پایان نامه – بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان

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.

خرید و دانلود متن کامل:

پایان نامه ارشد کامپیوتر - نرم افزار دانشگاه آزاد ساری:بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان

پایان نامه بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان

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.