بهينه سازی مصرف انرژی شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از الگوریتم ژنتیک
چكيده
شبكه حسگرهاي بي سيم به سبب كاربردهاي گوناگون، جزء محبوب ترين شبكه هاي بي سيم بشمار مي روند. اما حسگرهاي موجود در اين نوع شبكه ها مصرف انرژي بالايي دارند. هدف اين پايان نامه بيان روشهايي جهت كاهش مصرف انرژي و به تبع آن افزايش طول عمر شبكه حسگرهاي بي سيم مي باشد. در اين پايان نامه پس از معرفي شبكه حسگرهاي بي سيم و كاربردهاي آن ها دو روش جهت افزايش طول عمر شبكه حسگرهاي بي سيم مورد بررسي قرار گرفته است.
دريك روش با بهينه كردن توان بازدهي گره با كمك الگوريتم ژنتيك و روش ديگرباخوشه بندي گره ها با استفاده از الگوريتم ژنتيك، سعي در افزايش عمر شبكه بي سيم شده است.
كليد واژه: الگوريتم ژنتيك، بهينه كردن انرژي، خوشه بندي، شبكه حسگرهاي بي سيم.
مقدمه
شبكه هاي حسگر بي سـيمWireless Sensor ، (WSNNetwork) از مجموعــه اي از سنســورهاي خودكــار تشــكيل شده اند تا بر شرايط فيزيكي يا محيطي نظارت كنند. ايـن شـرايط مي تواند، حرارت، صدا، لرزش، فشار ،حركت يا آلـودگي هـا باشـد.
اين شبكه ها داده ها را از طريق شبكه به يك واحد مركزي ارسـال مي كنند. شبكه هاي مدرن تر امـروزي دو طرفـه هسـتند و امكـان كنترل فعاليت سنسورها را هم فراهم كرده اند. توسعه شـبكه هاي حسگر بي سيم در ابتدا در نيروي نظامي آغـاز شـد و در مـواردي همچون نظارت بر زمين نبرد تحت آزمون قرار گرفت. امروزه ايـن شبكه ها كاربردهاي صنعتي و مصـرفي زيـادي پيـدا كـرده انـد. از ميان اين كاربردها مي توان به نظارت توليد كارخانـه اي و كنتـرل آن ها، نظارت بر سلامت ماشين و غيره اشاره كرد.
يك شبكه WSN از مجموع هاي از گره ها تشكيل شده است كه مي توانند تعداد آن ها از چندتا تا چند صد حسگر متغير باشد. در اين شبك هها هر گره به گره ديگر (يا چند گره ديگر) متصل است. هر كدام از اين حسگرهاي شبكه، معمولا چند بخش دارند:
1- گيرنده/فرستنده راديويي با آنتن داخلي يا اتصال به آنتن بيروني
2- ميكروكنترلر كه مداري است الكترونيكي براي ارتباط برقرار كردن با سنسورها و منابع تغذيه
3- باتري يا شكل متصلي از دستگاه ذخيره سازي انرژي
يك گره حسگر در اندازه هاي متفاوت وجود دارد و مي تواند به اندازه يك جعبه كفش يا حتي به اندازه گرد و غبار وجود داشته باشد. هزينه اين گره هاي سنسوري متغير است و از چند صد ريال تا چند صد ميليون ريال مي توان آن ها را تهيه كرد و بستگي به ساختار دروني گره حسگر و پيچيدگي معماري آن دارد.
چون حسگرهاي موجود در اين نوع شبكه ها در ابعاد كوچك و با وزن اندك ساخته مي شوند، امكان قراردادن منبع انرژي جهت استفاده طولاني در آن ها وجود ندارد و معمولا از باتريهاي كوچك براي تغذيه حسگرها استفاده مي شود، همچنين تعويض باتري تقريبا غير ممكن مي باشد. توان موردنياز ممكن است با بخش هاي جمع آوري توان، مانند سلولهاي خورشيدي تامين شود. به موازات توليد توان، تلاش براي كاهش مصرف توان در شبكه بسيار مهم است. صرفه جويي در مصرف توان در حالت كلي از دو طريق ممكن است.
يك راه ساخت حسگرهايي با مصرف انرژي كمتر و راه ديگر به كاربردن روش هاي مديريت توان در طراحي نرم افزاري شبكه است. مثلاً ارسال TDMA (Time Division Multiple Access) از نظر مصرف توان مناسب است؛ زيرا در فاصله هر شيار زماني كه اطلاعات هر حسگر ارسال نمي شود، حسگر در حالت انتظار كه مصرف انرژي بسيار كمي دارد، قرار ميگيرد. روش هاي مناسب پيكربندي هندسي شبكه و يا انتخاب Parent ميتواند مصرف انرژي را كاهش دهد.
فهرست مطالب بهينه سازی مصرف انرژی شبکه های حسگر بی سیم:
چكيده د
مقدمه 1
فصل اول : شبکه های حسگر بیسیم 3
1-1 مقدمه ای بر شبکه های حسگر بی سیم 4
1-2 تاریخچة شبکه های حسگر 5
1-3 معماری مجزای در حسگرهای بی سیم 6
1-4 معماری شبکه های حسگرهای بی سیم 7
1-5 شبکه توری : 8
1-6 زیگ بی: 9
فصل دوم بهينه سازی مصرف انرژی شبکه های حسگر بی سیم 11
کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم 11
2-1 کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم 12
2-2 نظارت بر سازه های بهداشتی – سازه های هوشمند 12
2-3 اتوماسیون ( خودکاری سازی ) صنعتی 13
2-4 کاربردهای برجسته – نظارت سازه های شهری 13
2-5 پیشرفتهای آینده 15
2-6 شبکه های حسگر بی سیم 15
2-7 معماری یک شبکه حسگر بی سیم 15
2-8 کاربردهای شبکه حسگر بی سیم 17
2-9 نظارت بر محیط 18
2-10 مشخصه های شبکه حسگر بی سیم 18
2-11 سختافزار در شبکه حسگر بی سیم 19
2-12 استانداردهای شبکه حسگر بی سیم 20
2-13 نرمافزارهای شبکه حسگر بی سیم 20
2-14 سیستمعامل های شبکه حسگر بی سیم 21
2-15 میان افزار شبکه حسگر بی سیم 22
2-16 زبان برنامه نویسی شبکه حسگر بی سیم 23
2-17 الگوریتم شبکه حسگر بی سیم 23
2-18 تجسم فکری داده ها 24
2-19 شبکه های حسگر بی سیم و کاربردهای آن 24
2-20 خصوصيات مهم شبكه هاي حسگر بي سيم 25
2-21 کاربردهای نظامی شبکه حسگر بی سیم 28
2-22 کاربردهای محیطی شبکه حسگر بی سیم 28
2-23 کاربردهای بهداشتی شبکه حسگر بی سیم 28
2-24 کاربردهای خانگی شبکه حسگر بی سیم 29
2-25 کاربردهای تجاری شبکه حسگر بی سیم 29
2-26 ویژگیهای عمومی یك شبكه حسگر 30
2-27 چالش های شبکه حسگر 31
2-28 مزایای شبکه های حسگر بیسیم 34
2-29 معرفی شبکههای بیسیم 35
فصل سوم : بهينه سازی مصرف انرژی شبکه های حسگر بی سیم در شبکه های حسگر بی سیم 37
3-1- مقدمه 38
3-2- نقشه ي كارايي انرژي برمبناي DNA: 38
3-3- طرح ارائه شده: 40
3-4- خوشه بندي گره ها: 45
3-4-1- روش خوشه بندي شبكه هاي سنسور بيسيم 45
3-4-2- جزئيات الگوريتم 46
3-4-3- شبيه سازي و نتايج 48
نتيجه گيري 51
منابع: 52