دانلود پایان نامه ارشد با موضوع پردازش اطلاعات

دانلود پایان نامه ارشد

دهه 90 با تعريف برخي استانداردها از جمله IEEE761999 فناوري‌هاي تجاري هم پا به عرصه وجود گذاشتند و گروههاي مختلف تحقيقاتي فعال در زمينه ارتباطات بيسيم وارد بازار وسيع بالقوه غيرنظامي شدند. در حقيقت نمونههايي هم که اکنون کاربرد تجاري پيدا کردهاند حاصل تلاشهاي انجام شده در محيطهاي تحقيقاتي سالهاي نخستين بوده است.
6-2- ساختار هر گره حسگر
از آنجا که گره حسگر بعنوان کوچکترين عنصر خودمختار يك شبکه حسگر شناخته ميشود، براي طراحي الگوريتم‌ها و پروتكل‌هاي مناسب براي اين شبكه‌ها لازم است كه اجزاء و تجهيزات يك گره و محدوديتهاي سختافزاري آن شناخته شود. در اين بخش پس از معرفي اجزاء يك گره حسگر، مشخصات يک نمونه گره واقعي بيان ميشود.
6-2-1- اجزاء دروني يک گره حسگر
هر گره حسگر به يکسري تجهيزات دروني مجهز است که وجود هر کدام، طبق وظيفه و شرايط احتمالي هر گره، ضروري ميباشد. نحوه ارتباط اجزاء دروني يك گره حسگر در شکل 1-6 مشخص شده است. وظايف هر يك از اين اجزاء به شرح زير مي‌باشد[1]:
حسگر: حسگر با حس محيط، ميزان تغييرات پارامتر خاصي از محدوده حس خود در محيط را در قالب يك سيگنال الکتريکي ارائه ميدهد. اين بخش ميتواند ترکيبي از چندين نوع حسگر باشد که مي‌توانند تغييرات چندين پارامتر مختلف از محيط را پشتيباني كنند.
مبدل آنالوگ به ديجيتال77: ممکن است سيگنال دريافتي از بخش حسگر ماهيت آنالوگ داشته باشد. لذا اين بخش سيگنال مربوطه را به ديجيتال تبديل ميکند تا در بخشهاي بعدي پردازش براحتي صورت گيرد.
پردازنده: پردازنده مرکزي گره ميباشد. تمام کنترل روال کاري گره و همچنين عمليات محاسباتي و پردازشي بر روي اطلاعات گره در اين بخش صورت ميگيرد.
حافظه: جهت ذخيره سازي اطلاعات لازم براي پردازش و يا دادههاي دريافت شده به طور موقت و ريز برنامههاي مورد نياز استفاده ميشود.
فرستنده و گيرنده78: جهت برقراري ارتباط با ساير گرهها ميباشد.
منبع تغذيه79: جهت فراهم سازي و تخصيص انرژي مصرفي مورد نياز براي هر کدام از اجزاء به کار مي‌رود. در هر گره قطعاً از يک باطري استفاده ميشود که با توجه به شرايط خاص مورد استفاده ممکن است با نور آفتاب نيز قابل شارژ باشد، ولي اکثراً چنين نيست. درون گره نيز هر جزء به نيروي مصرفي خاصي نياز دارد که بايستي قدرت و انرژي مصرفي کل، بطوري بين اجزاء تقسيم و کنترل شود که صرفاً موقع نياز صرف گردد.
سيستم موقعيتياب80: در برخي از گرهها تعبيه شده است و در بسياري نيز وجود ندارد و جهت انجام عمليات موقعيتيابي گرهها ميباشد.
واحد متحرکساز81: در برخي از گرهها تعبيه شده است و در بسياري نيز وجود ندارد و جهت متحرک ساختن گره به منظور خاصي مثل چرخيدن و يا جابجايي جزئي گره است.

شکل ‏6-1 : اجزاء دروني يک گره حسگر

6-2-2- محدوديتهاي سختافزاري يک گره حسگر
عواملي چون اقتصادي بودن سيستم، تواناييهاي مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و عملي شدن ايدهها در محيط واقعي، موجب گشته هر گره با برخي محدوديتهاي سختافزاري مواجه باشد[2]. اين محدوديت‌ها عبارتند از:
هزينه پائين: سيستم نهايي از نظر اقتصادي بايد مقرون به صرفه باشد. لذا چون تعداد گرهها در يك شبكه بسيار زياد است، هر چه از هزينه هر گره کاسته شود، صرفه جويي بيشتري در سطح شبکه صورت مي‌پذيرد. سعي ميشود هزينه هر گره به کمتر از يک دلار برسد.
حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهاي که زير نظر دارند بخشي را به حجم خود اختصاص ميدهند. هر چه اين نسبت (حجم گره به محدوده زير نظر) کمتر باشد، عملکرد شبکه بهتر ميباشد و از طرفي در اکثر موارد براي اينکه گرهها جلب توجه نکنند و يا بتوانند در برخي مکانها قرار بگيرند لازم است كه حجم بسيار کوچکي داشته باشند.
انرژي مصرفي پائين: منبع تغذيه گرهها محدود ميباشد و در عمل معمولاً امکان تعويض يا شارژ مجدد غيرممکن ميباشد. لذا بايد از انرژي موجود به بهترين نحو ممکن استفاده گردد.
نرخ بيت پائين: به خاطر وجود برخي محدوديتها (انرژي و …)، عملا ميزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در يك گره حسگر پائين است.
خودمختار بودن: هر گره بايستي از ساير گرهها مستقل باشد و بتواند عملکرد خود را طبق تشخيص و شرايط خود انجام دهد.
قابليت تطبيق پذيري: در طول انجام نظارت بر محيط، ممکن است شرايط در هر زماني دچار تغييرات شود. مثلا برخي از گرهها خراب گردند. لذا هر گره بايد بتواند وضعيت خود را با شرايط بوجود آمده جديد تطبيق دهد.
6-3- پشته پروتکلي
مطابق شكل 2-6 پشته پروتكلي شبکههاي حسگر از يك طرف داراي پنج لايه شامل لايههاي فيزيكي، پيوند و کنترل رسانه انتقال82، شبكه، انتقال و كاربرد و از طرفي داراي سه فاز مديريت انرژي، مديريت حرکت و مديريت وظيفه است[1]. وظيفه لايه فيزيكي عمليات مدولاسيون و ارسال و دريافت در سطح پايين ميباشد. لايه كنترل دسترسي رسانه بايد قادر باشد با حداقل تصادم83 به روش پخش همگاني با هر گره همسايه ارتباط برقرار كند. لايه شبكه وظيفه مسيريابي را بر عهده دارد. لايه انتقال وظيفة مديريت جريان انتقال بستهها را در صورت نياز كاربرد بر عهده دارد. بسته به كاري كه شبكه براي آن طراحي شده انواع مختلف نرمافزارهاي كاربردي ميتواند روي لايه كاربرد استفاده شود و خدمات مختلفي را ارائه نمايد.

شکل ‏6-2 : پشته پروتکلي شبکههاي حسگر
فاز مديريت انرژي با دخالت در كليه لايهها، چگونگي مصرف انرژي براي گره را تعيين مي‌كند. در واقع براي كاهش مصرف انرژي به الگوريتمها و پروتكلهاي انرژي آگاه84 نيازمنديم. مثلا اينكه يك گره پس از دريافت يك پيغام از يكي از همسايگانش، دريافت كنندهاش را خاموش كند باعث جلوگيري از دريافت دوباره پيغام و در نتيجه كاهش مصرف انرژي مي‌گردد. ايده ديگري كه ميتواند همزمان استفاده شود اين است كه گرهاي كه به سطح پايين انرژي رسيده به همسايههايش اعلام همگاني ميكند كه انرژياش در حال اتمام است و نميتواند در مسيردهي پيغامها شركت داشته باشد. گرههاي همسايه پس از آن، پيغامها را از طريق گرههاي ديگر مسيردهي خواهند كرد. فاز مديريت حركت، که به بكارگيري روشهاي مكان آگاه85 در لايههاي مختلف بر ميگردد، جابجايي گره را تشخيص داده و ثبت ميكند بنابراين رد گره متحرك دنبال و در صورت لزوم مديريت ميشود. فاز مديريت وظيفه وظايف گرهها را زمانبندي كرده و متعادل ميسازد. مثلا اگر وظيفة حس به يك ناحية معين محول شد همة گرههاي حسگر آن ناحيه لازم نيست عمليات حس را بطور همزمان انجام دهند بلكه اين وظيفه ميتواند بسته به كاربرد به برخي گرهها مثلا به گرههايي که قابليت اطمينان بيشتر يا ترافيك كمتر يا انرژي بيشتر دارند محول شود. با وجود موارد فوق گرهها در شبكه حسگر ميتوانند با روشهاي انرژي آگاه با هم كار كرده و دادهها را در يك شبكه حسگر متحرك مسيردهي كنند و منابع را بين گرهها به اشتراك گذارند.
6-4- مزاياي شبکههاي حسگر بيسيم
هر سيستم طراحي شده، با توجه به ويژگيهاي ذاتي خودش يکسري شرايط و موقعيتهاي خاص را ميطلبد و در مواقع استفاده در آن شرايط و موقعيتها، نسبت به سيستمهاي مشابه خود داراي يکسري مزيتها و معايب ميباشد که بايستي در نهايت با يک برآورد ضمني و با توجه به تمام شرايط موجود، سيستمي که بهترين کارايي نسبت به هزينه را دارد، انتخاب کرد. در ذيل ابتدا مزاياي شبکههاي حسگر بيسيم و سپس يکسري کاربردهاي چنين شبکههاي ليست شده است.
طبق ساختار گرهها و شبکه و نحوه معماري ارتباطات که در بخشهاي گذشته مشاهده شد، ميتوان يکسري مزيتهاي شبکههاي حسگر بيسيم، نسبت به ساير سيستمها براي انجام کارهاي مشابه، استخراج نمود و به ترتيب ذيل ليست نمود[1,2,95].
برپايي سريع در مواقع اضطراري و فوري:
در برخي موارد مثل هنگام بروز حوادث ناگهاني طبيعي و ساير مواقع اضطراري که بايستي برپايي تجهيزات در فاصله زماني کوتاه و بسرعت انجام گردد، ميتوان از سيستم شبکههاي حسگر بيسيم استفاده کرد. چرا که در چنين سيستمي ما نيازمند به برپايي تجهيزات آنچناني حجيم و وقتگير نداريم و صرفاً کافيست چندين گره را در سطح محدوده مدنظر پراکنده کنيم که گرهها از قبل آماده هستند و حجم کوچکي هم دارند و از طرفي در هنگام برپايي شبکه نياز به انجام عمليات وقتگير نيست و خود گرهها نيز ميتوانند معماري توپولوژي شبکه خود را تشکيل دهند.
مناسب بودن در محيطهاي که بايستي پارازيت و اختلال نباشد:
استفاده از هر گونه سيستمي در محيط مدنظر طبق شرايط کاري خودش، تاثيرات منفي متقابل بر روي محيط دارد و هر چه بر روي معيارهاي ما تاثيرات کمتري داشته باشد، به همان اندازه محبوبيت سيستم بکار گرفته شده، بالاتر ميرود. مثلاً محيط زيست حيوانات را در نظر بگيريد. تاثيرات تشعشات امواج مخابراتي در دکلهاي بزرگ به مراتب بالا ميباشد و ميتواند بر روي سلامتي محيط اثر منفي بگذارد و يا براي برپايي نياز است که مدتي نيروهاي انساني در محيط حضور مستقيم داشته باشند و از دستگاههاي مختلف استفاده کنند که ميتواند ظاهر طبيعت را دست خورده كند و يا موجب فرار هدف گردد و بعبارتي از ظرافت کار کاسته شود. در صورتيکه در شبکههاي حسگر بيسيم، گرهها به قدري کوچک هستند که ساير موجودات حتي متوجه حضور گرهها نميشوند و از طرفي به خاطر حجم خيلي کوچک، گرهها ميتوانند در هر گوشه کناري جايگذاري شوند بدون اينکه از نظر ظاهري خللي در محيط ايجاد کنند. از جهت ديگر گرهها نزديک هم مي‌باشند و بطور حتم فاصله برد ارتباطي کوتاه ميباشد و به طبع آن سطح انرژي پاينتري مصرف ميشود و ديگر تشعشات مضر براي محيط زيست و حتي پارازيت خاصي بر روي ساير سيستمها نخواهد داشت.
اجتناب از قرار گرفتن در محيطهاي خطرناک و غير عاقلانه براي مطالعات مکرر:
استفاده از شبکههاي حسگر بيسيم جهت بررسي وضعيت محيطهاي آلوده، كه انسان قادر به فعاليت در آنها نيست، بسيار مناسب ميباشد. پخش گره‌ها و برپايي شبکه حسگر در اينگونه محيط‌ها ميتواند توسط هواپيما صورت پذيرد. گرهها پس از استقرار در سطح زمين و با توجه به توانايي‌هاي خود، ميتوانند به صورت خودكار توپولوژي شبکهاي خاصي را تشکيل دهند، به بررسي آلودگي محيط بپردازند و اطلاعات مشاهده شده از محيط را به يک گره مرکزي گزارش كنند.
شيوه اقتصادي مقرون به صرفه براي جمع آوري اطلاعات در طولاني مدت:
هزينه برآورد شده در امر جمعآوري اطلاعات يکي از معيارهاي انتخاب يک سيستم خاص ميباشد. خود هزينه نيز متشکل از چندين بخش شامل هزينه مربوط به تجهيزات، هزينه برپايي سيستم، هزينه نگهداري و … مي‌باشد. در برآورد هزينه بايد بازه زماني مورد استفاده نيز مدنظر باشد. در شبکههاي حسگر در مقايسه با ساير سيستمهاي مشابه، حجم بالائي از هزينه مربوط به گره‌ها و برپائي سيستم ميباشد و هزينه نگهداري چنداني وجود ندارد. به عبارتي، استفاده از چنين سيستمي براي يک هفته در مقايسه با چند ماه داراي هزينه تقريباً يکساني ميباشد. بنابراين، براي جمعآوري اطلاعات از وضعيت محيط در طولاني مدت، هزينه استفاده از شبكه‌هاي حسگر به اندازه قابل توجهي نسبت به روش‌هاي ديگر كمتر خواهد بود.
6-5- کاربردهاي شبکههاي حسگر بيسيم
از ويژگي‌هاي مناسب يك تکنيک يا يك سيستم، قابليت استفاده از آن در سناريوها و كاربردهاي متعدد و مختلف مي‌باشد. مخصوصاً اگر يك سيستم بتواند وظيفه خود را بصورت مستقل و کامل انجام دهد و قابليت تبادل اطلاعات با ساير سيستم‌ها از طريق پروتكل‌هاي استاندارد را داشته باشد. شبکههاي حسگر بيسيم براي مشاهده و بررسي آماري و همينطور پيگردي يک يا چند هدف معين در محيط مدنظر ميباشد. با توجه به ويژگيهاي ذاتي شبکههاي حسگر ميتوان از آنها در كاربردهاي مختلف استفاده کرد. از اين كاربردها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد [1,96,97]:
ميدانهاي جنگي:
همانطور که در قسمت (الف) و (ب) شکل 3-6 ديده ميشود، در ميدانهاي جنگي ميتوان جهت شناسايي و بررسي آماري تجهيزات و نيروي دشمن، کلاسبندي و پيگيري نحوه آرايش و مسير حرکت نيروهاي دشمن و

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع انرژي، نودهاي، روشهاي Next Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع اتوماتاي، يادگير، تحقيقات