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 دیجی لود 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 164 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 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:
1-آیا تعداد گره های حسگر در میانگین مصرف انرژی مصرف است؟
2-آیا ابعاد ناحیه مورد آزمایش مصرف انرژی مصرف است ؟
3-بين مصرف انرژي و كارايي شبكه‌هاي حسگر چگونه مي‌توان مصالحه‌اي برقرار كرد؟
4-در چه كاربردهايي مصرف بهينه انرژي در شبكه حسگر حائز اهميت است؟
5-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.
1-ارايه الگوريتمي بهينه‌تر براي كاهش مصرف انرژي در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم با استفاده از قابليت‌هاي الگوریتم توزیع شده درهمسازی.
2-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 تحقیق کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلتر:
فصل 1 مقدمه 1
1-1.مقدمه 2
1-2.تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق 4
1-3.فرضیه ها 5
1-4.اهداف تحقیق 5
1-5.روش تحقیق 6
1-6.مراحل انجام تحقیق 6
1-7.نمای کلی راه حل ما 6
1-8.ساختار پایان نامه 7
فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی 8
1-2.معرفی شبکه های حسگر بی سیم 9
2-2. کاربرد شبکه های حسگر بی سیم 14
2-3.معماری شبکه های حسگر بی سیم 16
2-4.عوامل مهم در طراحی شبکه های حسگر بی سیم 16
2-5.اجزای نرم افزاری 21
2-6.سیستم عامل Tinyos 21
2-7.جدول توزیع درهم سازی 22
2-8.انواع جدول توزیع درهم سازی 23
2-9.مقایسه بلوم فیلتر و درهم سازی 26
2-10.توابع هش بلوم فیلتر 27
2-11.مروری بر پروتکل پیشنهادی بلوم فیلتر 28
2-11-1.مقدمه 28
2-11-2.سیستم بلوم فیلتر 29
2-12.طبقه بندی روش های کاهش مصرف انرژی در شبکه های حسگر 32
2-12-1.چرخه وظایف 32
2-12-2.روش های داده گرا 34
2-12-3.روش های مبتنی بر قابلیت تحرک 37
2-13.نتیجه گیری 39
فصل 3 مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی 40
3-1.پروتکل های مسیریابی 41
3-2.پارامترهای موثردر طراحی پروتکل های مسیر یابی 42
3-2-1. پروتکل با محوریت داده ( Data-Centeric-Protocols) 43
3-2-1-1. Flooding و Gossiping 44
3-2-1-2. SPIN 45
3-2-1-3. Direct Diffusion 46
3-2-1-4. EAR 46
3-2-1-5. GBR 48
3-2-2. پروتکل های دارای سلسله مراتبی (Hierachical-Protocols ) 48
3-2-2-1. LEACH 49
3-2-2-2.PEGASIS 49
3-2-2-3. TEEN 49
3-2-2-4. APTEEN 50
3-2-3. پروتکل های مبتنی بر مکان (Lcation-Based-Protocols ) 50
3-2-3-1. GEAR 50
3-2-4. پروتکل های مبتنی بر جریان شبکه و Qos 51
3-2-4-1. SAR 51
3-3. روش Anita Kanavalli 50
3-3-1. تعریف مسئله 54
3-3-2.الگوریتم 54
3-4. روش پیشنهادی برای مسیر یابی با کمک بلوم فیلتر 55
3-4-1. توضیحات مقدماتی 56
3-4-2.الگوریتم پیشنهادی 56
3-4-3. مثبت نادرست بلوم فیلتر 58
3-5. فشرده سازی بلوم فیلتر 62
3-6. جمع بندی پروتکل های مسیر یابی برای شبکه حسگر بی سیم 63
فصل 4 پروتکل جدید پیشنهادی 64
4-1. مقدمه 67
4-2. ارزیابی کارایی 67
4-2-1. مدل رادیویی 67
4-4-2.جزئیات شبکه 68
4-2-3.پارامترهای شبیه سازی 69
4-2-4.نتایج شبیه سازی 70
4-3.الگوریتم های خوشه بندی 74
4-3-1.الگوریتم LEACH 74
4-3-2.پروتکل خوشه بندی LEACHمرکز 77
4-3-3.معایب و مزایای الگوریتم LEACH 79
4-3-4.تعیین درصد خوشه در کل شبکه 79
4-4.روش پیشنهادی برای خوشه بندی 81
4-5.انتقال بلوم فیلتر 82
4-6.مقایسه روش پیشنهادی با LEACH 83
4-7.شبیه سازی 85
4-8.مصرف انرژی 90
4-9.نتیجه گیری 91
فصل 5 جمع بندی و پیشنهادها 92
5-1. مقدمه 93
5-2. یافته های تحقیق 94
5-3. نوآوری تحقیق 95
5-4. پیشنهادها 95
مراجع 96
پیوست1 99
پیوست2 129
واژه نامه 136
فهرست اشکال و نمودارها
فصل 1 مقدمه 1
فصل 2 مروری بر منابع مطالعاتی 8
شکل 2-1. ساختار کلی شبکه حسگر 10
شکل 2-2. ساختار خودکار 11
شکل 2-3. ساختار نیمه خودکار 11
شکل 2 -4. ساختمان داخلی گره حسگر/ کارانداز 13
شکل 2 -5. پشته پروتکلی 15
شکل 2 -6. نحوه طبقه بندی گره هادر شبکه حسگر 16
شکل 2-7. یک جدول درهم سازی توزیعی 22
شکل 2-8. شبکه آدرس پذیر محتوایی CAN 25
شکل 2-9. نمودار تابع درهم سازی بر حسب مثبت نادرست 28
شکل 2 -10. نمودار وابستگیMبهKوN 31
شکل 2 -11. نمای کلی کاهش داده ها 36
شکل 2 -12. مدل خطی تخمین اندازه گیری حسگرها( پارک و تاکشی2007 ) 37
شکل 2-13. مدل غیر خطی تخمین اندازه گیری حسگرها (پارک و تاکشی2007) 37
شکل 2-14. نمودار زمان عمر شبکه(محمد احمدی نیاوهمکاران،2011) 38
شکل 2-15. مقايسه ميزان مصرف انرژي در قسمت‌هاي مختلف گره حسگر 39
فصل 3 مسیریابی والگوریتم پیشنهادی 40
شکل 3-1. پدیده انفجار شبکه حسگر بی سیم 44
شکل 3-2. همپوشانی شبکه حسگر بی سیم 45
شکل 3-3. Spin شبکه حسگر بی سیم 46
شکل 3-4. Directed diffusion در شبکه حسگر بی سیم 46
شکل 3-5. Teen در شبکه حسگر بی سیم 50
شکل 3-6. نحوه عملکرد در روش SMA 52
شکل 3-7. چگونگی ارتباط حسگرهای متحرک با حسگرهای ثابت در پروتکل EAR 53
شکل 3-8. چند مثال از درخت های بدست آمده در SAR 54
شکل3-9. نموداربلوم فیلتر بر حسب مثبت نادرست با در نظر گرفتن وزن و فاصله 56
شکل3-10. مسیریابی و ارسال در بلوم فیلترها 57
شکل3-11. نمودار الگوریتم ها در بلوم فیلتر 57
شکل3-12. عضویت توابع درهم ساز در بلوم فیلتر 58
شکل3-13. احتمال مثبت نادرست در بلوم فیلتر128بیتی 61
شکل3-14. هیستوگرام تابع مشاهده شده احتمالات مثبت های نادرست برای پیکربندی بلوم فیلتر 62
فصل 4 نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها 64
شکل 4-1. محیط شبیه سازNS-2 69
شکل 4-2. تعداد بسته های رسیده به چاهک قبل از خاموشی اولین گره 71
شکل 4-3. تعداد گام های طی شده برای رسیدن بسته به چاهک 72
شکل 4-4. میزان مصرف انرژی برای رسیدن بسته به چاهک 72
شکل 4-5. تعداد رد و بدل شدن بسته ها بین گره ها ی شبکه تا خاموش شدن اولین گره 72
شکل 4-6. گراف مصرف انرژی الگوریتم پیشنهادیدر محیط NS-2 73
شکل 4-7. دو نمونه از اجرای الگوریتم LEACH 75
شکل 4-8. مراحل اجرای الگوریتم LEACH 76
شکل4-9. مراحل اجرای الگوریتم LEACH بر اساس خوشه ها 78
شکل4-10. نمودار تعیین درصد خوشه ها(P) 80
شکل 4-11. سرخوشه در بلوم فیلتر 81
شکل4-12.آرایشی در چند گره حسگر 84
شکل 4-13. تاثیر پارامترهای ورودی و خروجی 88
شکل 4-14. مصرف انرژی 89
شکل 4-15. گره های زنده 89
شکل 4-16. انرژی جهش ارسال 90
فصل 5 جمع بندی و پیشنهادها 92
مراجع 96
پیوست1 99
پیوست2 129
واژه نامه 136
فهرست جداول 1
فصل 1 مقدمه 1
فصل 2 مروری بر منابع مطالعاتی 8
فصل 3 مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی 40
جدول 3-1. احتمالات مثبت نادرست مشاهده شده 59
جدول 3-1. مقادیرمثبت نادرست در بلوم فیلتر 60
جدول 3-3. پروتکل های مسیر یابی برای شبکه های حسگر بی سیم 64
فصل 4 نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها 66
جدول 4-1.پارامترهای شبیه سازی 70
جدول 4-2. پارامترهای انرژی 88
فصل 5 جمع بندی و پیشنهادات 92
مراجع 96
پیوست1 99
پیوست 2 129
واژه نامه 136
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
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 شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها