نوع فایل: word
قابل ویرایش 120 صفحه
چکیده:
شبکه حسگر شبکه ای است متشکل از تعداد زیادی گره کوچک. در هر گره تعدادی حسگر یا کارانداز وجود دارد. شبکه حسگر به شدت با محیط فیزیکی تعامل دارد. از طریق حسگرها اطلاعات محیط را گرفته و از طریق کاراندازها واکنش نشان می دهد و ارتباط گره ها به صورت بی سیم است. هر گره به طور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعا از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است. و دارای محدودیت هایی در قدرت پردازش ظرفیت حافظه و منبع تغذیه و ..... می باشد. شبکه های حسگر از پشته پروتکلی شبکه های سنتی پیروی می کنند ولی به خاطر محدودیت ها و تفاوت های وابسته به کاربرد پروتکل ها باید بازنویسی شوند.
پیشرفتهای اخیر در شبکه های حسگر بی سیم و کاربردهای گسترد ه آن در امور کشاورزی، نظامی و تجاری، سبب توجه بیشتر به این قسم از شبکه ها شده است. به منظور معنی دار بودن داده های گره ها و کمک به الگوریتمهای مسیر یابی، مکان یابی بحثی اساسی و مهم در عملکرد و مدیریت شبکه حسگر می باشد. به علت زیاد بودن تعدادگره ها و محدودیت انرژی در آنها، الگوریتمهای مکان یابی باید در شرایط متعددی صدق کنند.
در این سمینار هر یک از روش های موقعیت یابی بطور احمالی مورد نقد و بررسی قرار گرفته و نکات قوت و ضعف هر یک از روش های موجود موقعیت یابی بیان می شود و راه کارهایی برای انجام کارهای بعدی ارائه خواهد شد .
مقدمه:
سنسورهای شبکه های سنسور بی سیم (WSN) برای حس اطلاعات یا داده ها ، مانند دمای هوا ، نور و اشعه و یا کاربردهای نظامی در سرتاسر ناحیه مورد نظر پخش می شوند . یک روش ایجاد یکشبکه سنسور بی سیم این است که یک هواپیما سنسورها را در یک پرواز در یک منطقه برای جمع آوری اطلاعات پخش کند . یک شبکه سنسور بی سیم ، معمولاً شامل تعداد زیادی سنسور می شود . این سنسورها معمولاً انرژی ذخیره شده کم و نیز قدرت بسیار پائین محاسباتی برای استفاده از اطلاعاتی که توسط سنسور جمع آوری می شوند ، دارند . سنسورها ، اطلاعات جمع آوری شده را برای تجزیه و تحلیل به استگاه مرکزی می فرستند ، به همین علت برای استفاده از اطلاعات سنسورها لازم است اطلاعات موقعیت آنها را داشته باشیم . علاوه بر این بسیاری از پروتکل های ارتباطی شبکه های سنسور ، بر اساس دانش موقعیت های جغرافیایی سنسورها بنا می شوند . اگرچه می توان موقعیت هر سنسور را در شبکه بی سیم با کمک سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) یافت با این حال به خاطر مصرف انرژی بالای آن ، هزینه هنگفت و شرایط محیطی ، نصب گیرنده GPS در همه سنسورها ، عملی نمی باشد .روش های زیادی در مورد تعیین محل سنسور پیشنهاد شده است. یکدسته از روش ها ، برآورد فاصله بر مبنای سیگنال های متفاوت می باشد . بطور مثال ، تکنیک نشانگر قدرت سیگنال در گیرنده استفاده می شود و به خاطر سادگی آن ، این روش به شکل گسترده در تحقیقات استفاده می شود . علاوه بر این روش ، روش های زمان رسیدن (TOA)و اختلاف زمان رسیدن (TDOA) برای کاهش خطاهای فاصله های برآوردی به کار گرفته شده است ولی این روش ها نیاز دارند که هر گره ( سنسور) مجهز به CPU با قابلیت محاسبه بالا باشد . از زاویه رسیدن (AOA)نیز می توان برای اندازه گیری موقعیت های سنسور استفاده کرد . اصولاً روش های موقعیت یابی بر تعداد زیاد گره ها با موقعیت های توزیع شناخته شده در شبکه سنسور بی سیم تکیه دارد ، به گونه ای که یک سری گره ها با موقعیت های شناخته شده در شبکه وجود دارند که به آنها گرههای علامت دار یا مهار (Beacon) می گویند .
وجود چند گره با موقعیت معلوم در شبکه مستلزم این است که این نوع از حسگرها ، موقعیت خودشان را به وسیله ابزارهای گرانبهایی همانند GPS در هر لحظه بدانند و از آنجایی که استفاده از این ابزارها جهت موقعیت یابی در شبکه تا حد ممکن باید کم باشدلذا در الگوریتم های ارائه شده تا به حال وجود یا عدم وجود این ابزارها یکی از فاکتورهای مهم در هزینه بر بودن الگوریتم و کارایی آن تلقی می شود .
در اینسمینارماسعی خواهیم کرد که در هر یک از روش های گفته شده این مساله را نیز بررسی کرده و پیشنهادی ارائه خواهیم کرد که به کمک الگوریتمهای ژنتیکی و با یک گره مرجع می تواند بهبود قابل توجهی را در میزان هزینه و همجنین دقت موقعیت یابی روش های موجود بدهد
در این سمینار در فصل اول ابتدا مروری بر مفهوم شبکه های حسگر بی سیم انداخته و در فصل دوم جایگاه و اهمیت موقعیت یابی در این شبکه ها را بررسی خواهد شد . در فصل سوم هر یک از الگوریتم های ارائه شده تا به حالبررسی می شود و نکات قوت و ضعف هر یک از روش ها بیان خواهد شد . در فصل چهارم مروری بر چند ابزار شبیه سازی مهم شبکه های حسگر بی سیم می شود و در فصل پنجم به طور مختصر پیشنهاداتی جهت کارهای آینده در خصوص موقعیت یابی این شبکه هاارائه خواهد شد و با نتیجه گیری به پایان خواهد رسید .
فهرست مطالب:
پیشگفتار
چکیده
فصل اولمقدمه
فصل دوممروری بر شبکه های حسگر
2 – 1معرفی شبکه حسگر
2- 2 ساختار کلی شبکه حس/کار بی سیم
2 – 3 ساختمان گره
2- 4 ویژگی ها
2-5کاربردها
2 -6پشته پروتکلی
2 – 7 موضوعات مطرح
2- 8نمونه یپیاده سازی شده شبکه حس/کار
2- 8 – 1ذره ی میکا
فصل سوماهمیت موقعیت یابی در شبکه های حسگر
فصل چهارم نقد و بررسی روش های محل یابی حسگرها در شبکه های حسگر
4- 1 کارهای مرتبط
4 – 2موقعیت یابی سیستم های خانه به خانه با نواحی گسترده
4- 2- 1 سیستم موقعیت یاب جغرافیایی
4- 3مکانیزم موقعیت یابی مرکزی
4- 4 مکانیزم موقعیت یابی توزیع شده
4- 5 بررسی روش های مکان یابی مبتنی بر فاصله
4-5-1 اندازه گیری قدرت سیگنال دریافتی
4-5-2زاویه ورود
3- 5 – 3اختلافزمانبین ورود
4-5-4زمان ورود
4-6 موقعیت یابی داخلی
4- 6 -1سیستم کریکت
4- 7تکنیک های مبتنی بر محاسبه موقعیت
4- 7- 1مثلث بندی و multilateration
4- 7 -2درجه بندی خودکار و تکنیک های دیگر
4- 8 موقعیت یابی پویا در شبکه های حسگر
4- 8- 1 multilaterationاتمیک
4-8-2 multilateration تکراری
4-8-3Multilateration مشترک
4-9بررسی روش های مکان یابی مستقل از فاصله
4-9-1آیا من را می شنوی ؟
4-9-2روش مکان یابی نقطه در مثلث
4-9-3-روش مکان یابیچند گامی
4-9-4پیمایش چند بعدی
4- 9- 5Multilateration چند گامی
4-10موقعیت یابی به کمک گره مرجع سیار
4- 11موقعیت یابی عاری از گره مرجع
4-12روش های موقعیت یابی با گره مرجع سیار
4-12-1تخمین موقعیت گره حسگر
4-12-1-1موقعیت یابی به کمک گره مرجع سیار
4-12-1-2موقعیت یابی با گره مرجع سیار و در همسایگی گره
4-13موقعیت یابی با یک گره راهنما سیار
4-13-1الگوریتم برای موقعیت یابی یا یک گره راهنما سیار واحد
4-13-2خط سیر گره راهنما
4-14تحلیل تجربی سیستم موقعیت یابی با یک گره راهنما سیار
فصل پنجم بررسی نرم افزارهای شبیه سازی شبکه
5- 1خصوصیات لازم برای شبیه سازهای شبکه
5- 2شبیه ساز OPNET
5-2-1مدل شبکه
5-2-2مدل گره
5- 2 -3مدل پردازش
5- 3شبیه ساز NS(v2)
5-3 -1معماری درونی NS
5-3-1-1مدل VuSystem
5 -4شبیه سازOMNeT++
5-5شبیه ساز Ptolemy II
5 -6مدل سازی شبکه های بی سیم
5-6-1 اجرای یک مدل پیش ساخته
5-6 -2تغییر پارامترها
5- 7پیاده سازی در Ptolemy II
5-7-1طراحی ومدل کردن ناهمگن پتولومی
5-7-2مدل شبکه حسگر
5-8چند مثال و کاربرد
5-8-1غرق سازی
5-8-2مثلث بندی
5-8-3نظارت بر ترافیک
5-8-4گمشده جنگی در منطقه دشمن و تعقیب کننده
فصل ششم نتیجه گیری
منابعو مراجع
فهرست شکل ها:
شکل 2-1ساختار کلی شبکه حس / کار
شکل 2 -2ساختار خودکار
شکل 2- 3ساختار نیمه خودکار
شکل 2- 4ساختمان داخلی گرهحسگر/کارانداز
شکل 2 – 5پشته پروتکلی
شکل2-6ذره میکا
شکل2-7ساختار داخلی غبار هوشمند
شکل 3 -1مثالی از یک شبکه حسگر بی سیم
شکل 4 -1موقعیت یابی به کمک زاویه ورود
شکل 4 – 2موقعیت یابی به کمک تکنیک های زمان ورود و اختلاف زمان بین ورود
شکل4- 3 الف hyperbolic trilaterationشکل 4- 3 بمثلث بندی کردن
شکل 4-4انتخاب نقطه راهنما
شکل 4- 5بسته راهنما در داخل ناحیه سایه نمی تواند به موقعیت یابی گره حسگر کمک کند .
شکل 4- 6استفاده از یک بسته راهنمای جدید برای مشخص کردن موقعیت بسته راهنما
شکل 4- 7 یک گره راهنما سیار که در زمینه موقعیت یابی کمک میکند .
شکل 4-8موقعیت یابی به کمک گره راهنما
شکل 4 -9یک سیستم موقعیت یابی بر اساس گره راهنما سیار
شکل 4 -10 یک گره با مختصات نامعلوم و استفاده از گره راهنمای سیار در ساختار تجربی .
شکل 4 -11خطای موقعیت یابی برای هر یک از گرههای با مختصات نامعلوم
شکل 4-12ارزیابی خطای موقعیت یابی با تعداد گره های راهنما دریافت شده
شکل 5 -1مدل شبکه برای یک شبکه حسگر بی سیم
شکل 5 – 2الف( مدل گره برای یک گره راهنما ب)مدل گره برای یک گره با موقعیت نامعلوم
شکل 5 -3مدل پردازش برای یک گره راهنما
شکل 5 -4مدل گره برای یک گره با موقعیت نامعلوم
شکل 5- 5ساختار پیمانه ای OMNeT++
شکل 5 -6زیرپیمانه های متصل به یکدیگر و زیرپیمانه های متصل به مازول والد
شکل 5- 7 محیط Ptolemy II
شکل 5-8 مدل DE نمونه در Ptolemy,به عنوان بلوک دیاگرام نمایش داده شده است.
شکل 5-9نمایش Visualsense از مدل کشف بی سیم صوت
شکل 5 -10نمایش مدل در حال اجرا
شکل5-11 پارامتر های اکتور منبع صوت(سمت چپ)و مدل کانال صوتی(سمت راست)
شکل 5- 12 تصویری از مثال غرق سازی
شکل 5- 13 تصویر مثال مثلث بندی
شکل 5- 14تصویری که میدان حسگر ها را به همراه کانال ها و... نمایش می دهد
منابع و مأخذ:
[1] J.-P. Sheu, J.-M. Li, and C.-S. Hsu, “A Distributed Location Estimating Algorithm for Wireless Sensor Networks, Proceedings of International Conference on Sensor Networks, Ubiquitous, and Trustworthy Computing (SUTC), vol. 1, pp. 218-225, June 2006.
[2 ]M. Rudafshani and S. Datta, “Localization in Wireless Sensor Networks,” Proceedings of International Conference on Information Processing in Sensor Networks (IPSN), pp. IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING This article has been accepted for publication in a future issue of this journal, but has not been fully edited. Content may change prior to final publication. 34 51-60, Apr. 2007
[3]Per Enge, Pretap Misra, Special Issue on GPS: The Global Positioning System, Proceeding of the IEEE,Volume 87, Number 1,pp. 3-172, January 1999.
[4]J. Hill, R. Szewczyk, A Woo, S. Hollar, D. Culler, and K. Pister, System Archtecture Directions for Networked Sensors,’’ Proceedings of the 9th International Conference on Architectural Support for Programming Language and Operating Systems, November 2000.
[5]Jeffrey Hightower, Gaetano Borriello, Location Systems for Ubiquitous Computing, IEEE Computer, August 2001.
[6] Robert Szewczyk, Eric Osterweil, Joseph Polastre, Michael Hamilton, Alan MainWaring, and Deborah Estrin, “Habitat Monitoring with Sensor Networks”, Communication of the ACM, volume 47, Number 6, pp. 34-40, June 2004.
[7]M. Terwilliger, A. Gupta, V. Bhuse, Z, Kamal, and M. Salahuddin, “A Localization System using Wireless Network Sensors: A Comparsion of Two Techniques”, The Proceedings of the First Workshop on Positioning, Navigation and Communication, Hannover, Germany, March 2004.
[8]A. Savvides, C. C. Han, M. B. Srivastava, “Dynamic Fine-Grained Localization in Ad-Hoc Networks of Sensors”, In Proceedings of the Seventh Annual International Conference on Mobile Computing and Networking(MOBICOM 01), 2001.
[9]Chris Savarese, Jan Rabaey, Jan Beutel, “Locationing in Distributed Ad-Hoc Wireless Sensor Networks, “Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 4,(Salt Lake City, UT), pp, 2037.
[10]Chris Savarese, Jan M Rabaey , Koen Langendoen, “Robust Positioning Algorithms for Distributed Ad-Hoc Wireless Sensor Networks”, Proceedings of the General Track: 2002 USENIX Annual Technical Conference,p.317-327, June 10-15, 2002.
[11]S. Meguerdichian, S. Slijepcevic, V. Karayan, and M. Potkonjak, “Localized Algorithms in Wireless Ad-Hoc Networks: Location Discivery and Sensor Exposure”, Proceedings of MobiHOC2001, Long Beach, CA, 2001.
[12] Garrison Greenwood, Ajay Gupta and M Terwilliger, “Scheduling Replicated Critical Tasks in Faulty Networks Using Evolution Strategies, Proceedings of the 1995 IEEE Intl Conf. on Evolution Computing, pages 152-156, 1995.
[13]James Aspnes, David Goldenberg, and Yang Richiard Yang. On the computational complexity of sensor network localization. Algorithm Aspects of Wireless Sensor Networks: First International Workshop, ALGOSESNSORS 2004, Turku, Finland, July 16, 2004.
[14]The familiar project, http://familiar.handhelds.org.
[15]LORAN. http://www.navcen.uscg.gov/loran/Default.htm#Link.
[16] Opnet network simulator, http://www.opnet.com.
[17]I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cerci. Wireless sensor networks: A survey. IEEE Computer, 38(4):393–422, March 2002 .
[18] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, “A survey on sensor networks,” Elsevier Computer Networks, vol 38, pp. 393–422, 2002.
[19]A El-Rabbany, “Introduction to GPS: the Global Positioning System,” Artech House, Boston, London, 2002.
[20] K. Langendeon and N. Reijers, “Distributed localization in wireless sensor networks: a quantitative comparison,” Elsevier Computer Networks, vol 43, pp. 499–518, 2003.
[21] P. Bahl and V. N. Padmanabhan, “Radar: An in-building rf-based user location and tracking system,” In Proceedings of the IEEE Infocom 2000, 2000, pp. 775–784.
[22] N.B. Priyantha, A. Chakraborty, and H. Padmanabhan, “The cricket location support system,” In Proceeding of 6th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MOBICOM), 2000, pp.32-43.
[23]A. Savvides, C.-C. Han, and M. Srivastava, “Dynamic fine-grained localization in ad-hoc networks of sensors,” In 7th ACM Int. Conf. on Mobile Computing and Networking (Mobicom), 2001, pp. 166 -179.
[24]D. Niculescu and B. Nath, “Ad hoc positioning system (APS) using AoA,” In: Proceedings of the IEEE INFOCOM, the Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies, 2003, pp. 1734–1743.
[25]A. Ward, A. Jones, and A. Hopper, “A new location technique for the active office,” IEEE Personal Communications, vol. 4, no. 5, pp. 42–47, Oct. 1997.
[26]L. Girod, “Development and characterization of an acoustic rangefinder,” Computer Science Department, University of Southern California, Tech. Rep. 00-728, Apr. 2000.
[27] Codeblue Project. Available: http://www.eecs.harvard.edu/˜mdw/proj/codeblue/ [Accessed Dec. 4, 2007].
[28] Fraunhofer Body Area Network. Available: http://www.ban.fraunhofer.de [Accessed Dec. 4, 2007].
[29] J. Heidemann N. Bulusu and D. Estrin. “Gps-less low cost outdoor localization for very small devices,” IEEE Personal Communications Magazine, vol. 7, pp.28–34, Oct 2000.
[30] T. He, C. Huang, B. Blum, J. Stankovic, and T. Abdelzaher. “Range-free localization schemes in large scale sensor networks,” In : ACM MobiCom, 2003, pp.81-95.
[31] D. Niculescu and B. Nath. “Ad hoc positioning systems (aps),” In Proceedings of the IEEE GlobeCom, 2001, pp.2926 – 2931
[33] G. Mao, B. Fidan and B. Anderson, “Wireless sensor network localization techniques,” Elsevier Computer Networks, vol 51, pp. 2529–2553, 2006.
[34] S.-S Wang, K.-P Shih, C.-Y Chang, “Distributed direction-based localization in wireless sensor networks,” Elsevier Computer Networks, vol 30, pp. 1424–1439, 2007.
[35] D. Koutsonikolas, S.M. Das, Y.C Hu, “Path planning of mobile landmarks for localization in wireless sensor networks,” Elsevier Computer Networks, vol 30, pp. 2577–2592, 2007
پروژه نقد و بررسی محل یابی حسگرها در شبکه های حسگر بی سیم. doc
