بهینه سازی مصرف انرژی در شبکه های حسگر بیسیم توسط الگوریتم کلونی مورچگان word

فهرست مطالب

 مقدمه. 1

کلیات.. 2

1-1مقدمه. 2

1-2 بیان موضوع. 4

1-3 سابقه و ضرورت انجام تحقیق. 6

1-4 خلاصه فصل. 7

فصل دوم8

مباحث عمومی شبکههای حسگر بیسیم و الگوریتم کلونی مورچگان. 8

1-2معرفی شبکههای حسگر بیسیم8

2-2 معماری حسگر. 9

2-3 کاربرد9

2-4 اجزای سختافزاری شبکههای حسگر. 11

2-5 روشهایانتشاراطلاعاتدرشبکههایحسگر بیسیم12

2-5-1 روشهمهپخشی. 12

2-5-2 روششایعهپراکنی. 12

2-5-3 روش SPIN¹13

2-5-4 روشپخشمستقیم13

2-5-5 روشمسیریابیجغرافیایی. 13

2-5-6 روشانتشاربیروندهنده14

2-5-7 روشانتشارجذبیکمرحلهای.. 14

2-5-8 روش LEACH.. 14

2-5-9 روش EDDD.. 14

2-6 محدودیتهای سختافزاری شبکههای حسگر بیسیم15

2-7 انرژی مصرفی در شبکههای حسگر بیسیم15

2-8 الگوریتم کلونی مورچگان. 16

2-9 ویژگیهای الگوریتم کلونی مورچگان. 17

2-10 کاربردهای الگوریتم کلونی مورچگان. 18

2-11-1 مسیریابی شبکههای کامپیوتری با استفاده از ACO.. 18

2-12 فلوچارت کلونی مورچگان. 19

2-13 خلاصه فصل. 20

فصل سوم21

مروری بر کارهای گذشته. 21

3-1 بهینهسازی مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از الگوریتم ژنتیک... 21

3-2 بهینهسازی انرژی با روشی مبتنی بر بازی اقلیت و اتوماتای یادگیری سلول. 21

3-3 بهینهسازی انرژی در ارتباطات در شبکههای حسگر بیسیم21

3-4 بهینهسازی انرژی با تحویل چند داده22

3-5 بهینهسازی انرژی با جلوگیری از چاههای انرژی و توزیع غیر یکنواخت گرهها22

3-6 الگوریتم مسیریابی برای شبکههای حسگر بیسیم22

3-7 مسیریابی قابل اعتماد و کارآمد در شبکههای حسگر بیسیم23

3-8 بیوگرافی از مسیریابی ترکیبی الهام گرفته از الگوریتم بهینهسازی باکتری.. 23

3-9 بهینهسازی انرژی با استفاده از تکنیک تجمیع دادهها23

3-10 مصرف قدرت و افزایش طول عمر شبکه در حین ارتباط گرههای حسگر در wsn. 24

3-11 اعتبار و کیفیت سرویس با استفاده از الگوریتم کلونی مورچگان. 24

3-12 بهینهسازی انرژی بر اساس تاریخچهای از پروتکل کنترل پنجره24

3-13 برای به دست آوردن بهترین ارتباط در شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از الگوریتم ژنتیک و مقایسه و تجزیه و تحلیل 25

3-14 بهینهسازی انرژی بر اساس مکانیزم مسیریابی برمبنای اتصال و مکان. 25

3-15 بهینهسازی انرژی با استفاده از سیستم فازی.. 26

3-16 بهینهسازی انرژی با استفاده از شمای حفظ مکان مبدا26

3-17 خلاصه فصل. 26

فصل چهارم27

آزمایشهاوارزیابینتایج. 27

4-2اطلاعات مربوط به شبکه. 27

4-3 شرایط الگوریتم28

4-4پروتکل پیشنهادی.. 28

4-4-1ارسال مجدد antها به درون شبکه. 29

4-4-2انتخابPROXY برای نودهای ایزوله. 29

4-5متوسطمصرفانرژی.. 30

4-6متوسطتعدادنودهایزنده30

4-7طولعمرشبکه. 31

4-8مجموعهآزمایشیومحیطپیاده سازیواجرا.. 32

4-9خلاصه فصل. 32

بحث و نتیجهگیری.. 33

6-1 نتیجهگیری.. 33

6-2 پیشنهادات.. 34

منابع.. 35

  فهرست جدول

جدول 4-1پارامترهای پیاده­سازی................................................................................................................................39

 فهرست شکل

 شکل 2-2 روش همه پخشی. 12

شکل 2-3روش شایعه پراکنی. 13

شکل 2-4 حرکت مورچگان در انتخاب کوتاهترین مسیر. 17

شکل 2-6 فلوچارت کلونی مورچگان. 20

شکل 4-1 نودهای وکیل. 30

 فهرست نمودار

نمودار 4-1 درصد متوسط انرژی مصرف هر نود30

نمودار 4-2 متوسط نودهای زنده31

نمودار 4-3متوسط طول عمر شبکه. 31

 چکیده

ﺍﻣــﺮﻭﺯﻩ ﺍﺳــﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯﺷــﺒﮑﻪ­های ﺳﻨسور ﺑــﻲ­ﺳــﻴﻢ (Wireless Sensor Network) ﺑﻪ ﺷﮑﻞﮔﺴﺘﺮﺩﻩ­ﺍی ﺭﻭ ﺑﻪ ااست. ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻏﺎﻟﺐ ﺍﺯ ﺑﺎﻃﺮی ﺑﺮﺍی ﺗﺎﻣﻴﻦ ﺍﻧﺮﮊی ﻣﺼﺮﻓﻲ ﺍﻳﻦ ﺳﻨﺴﻮﺭﻫﺎ ﻭ ﻫﻤﭽﻨــﻴﻦ ﻋــﺪﻡ ﺩﺳﺘﺮﺳــﻲ ﺁﺳــﺎﻥ ﺑــﻪ ﺳﻨﺴــﻮﺭﻫﺎ ﺩﺭ ﺑﺴــﻴﺎﺭی ﺍﺯ ﺍﻳــﻦ ﮐﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎ، ﻣﻬﻨﺪﺳﺎﻥ ﻭ ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﻃﺮﺍﺣﻲ پروتکل­ﻫﺎی ﻣﺴـﻴﺮﻳﺎﺑﻲ ﺑﺎ خصوصیات انرژی مصرفی کم و افزایش طول عمر شبکه ترغیب شده­اند. ﺍﻳﻦ تحقیق، ﻳﮏ ﭘﺮﻭﺗﮑـﻞ ﻣﺴـﻴﺮﻳﺎﺑﻲ ﺗﻮﺯﻳـﻊ­ﺷـﺪﻩ ﺭﺍ ﺑـﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺭﻭﺵ الگوریتم کلونی ﻣﻮﺭﭼﻪ­ﻫﺎ ﺩﺭ ﺟﻬﺖ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻫﺎی ﻣﺬﮐﻮﺭ ﺍﺭﺍﺋﻪ می­دﻫﺪ. الگوریتم کلونی مورچگان یک الگوریتم متاهیوریستیک می­باشد که توسط دوریگو و همکارانش برای حل برخی مشکلات ترکیبی بهینه سازی مانندمسئله فروشنده دوره گرد معرفی شد. الگوریتم کلونی مورچگان یکسری ویژگی­هایی از جمله محاسبه توزیعی ، خودسازماندهی و بازخورد مثبت دارد که برای جست­و­جوی مسیر در شبکه­های ارتباطی کاربرد دارد.

در نهایت پروژه خود را با زبان قدرتمند متلب پیاده­سازی کرده و شبیه­سازی­های خود را ارائه نمودیم. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺁﺯﻣﺎﻳﺸﺎﺕ ﮐﺎﻫﺶﻧﺰﺩﻳﮏ به %۴۰ ﻣﺼﺮﻑ ﺍﻧﺮﮊی ﻭ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ 3ﺑﺮﺍﺑﺮ ﻃﻮﻝ ﻋﻤﺮ ﺷﺒﮑﻪ را نسبت به حالت عادی نشان می­دهد.

کلمات­کلیدی ­:­ شبکه­ های­ حسگر بیسیم،­الگوریتم کلونی مورچگان، مصرف انرژی ­

 فصل اول

 کلیات

  1-1مقدمه

امروزهبحثسیستم­هایکنترلونظارتازراهدوریکیازمباحثپرچالشدرزمینهعلومالکترونیککامپیوترمی­باشد، لذاتحقیقاتدرهرزمانیبهدنبالراهحلیمی­باشدتاشرایطخاصو­انتظاراتمدنظرراپاسخدهد؛درشرایطوکیفیتکارییکسانهرچهنسبتهزینهبهکارائیپائینترباشد،همانقدرمحبوبیتآنشیوهبالاترخواهدرفت. برایاگاهیازتغییراتمحیطاطرافویاوضعیتهرمجموعهنیازمندیکسریتجهیزاتیهستیمکهبعنوانحسگرشناختهمی­شوندواینهاتغییرات مدنظر )تغییراتفیزیکییاشیمیائی) رادرقالبیکپاسخ،بهمنظوراندازه­گیریمیزانتغییراتویاوجودآن،ارائهمی­دهند.پسازجمعآوریاطلاعاتموردنیازمی­توانسایرعملیاترابراساسپاسخارائهشدهانجامداد. پیشرفت­هایاخیردرزمینهالکترونیکومخابراتبی­سیمباعثشدهبتوانیمگرههایحسگرچندکاره،باتوانمصرفیپائینوهزینهکمداشتهباشیمکهازنظراندازهخیلیکوچکهستندوبرایمسافت­هایکوتاهمی­توانندباهمارتباطبرقرارکنند.اینگره­هایحسگرکوچکطبقنظریهشبکه­هایحسگر،دارایتجهیزاتحسکردن،پردازشداده­هاومخابرهآنهاو همچنینمنابعانرژیوداده­محور میباشند. تفاوتاصلیشبکه­هایحسگرباسایرشبکه­هادرماهیتداده–محورپردازشیبسیارمحدوددرآنهاستکهموجبشدهتاروش­هایمطرحشدهجهتانتقالداده­هادرسایرشبکه­هاوحتیشبکه­هاییکهتاحدزیادیساختاریمشابهشبکه­هایحسگردارند (مانندشبکه­هایموردی) ،دراینشبکه­هاقابلاستفادهنباشند.روندتوسعهاینشبکه­هادرحدیاستکهمطمئنااینشبکه­هادرآیندهنزدیک،نقشمهمیرادرزندگیروزمرهماایفاخواهندکرد.ازکاربردهاییکهدرحالحاضربرایشبکهحسگرمطرحمی­شودوروزبهروزبرتعدادشانافزوده می­شود،می­توانبهکاربرد­هایینظیرعملردیابیدرمحیط­هایگستردهجغرافیایی،سیستم­هایامنیتی،نظارتبرسازه­هایبزرگ،نظارتبربیماراندارایوضعیتحساس،نظارتبرپارامترهایمحیطیدرمناطقیکهحضورانساندرآنهاخطرناکاستوبسیاریکاربردهایدیگراشارهکرد.شبکه­هایحسگردرواقعتجمعتعدادزیادیازگره­هایحسگرمی­باشندکهدرمحیطپراکندهشده­اندوهرکدامبهطورخودمختاروباهمکاریسایرگره­هاهدفخاصیرادنبالمی­کنند.گره­هابههمنزدیکهستندوهر گره­ایباگرهدیگریمی­تواندارتباطبرقرارکندواطلاعاتخودرادراختیارگرهدیگریقراردهدودرنهایتوضعیتمحیطتحتنظر،بهیکگره مرکزیگزارشمی­شود .تکنیک­هاوشیوه­هایمورداستفادهدرچنینشبکه­هایوابستگیشدیدیبهماهیتکاربردشبکهداردوساختارتوپولوژیشبکه،شرایطجویومحیطی،محدودیتهاو ... عواملموثریدرپارامترهایکاراییوهزینهشبکهمی­باشند.لذاامروزهدرسرتاسردانشگاه­هایمعتبرومراکزتحقیقاتیکامپیوتری،الکترونیکیوبخصوصمخابراتی،شبکه­هایحسگربیسیم،یکزمینهتحقیقاتیبسیارجذابوپرطرفدارمحسوبمی­شود.تحقیقاتوپیشنهاداتزیادیدرمباحثمختلفارائهشدهاستوهمچنانحجمتحقیقاتدراینزمینهسیرصعودیدارد .هدفاصلیتمامیاینتلاش­هاوارائهراهکارها،داشتنسیستمیباشیوه­هایکنترلیساده،آسانوباهزینهپائینمی­باشدکهدرنهایتباپاسخگوییبهنیازمندیهایمابتوانددرمقابلمحدودیتها (پهنایباند،انرژی،دخالت­هایمحیطی، فیدینگو...)ایستادگیکندوشرایطکلیراطبقخواسته­هاوتمایلاتما (انتقالحجمزیاداطلاعاتپرمحتوا،بقاء­پذیریو طولعمربالا،هزینهپائینرافراهمسازد.لذامحققینجنبه­هایمختلفراتحلیلوبررسیمی­نمایندوسعیمی­کنند ایده­هایبهینهوکارارااستخراجکنند.اینایده­هامی­توانندازمحیطوحشاطرافمانالهامگرفتهشدهباشدوبااستفادهازقوانینریاضیونظریاتتئوریوآماریمی­توانآنهاراتحلیلنمود. بهدلایلذکرشدهدربالا،بحثشبکه­هایحسگردرحالحاضریکیازمباحثداغدرمحافلعلمیاستوروزبهروزبرنیزدر IEEEتعدادمقاله­هاییکهدراینموردمنتشرمی­شوندافزودهمی­گردد.درسالهایاخیرنیزچندکنفرانسمعتبر در همینزمینهبرگزارشدهاست. یکیازچالش­هایمطرحدرزمینهشبکه­هایحسگر،نحوهمسیریابیوانتقالاطلاعاتجمع­آوریشده،درگره­هایاینشبکه­هاست. ازآنجاییکهاینشبکه­هاازلحاظمیزانانرژیقابلدسترسیومنابعپردازشیموجود،محدودیتدارند، نمی­توانازروش­هایمطرحشدهبرایسایرشبکه­ها،درشبکه­هایحسگراستفادهکرد.

الگوریتم کلونی مورچگان یک الگوریتم متاهیوریستیک می­باشد که توسط دوریگو و همکارانش برای حل برخی مشکلات ترکیبی بهینه­سازی مانند مسئله فروشنده دوره­گرد معرفی شد. الگوریتم کلونی مورچگان یکسری ویژگی­هایی از جمله محاسبه توزیعی، خودسازماندهی و بازخورد مثبت دارد که برای جست­و­جوی مسیر در شبکه­های ارتباطی کاربرد دارد.]

دریافت فایل

---

جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید