5-1: نمونه ای از حرکت خودروها با مدل حرکت گوس مارکوف با متوسط سرعت 5 متر بر ثانیه………………..82
شکل 5-2: نمونه ای از حرکت خودروها با مدل حرکت گوس مارکوف با متوسط سرعت 10 متر بر ثانیه………………83
شکل 5-3: نمونه ای از حرکت خودروها با مدل حرکت گوس مارکوف با متوسط سرعت 15 متر بر ثانیه………………83
شکل 5-4: نمونه ای از حرکت خودروها با مدل حرکت گوس مارکوف با متوسط سرعت 20 متر بر ثانیه………………84
شکل 5-5: نمونه ای از حرکت خودروها با مدل حرکت گوس مارکوف با متوسط سرعت 25 متر بر ثانیه………………84
شکل 5-6: طبقه بندی مدل های سنجش گره ها………………………………………………………………………………………………91
شکل5-7: مدل سنجش رندم…………………………………………………………………………………………………………………………95
شکل 5-8: مقایسه محاسبات تئوری و انجام آزمایشات شبیه سازی برای پوشش دینامیکی با مدل سنجش Boolean داخل دایره برای زمان های صفر تا 10 ثانیه……………………………………………………………………………………………………..96
شکل 5-9: مقایسه محاسبات تئوری و انجام آزمایشات شبیه سازی برای پوشش دینامیکی با مدل سنجش Shadow-fading داخل دایره برای زمان های صفر تا 10 ثانیه با 2n= و 6?= وقتی هدفی در فاصله ی 45 متری حسگر قرار داشته باشد…………………………………………………………………………………………………………………………………97
شکل 5-10: مقایسه محاسبات تئوری و انجام آزمایشات شبیه سازی برای پوشش دینامیکی با مدل سنجش Elfes داخل دایره برای زمان های صفر تا 10 ثانیه با 0.01 = و 75Rmax=………………………………………………………………………..98
شکل 5-11: مدل سازی پوشش دینامیکی داخل دایره با مدل سنجش Shadow fading با توجه به n=2, ?=6, 8 & 10 dB و سرعت متوسط 20 متر بر ثانیه…………………………………………………………………………..99
شکل 5-12: مدل سازی پوشش دینامیکی داخل دایره با مدل سنجش Shadow fading با توجه به ?=6 dB, n=2, 3 & 4 و سرعت متوسط 20 متر بر ثانیه…………………………………………………………………………….99
شکل 5-13: مدل سازی پوشش دینامیکی داخل دایره با مدل سنجش Elfes با توجه به =0.01, 0.02 & 0.03 و سرعت متوسط 20 متر بر ثانیه…………………………………………………………………………………………………………………….100
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها