دانلود پایان نامه ارشد با موضوع انرژي، نودهاي، ميانگين

دانلود پایان نامه ارشد

فزونه بودن را بر اساس k همسايه فعالش اجرا نمايد. در اين الگوريتم ميانگين انرژي همسايگان نود نيز مد نظر قرار مي گيرند. ميانگين انرژي همسايگان بدين صورت محاسبه مي شود:

که h بيانگر تعداد همسايه هاي نود مي باشد و ei انرژي باقيمانده همسايه i ام.
عکس العمل محيط به عمل اتوماتا را بدين صورت اعمال مي نماييم که دو رابطه جهت پاداش و دو رابطه جهت جريمه تعريف مي کنيم. بر اساس افزونه بودن نود و ميزان انرژي باقيمانده نود نسبت به ميانگين انرژي همسايگان نود ، يکي از اين چهار را بطه براي پاداش يا جريمه مورد استفاده قرار مي گيرند. روابط (2-1) و(2-2) روابط پاداش با پارامترهاي پاداش alow ,ahigh هستند. ما ahigh را بزرگتر از alow در نظر مي گيريم. بنابراين اگر عمل آتوماتا با رابطه (2-1) پاداش دريافت نمايد ميزان پاداش بيشتري دريافت کرده است و اگر با رابطه (2-2) پاداش دريافت کند، پاداش کمتري اخذ خواهد نمود. به همين ترتيب مقادير blow , bhigh در روابط (2-3) و(2-4) پارامترهاي جريمه مي باشند و چون bhigh از blow بزرگتر در نظر گرفته مي شود. رابطه (2-3) نسبت به رابطه (2-4) عمل آتوماتا را به ميزان بيشتري جريمه مي کند. سيگنال تقويتي که توليد مي گردد از مجموعه چهارمقداري {0،0.3،0.6،1} مي باشد و بنابراين محيط از نوع Q است. مقادير توليدي برابر با 0 و 0.3 باعث پاداش به عمل انجام گرفته مي شوند که صفر بيانگر پاداش بيشتر(رابطه 2-1) و 0.3 بيانگر پاداش کمتر(رابطه 2-2) مي باشد و مقادير توليدي برابر با 0.6 و 1 باعث جريمه عمل انجام گرفته مي شوند که 1 بيانگر جريمه بيشتر(رابطه 2-3) و 0.6 بيانگر جريمه کمتر(رابطه 2-4) مي باشد
(‏2-1)

(‏2-2)

(‏2-3)

(‏2-4)

حال جهت تخصيص پاداش يا جريمه به عمل آتوماتا به صورت زير عمل مي نماييم. با اين فرض که ei انرژي نود جاري و ميانگين انرژي همسايه هاي نود مي باشد:
1) اتوماتا عمل فعال را انتخاب کرده باشد و نود يک نود افزونه باشد:
اگر ، عمل آتوماتا با استفاده از رابطه (2-3) و در غير اين صورت با استفاده از رابطه(2-4) جريمه مي گردد.
2) آتوماتا عمل غير فعال را انتخاب نموده ونود يک نود افزونه است:
اگر عمل آتوماتا با استفاده از رابطه(2-1) و در غير اين صورت با استفاده از رابطه (2-2) پاداش دريافت مي نمايد.
3) اتوماتا عمل فعال را انتخاب نموده ونود يک نود افزونه نباشد:
اگر ، عمل آتوماتا با استفاده از رابطه(2-2) و در غير اين صورت با استفاده از رابطه (2-1) پاداش دريافت مي کند .
4) آتوماتا عمل غير فعال را انتخاب کرده و نود افزونه نيست:
اگر ، عمل آتوماتا با استفاده از رابطه (2-4) و در غير اين صورت با استفاده از رابطه (2-3) جريمه مي گردد.
سيگنال تقويتي دريافت شده از محيط و رابطه جريمه يا پاداش لحاظ شده در هر حالت را در جدول 2-1 مشاهده مي نماييد.
جدول 2-1: سيگنال تقويتي دريافت شده از محيط و رابطه جريمه يا پاداش در هر حالت
رابطه پاداش يا جريمه

افزونه بودن نود
عمل آتوماتا
جريمه بيشتر(رابطه 2-3)
1
بلي
بلي
فعال
جريمه کمتر (رابطه 2-4)
0.6
خير
بلي
فعال
پاداش بيشتر(رابطه 2-1)
0
بلي
بلي
غير فعال
پاداش کمتر (رابطه 2-2)
0.3
خير
بلي
غير فعال
پاداش کمتر (رابطه 2-2)
0.3
بلي
خير
فعال
پاداش بيشتر(رابطه 2-1)
0
خير
خير
فعال
جريمه کمتر (رابطه 2-4)
0.3
بلي
خير
غير فعال
جريمه بيشتر(رابطه 2-3)
1
خير
خير
غير فعال

بدين ترتيب، در اين الگوريتم، احتمال فعال ماندن نودهاي با انرژي بيشتر بالاتر از نودهاي با انرژي کمتر است. الگوريتم بالا در هر نود آنقدر تکرار مي گردد تا تعداد دفعات تكرار در اين نود به حد ماكزيمم(MaxIteration) برسد. كه در ان صورت بر اساس بردار احتمال يك حالت را انتخاب مي كند و به وضعيت پايدار مي رسد. در انتهاي اين الگوريتم هر نود اگر احتمال فعال شدنش از حد مشخصي بيشتر باشد(در ازمايشات اين حد 0.8 در نظرگرفته شده است ) نود در دور جاري فعال شده و در غير اين صورت غيرفعال مي گردد.
بدين ترتيب در طي زمان آتوماتاي هر نود لزوم فعال بودن يا نبودن آن نود را فرا مي گيرد. به گونه اي که پوشش شبکه تضمين گردد و در ضمن تعداد نودهاي غير فعال نيز بيشينه گردند
واضح است که پس از مدتي که از عمر شبکه بگذرد، انرژي نودهاي فعال شبکه تحليل مي رود. به خاطر اينکه انرژي نودهاي شبکه به صورت يکنواخت مصرف گردد تا عمر شبکه افزايش يابد و نيز به منظور افزايش قابليت اطمينان شبکه و تضمين پوشش شبکه براي مدت زمان بيشتر، الگوريتم مذکور بايد در فواصل زماني مشخص اجرا گردد.
2-4-3- شبيه سازي
در اين بخش کارايي الگوريتم پيشنهادي با استفاده از آزمايشات مختلف مورد ارزيابي قرار مي گيرد. جهت انجام آزمايشات از نرم افزار شبيه ساز شبکه J-Sim استفاده شده است.
در اين آزمايشات نتايج حاصل از عملکرد الگوريتم پوشش پيشنهادي را با الگوريتمهاي پوشش [44]CCP ، [52]Ottawa و PEAS [53] مقايسه نموده ايم.
جهت مقايسه عملکرد الگوريتم معيارهاي متفاوتي مد نظر قرار گرفته شده اند. معيارهاي مورد نظر عبارتند از: 1) تعداد نود هاي فعال 2) نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال نسبت به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال 3) طول عمر شبکه.
در آزمايش اول ما مقدار مناسب MaxIteration جهت پوشش كامل شبكه را بدست مي اوريم. در آزمايش دوم ما نشان خواهيم داد که روش پيشنهادي مي تواند مسئله پوشش با درجات مختلف( يعني مقادير مختلف k) را با حداقل تعداد نودهاي فعال حل نمايد. و در آزمايش سوم طول عمر شبکه در استفاده از روش پيشنهادي را در مقايسه با روشهاي ديگر پوشش ارزيابي مي نماييم. در آزمايش چهارم روش پيشنهادي از نظر ميزان انرژي مصرفي در الگوريتم پوشش نسبت به كل انرژي مصرفي در طول زمان حيات شبكه با روشهاي ديگر مقايسه مي گردد.
چند تا از بهترين روشهايي که جهت حل اين مسئله ارائه گرديده اند عبارتند از PEAS ، Ottawa و CCP . روشهاي Ottawa و PEAS فقط قادر به حل مسئله با درجه پوششي يک مي باشند.
در اين آزمايشات، محيط حسگري 5050 متر در نظر گرفته شده است و فرض گرديده است که تعداد n حسگردر اين محيط به صورت تصادفي پخش شده اند وبرد راديويي حسگرها20 متر در نظر گرفته شده است. وبرد حسگري حسگرها10 متر. درضمن انرژي اوليه هريک ازنودهاي حسگر به صورت تصادفي از بازه [1.8 , 2] انتخاب مي گردد. در ازمايشات اندازه بسته هاي داده اي برابر با 526 بايت و اندازه بسته هاي كنترلي 8 بايت منظور گرديده است و مقادير پارامترهاي alow و blow برابر با 0.1 و پارامترهاي ahigh و bhigh برابر با 0.25 در نظر گرفته شده اند. مقادير در نظرگرفته شده براي پارامترهاي مختلف انرژي به شرح جداول 2-2 و 2-3 مي باشد.
جدول 2-2: مقادير پارامترهاي انرژي مربوط به قطعات راديويي در آزمايشات
ميزان انرژي مصرفي
حالت قطعات راديويي
0.16 amps
ارسال
0.08 amps
دريافت
0.002 amps
بي کاري
0.00008 amps
خواب
0.00001 amps
خاموشي

جدول 2-3: مقادير پارامترهاي انرژي مربوط به پردازنده حسگر در آزمايشات
ميزان انرژي مصرفي
وضعيت پردازنده
2.9e-4
فعال
2.9e-4
بي کار
1.9e-6
خواب
1e-9
خاموش

آزمايشات براي تعداد گره هاي حسگر n برابربا100,200,300,400,500 انجام گرفته است. وهر آزمايش براي هر تعداد حسگر 10 بار تکرار گرديده است ونتايج حاصل ميانگين نتايج در 10 اجرا مي باشد.
2-4-3-1- آزمايش اول:
در مسئله پوشش ما قصد داريم تعداد بهينه نودها را در حالت فعال نگه داريم به گونه اي كه پوشش كامل شبكه نيز تضمين گردد. يك مسئله مهم در اين الگوريتم تعداد ماكزيمم دفعاتي است كه هر نود مي تواند الگوريتم يادگيري را تكرار نمايد تا به وضعيت مناسب دست يابد(MaxIteration). مقدار MaxIteration اگر كم باشد يادگيري صحيح انجام نشده و پوشش شبكه كامل نخواهد شد. و اگر خيلي زياد باشد ميزان انرژي مصرفي در فاز يادگيري افزايش خواهد يافت. ما در ازمايشاتي كه نتايج ان در شكل 2-11 نشان داده شده است، مقدار مناسب MaxIteration را بدست اورده ايم. بر اساس شكل2-11 اگر مقدار MaxIteration برابر با 50 در نظرگرفته شود، پوشش شبكه بدست امده به 100 درصد خواهد رسيد. و ما در ازمايشات از اين مقدار براي MaxItterationاستفاده مي نماييم.

شکل‏2-11: محاسبه MaxIteration مناسب جهت بدست اوردن پوشش كامل در شبكه براي تعداد مختلف حسگر
2-4-3-2- آزمايش دوم:
در اين آزمايش قصد داريم ميزان کارايي الگوريتم پيشنهادي را ارزيابي نماييم. معيارهاي مورد ارزيابي در اين آزمايش عبارتند از: تعداد نودهاي فعال در هر درجه از پوشش و نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال. همانگونه كه عنوان گرديد روشهاي Ottawa و PEAS فقط قادر به حل مسئله با درجه پوششي يک مي باشد. در شکل 2-12 تعداد نودهاي فعال درمسئله پوشش با درجه پوششي يک در روشهاي مختلف پوشش مورد مقايسه قرار گرفته است و شکل 2-13 نتيجه مقايسه تعداد نودهاي فعال با مقادير 2 و 3 براي درجه پوشش(Ks )، در روش پيشنهادي با روش CCP را نشان مي دهد.
هر چند که در مجموع روش پيشنهادي از اين لحاظ نسبت به روشهاي Ottawa و PEAS به مراتب عملكرد بهتري دارد ولي اين برتري نسبت به روش CCP چشمگير نيست. و تعداد نودهاي فعال نگه داشته شده در اين دو روش مطابق شکل تقريبا به هم نزديکند.

شکل ‏2-12 : مقايسه تعداد نودهاي فعال در روشهاي پوشش با درجه پوشش يك

شکل ‏2-13 : مقايسه تعداد نودهاي فعال در روشهاي پوشش با درجات پوشش 2 و 3
مزيت فوق العاده روش پيشنهادي استفاده از آتوماتاهاي يادگير نسبت به روش CCP در فعال نگه داشتن نودهاي با انرژي بالاتر است. روشهاي Ottawa , PEAS و CCP انرژي نودها را مد نظر قرار نمي دهند و اتفاقا از آنجاييکه نودهايي که فعال نگه داشته مي شوند، مدت طولاني تري فعال هستند، انرژي نودهاي فعال نگه داشته شده به طور ميانگين کمتر از انرژي نودهاي غيرفعال مي باشد. اشکال 2-14 تا 2-16 نتايج مقايسه نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال نسبت به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال با درجات پوششي مختلف را در دو روش CCP و روش پيشنهادي نشان مي دهند. همانگونه که مشاهده مي گردد در روش پيشنهادي ميانگين انرژي نودهاي فعال به ميزان قابل توجهي از ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال بيشتر است. که اين موضوع منجر به افزايش طول عمر شبکه به ميزان زيادي مي گردد.

شکل ‏2-14 : مقايسه نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال نسبت به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال با درجه پوشش يك

شکل ‏2-15 : مقايسه نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال نسبت به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال با درجه پوشش دو

شکل ‏2-16 : مقايسه نسبت ميانگين انرژي نودهاي فعال نسبت به ميانگين انرژي نودهاي غيرفعال با درجه پوشش سه
2-4-3-3- آزمايش سوم:
در آزمايش سوم نشان مي دهيم که روش پيشنهادي مي تواند طول عمر شبکه را افزايش دهد. جهت ارزيابي طول عمر شبکه ما دو آزمايش مختلف انجام مي دهيم. در آزمايش الف)، طول عمر شبکه را زمان از بين رفتن اولين نود در شبکه در نظر مي گيريم و در آزمايش ب) ميزان پوشش شبکه را به عنوان معيار طول عمر در نظر مي گيريم. درضمن انرژي اوليه هريک ازنودهاي حسگر، در آزمايش الف) به صورت تصادفي از بازه [1.8 , 2] و در آزمايش ب) از بازه [0.8 , 1] انتخاب مي گردد. ما طول عمر شبکه را در سه حالت مختلف استفاده از روش CCP، استفاده از روش مبتني بر آتوماتاهاي يادگير و بدون استفاده از الگوريتمهاي پوشش با هم مقايسه مي نماييم. الگوريتم پوشش در اين آزمايشات با فواصل زماني 200

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع يادگيري، ناميده، b Next Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع سلسله مراتب