تحلیل، مدلسازی و شبیه ­سازی مقیاس­پذیری در شبکه ­های حسگر بدون­ سیم با معیار ظرفیت
 

استاد راهنما
 

دکتر عباس محمدی
 

مهرماه 1391
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده
 

پژوهش حاضر، درمورد مسئله مقیاس پذیری در شبکه های سنسوری بدون سیم با قابلیت تصویربرداری است که با در نظر گرفتن یک سناریوی نسبتا کاربردی از شبکه سنسوری، و براساس معیارهای عملکرد ظرفیت قطع (outage) و ظرفیت ارگادیک (ergodic) شبکه، مقیاس­پذیری را مورد تحلیل، مدلسازی ریاضی و شبیه سازی قرار داده است.
مقیاس پذیری اصولا برای تعیین اثرات افزایش یا کاهش تعداد سنسور ها در پارامتر مورد نظر می باشد، هنگامیکه هدف، جلوگیری از هزینه های زیاد ساخت شبکه به علت ازدیاد غیر ضروری تعداد سنسور ها یا کاهش بیش از حد بازدهی شبکه ناشی از کمبود چگالی تعداد سنسور ها، است. برای نیل به این هدف، ابتدا سعی شده تا از سناریوی ای استفاده کنیم که از خوشه بندی شبکه بهره می برد. ابتدا با بدست آوردن توزیع های فاصله برای سنسورها با یکدیگر و با سرخوشه(هِدِر) و نیز توزیع فاصله سرخوشه ها تا ایستگاه اصلی، از طریق شبیه سازی، توانستیم توزیع تداخل و نتیجتا توزیع نسبت سیگنال به نویز و تداخل را در این شبکه، برای هر دو لایه درون خوشه و برون خوشه، بدست آوریم و سپس با بهره گرفتن از فرمول بندی های شبکه اقتضایی و سپس تعمیم به حالت خاص سناریوی شبکه سنسوری، فرم های مناسب و فرم بسته را در هردو لایه شبکه، برای تخمین تابع توزیع ظرفیت به دست آورده ایم. با مقایسه این نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از شبیه سازی ها، صحت آنها را تصدیق نمودیم.
برای بررسی مسئله مقیاس پذیری نیز با کمک شبیه سازیها به ازای پارامتر های مختلف شبکه، مانند تغییر چگالی سنسورها و سرخوشه ها در سطح شبکه، تغییر مقادیر نمای تضعیف کانال، تغییر حدآستانه برای ظرفیت قطع، اضافه نمودن فیدینگ (با توزیع رایلی) و . مقادیر میانگین و مجموع ظرفیت ارگادیک و قطع را در هر حالت بدست آورده و مقایسه نموده ایم. با شروع از سناریوی پراکنده(تنک) و حرکت به سمت سناریوی متراکم (چگال)، ابتدا مقادیر ظرفیت کل با اضافه شدن تعداد سنسور ها و نیز افزایش توان دریافتی در سرخوشه ها، افزایش یابد، اما با ادامه این روند، اثرات تداخلی بر این عوامل غالب شده و مقدار ظرفیت ها بعد از رسیدن به نقاط ماکزیمم، که بعنوان حد بهینه چگالی ها مطرح میشود، شروع به کاهش نماید. همچنین برای توزیع های احتمال ظرفیت و نسبت سیگنال به نویز و تداخل، در هردو لایه شبکه، فرمولهای تحلیلی و یا تقریب های آنها ارائه شده است و بر این اساس تلاش شده تا نقاط بهینه برای چگالی سنسورها وسرخوشه ها را بدست آوریم.
کلمات کلیدی: شبکه سنسوری بدون سیم، ظرفیت ارگادیک و قطع، خوشه بندی، مقیاس پذیری.

فهرست مطالب
 

                                                
چکیده vi
فهرست مطالب. vii
فصل اول : مقدمه ای بر شبکه های سنسوری   بدون سیم 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- کاربرد های شبکه سنسوری بدون سیم 6
1-2-1- کاربرد های پزشکی 6
1-2-2- کاربرد های نظامی و دفاعی 7
1-2-3- کاربرد های کنترلی و نظارتی در طبیعت، محیط زیست و کشاورزی 8
1-2-4- کاربردهای عمومی و صنعتی 9
1-3- مرور بر پیشینه و تحقیقات انجام شده در شبکه های حسگر بدون سیم 10
1-4- هدف پروژه. 21
1-5- ساختار پایان نامه . 22
فصل دوم : مدل مسئله ومعرفی سناریوی شبکه سنسوری بدون سیم 23
2-1- مقدمه. 24
2-2- تعاریف کلی از مفاهیم مطرح شده. 24
2-3- معیار عملکرد. 25
2-3-1- نسبت سیگنال به نویز و تداخل 25
2-3-2- نرخ خطای بیت. 26
2-3-3- تعریف ظرفیت شانون (ارگادیک) برای شبکه بدون سیم. 26
2-3-4- ظرفیت قطع شبکه. 26
2-4- مدل سیستم و سناریوی مورد بررسی در شبکه حسگربدون سیم 27
فصل سوم : تحلیل ریاضی وفرمولبندی پارامترها در شبکه حسگر بدون سیم  33
3-1- مقدمه. 34
3-2- ظرفیت و مروری بر تعاریف آن 34
3-3- مدلهای توزیع نسبت سیگنال به نویز و تداخل(SINR) 37
3-3-1- مدل تقریبی 37
3-3-2- مدل دقیق 45
3-4- محاسبه تابع های توزیع و چگالی ظرفیت. 53
3-5- محاسبه نقطه اکسترمم ظرفیت با تغییر تعداد گره های شبکه. 56
فصل چهارم : شبیه سازی شبکه سنسوری بدون سیم و تحلیل نتایج. 59
4-1- مقدمه. 60
4-2- چگونگی شبیه سازی 60
4-3- نتایج شبیه سازی و اثر پارامتر ها و تحلیل آنها 62
4-4- نتایج شبیه سازی و تطابق با تحلیل ها 94
4-5- نتایج شبیه سازی تغییر تعداد گره ها و بررسی مقیاسپذیری 100
فصل پنجم : جمع بندی و نتیجه گیری. 115
5-1- مقدمه. 116
5-2- جمع بندی و نتیجه گیری 116