كاهش مصرف انرژی در شبکه WSN با استفاده از شبکه های خودسازمان ده

كاهش مصرف انرژی در شبکه WSN با استفاده از شبکه های خودسازمان ده

خوشه بندی
شبكه عصبی
شبكه های عصبی SOM
شبكه های حسگر بی‌سیم
كاهش مصرف انرژی در شبكه های حسگر بی‌سیم
كاهش مصرف انرژی در شبکه WSN با استفاده از شبکه های خودسازمان ده
كاهش مصرف انرژی در شبكه‌های حسگر بی‌سیم با استفاده از شبكه‌های عصبی SOM
دانلود پایان نامه ارشد نرم افزار

رفتن به سایت اصلی

دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی نرم افزار

كاهش مصرف انرژی در شبکه WSN با استفاده از شبکه های خودسازمان ده

 

 

چکیده

 امروزه، در شبكه‌های حسگر بی‌سیم، پروتكل‌های مسیریابی مبتنی بر خوشه‌بندی از طریق تقسیم گره‌های همسایه به خوشه‌های مجزا و انتخاب سرخوشه‌های محلی برای تركیب و ارسال اطلاعات هر خوشه به ایستگاه مبنا و سعی در مصرف متوازن انرژی توسط گره‌های شبكه، بهترین كارایی را از لحاظ افزایش طول عمر و حفظ پوشش شبكه‌ای در مقایسه با سایر روش‌های مسیریابی به‌ دست می‌آورند. 

 

با این وجود، همه پروتكل‌های خوشه‌بندی ارایه شده تاكنون، تنها نزدیكی جغرافیایی(همسایگی) را به عنوان پارامتر تشكیل خوشه‌ها در نظر گرفته‌اند. در این تحقیق، یك پروتكل جدید خوشه‌بندی متمركز مبتنی بر انرژی با استفاده از شبكة عصبی نقشة خودسازماندهی برای شبكه‌های حسگر بی‌سیم ارایه می‌شود كه قادر به خوشه‌بندی گره‌های شبكه بر اساس سطح انرژی و مختصات گره‌ها می‌باشد. 

 

این پروتكل با استفاده از تعداد مشخصی از گره‌های پرانرژی در شبكه و اعمال آن‌ها به عنوان وزن نورون‌های نقشة خودسازماندهی، نزدیك‌ترین گره‌های كم‌انرژی را جذب گره‌های پرانرژی می‌كند؛ به طوری كه خوشه‌ها لزوماً از گره‌های مجاور تشكیل نشده و در واقع براساس دو پارامتر سطح انرژی و همسایگی، خوشه‌هایی با انرژی متوازن تشكیل خواهند شد. به علاوه یك تابع هزینه جدید به منظور تصمیم‌گیری در انتخاب گره‌های سرخوشه، پیشنهاد شده است كه سعی در تركیب معیارهای مختلف موثر در انتخاب بر اساس میزان اهمیت آن‌ها دارد. كارایی برتر این پروتكل از لحاظ افزایش طول عمر مفید شبكه و حفظ بهتر پوشش شبكه‌ای در مقایسه با پروتكل‌های پیشین نظیر LEACH و LEA2C و نیز تاثیر تابع هزینه پیشنهادی بر كارایی آن (با شبیه‌سازی) به اثبات رسیده است. 

 

 

 

واژه‌های كلیدی:

خوشه بندی

شبكه عصبی

شبكه های عصبی SOM

شبكه های حسگر بی‌سیم

كاهش مصرف انرژی در شبكه های حسگر بی‌سیم

 

 

 

 

مقدمه

یكی از مهمترین ابزار كسب اطلاعات و درك محیط كه تحقیقات گسترده‌ای را به خود معطوف نموده، شبكه‌های حسگر بی‌سیم است. با وجود پیشرفت‌های صورت گرفته در این نوع شبكه‌ها، گره‌های حسگر به دلیل تعداد زیاد، اندازه كوچك و روش قرارگیری اقتضایی، هنوز هم برای تامین انرژی خود، متكی به باتری‌هایی با توان اندك می‌باشند. همچنین معمولاً به‌ دلیل به‌كارگیری این نوع شبكه‌ها در محیط‌های خشن و غیر‌قابل‌دسترس، امكان شارژ مجدد یا تعویض گره‌های حسگر وجود ندارد.

 

 بنابراین یكی از مهمترین مسایل در شبكه‌های حسگر بی‌سیم، مسالة محدودیت شدید انرژی است. همچنین از آن جایی كه كارایی شبكه‌های حسگر به شدت به طول عمر شبكه و پوشش شبكه‌ای آن وابسته است، بنابراین لحاظ نمودن الگوریتم‌های ذخیرة انرژی در طراحی شبكه‌های حسگر با عمر طولانی، امری حیاتی است.  امروزه روش‌های مدیریت پویای توان كه به كاهش مصرف انرژی شبكه‌های حسگر بعد از طراحی و قرارگیری آن‌ها می‌پردازند، از بالاترین اهمیت برخوردار می‌باشند. در سال‌های اخیر برای مدیریت پویای توان، توجه به ابزارهای هوشمند و توانمندی نظیر شبكه‌های عصبی رونق چشم‌گیری یافته است. 

 

یك شبكة عصبی، سیستمی بزرگ متشكل از عناصر پردازشی موازی یا توزیع شده است كه در یك توپولوژی گراف به هم متصل شده‌اند. داده‌ها جدا از پردازش ذخیره نمی‌شوند، زیرا داده‌ها فی‌نفسه به هم متصل هستند. شبكه‌های عصبی، الگوریتم‌های ریاضی هستند كه قادر به یادگیری نگاشت‌هایی بین ورودی(ها) و خروجی(ها)  از طریق آموزش تحت نظارت بوده یا قادر به دسته‌بندی اطلاعات ورودی به روشی بدون نظارت می‌باشند. كه همه این قابلیت‌ها در روش‌های كاهش مصرف انرژی در شبكه‌های حسگر بی‌سیم كاربرد دارند.

 

 ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصر به فرد شبكه‌های عصبی در كاهش ابعاد داده‌های ورودی، رده‌بندی  و پیش‌بینی داده‌های حسگر، انطباق خاصی با ویژگی‌ها و نیازمندی‌های شبكه‌های حسگر بی‌سیم دارد. از این رو شبكه‌های عصبی می‌توانند ابزار مناسبی برای به‌كارگیری در شبكه‌های حسگر بوده و با كاهش نیاز به برقراری ارتباطات بی‌سیم، تاثیر قابل ملاحظه‌ای در كاهش مصرف انرژی شبكه‌های حسگر و افزایش طول عمر آن‌ها داشته باشند. هدف ما از این تحقیق ارایه روشی بهینه برای كاهش مصرف انرژی در شبكه‌های حسگر با به‌كارگیری قابلیت‌های شبكه‌های عصبی می‌باشد. به منظور دستیابی به ساختاری منسجم و مناسب برای انجام تحقیق، در ادامه این فصل به بیان مهمترین اصول و پاسخ‌گویی به سئوالات اصلی یك تحقیق علمی، پرداخته خواهد شد.

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

فصل1 مقدمه 1

1-1. مقدمه 2

1-2. تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق 3

1-3. فرضیه‌ها 4

1-4. اهداف تحقیق 5

1-5. روش تحقیق 5

1-6. مراحل انجام تحقیق 6

1-7. ساختار پایان‌نامه 6

 

فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی 8

2-1. مقدمه 9

2-2. طبقه‌بندی روش‌های كاهش مصرف انرژی در شبكه‌های حسگر 14

2-2-1. چرخة وظایف 17

2-2-2. روش‌های داده‌گرا 19

2-2-3. روش‌های مبتنی بر قابلیت تحرك 22

2-3. نقش شبكه‌های عصبی در كاهش مصرف انرژی شبكه‌های حسگر 23

2-3-2. شبكه‌های عصبی در طرح‌های چرخه وظایف 29

2-3-3. شبكه‌های عصبی در كاهش داده 31

2-3-4. شبكه‌های عصبی در شبكه‌های حسگر متحرك 41

2-4. نتیجه‌گیری 43

 

فصل3 نقش شبكه‌های عصبی در مسیریابی انرژی آگاه 44

3-1. مقدمه 45

3-2. ویژگی‌های مسیریابی در شبكه حسگر بی‌سیم 46

3-3. روش‌های مسیریابی در شبكه‌های حسگر بی‌سیم 48

3-3-1. مسیریابی مسطح 49

3-3-2. مسیریابی مبتنی بر مكان 50

3-3-3. مسیریابی سلسه مراتبی(مبتنی بر خوشه‌بندی) 51

3-3-4. پروتكل خوشه‌بندیLEACH 52

3-3-5. پروتكل خوشه‌بندیLEACH متمركز 54

3-4. شبكه‌های عصبی در الگوریتم‌های مسیریابی آگاه از انرژی 56

3-4-1. شبكة عصبی انتشار معكوس در كشف مسیر 56

3-4-2. شبكة عصبی نقشة خودسازماندهی در مسیریابی 57

3-4-3. پروتكل‌های مسیریابی مبتنی بر نقشة خودسازماندهی 60

3-5. پروتكل خوشه‌بندی پیوندگرا وفقی با انرژی پایین 64

3-6. جمع‌بندی 67

 

فصل4 پروتكل جدید پیشنهادی 68

4-1. مقدمه 69

4-2. پروتكل مسیریابی خوشه‌بندی مبتنی بر انرژی خودسازمانده 70

4-3. فرضیات الگوریتم 70

4-4. مرحلة خوشه‌بندی 72

4-4-2. مرحلة اول : خوشه‌بندی با شبكة عصبی نقشة خودسازماندهی 74

4-4-3. مرحلة دوم : خوشه‌بندی با الگوریتم K-means 82

4-4-4. مرحلة انتخاب سرخوشه 84

4-5. مرحلة انتقال داده 87

4-6. مرحلة خوشه‌بندی مجدد 89

4-7. جمع‌بندی 94

 

فصل5 نتایج شبیه‌سازی و تحلیل آن‌ها 95

5-1. مقدمه 96

5-2. پارامترهای شبیه‌سازی 96

5-2. نتایج شبیه‌‌سازی 98

5-2-1. مقایسة نحوة تشكیل خوشه‌ها در EBCS  با پروتكل LEACH 98

5-2-2. مقایسة كارایی EBCS با پروتكل‌های پیشین از لحاظ طول عمر شبكه 101

5-2-3. ارزیابی تابع هزینه انتخاب  سرخوشه بركارایی EBCS 105

5-2-4. ارزیابی كارایی پروتكلEBCS در افزایش پوشش شبكه‌ای 108

5-3. جمع بندی 112

 

فصل6 جمع‌بندی و پیشنهاد‌ها 114

6-1. مقدمه 115

6-2. یافته‌های تحقیق 117

6-3. نوآوری تحقیق 118

6-4. پیشنهاد‌ها 119

مراجع 121

واژه‌نامه 131

 

 

 

 

فهرست علائم اختصاری

 

میانگین متحرك خودبازگشتی Auto Regressive Moving Average ARMA

واحد دارای بیشترین انطباق Best Matching Unit BMU

شبكة عصبی انتشار معكوس Back Propagation Neural Network BP NN

تشكیل پویای گره Dynamic Node Creation DNC

خوشه‌بندی مبتنی بر انرژی با نقشه خودسازماندهی Energy Based Clustering Self organizing map EBCS

الگوریتم ژنتیك Genetic Algorithm GA

سیستم موقعیت‌یاب جهانی Global Positioning System GPS

شبكة عصبی هاپفیلد Hopfield Neural Network HNN

شناسه IDentity ID

پروتكل اینترنت Internet Protocol IP

انتساب دادة احتمالی مشترك Joint Probabilistic Data Association JPDA

نقشة خودسازماندهی كوهونن Kohonen Self Organizing Map KSOM

خوشه‌بندی پیوندگرای وفقی با انرژی پایین Low Energy Adaptive Connectionist Clustering

LEA2C

سلسه مراتب خوشه‌بندی وفقی با انرژی پایین Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy

LEACH

LEACH متمركز Low Energy Adaptive Connectionist Clustering- Centralized LEACH-C

شبكة عصبی با میدان‌های پذیرنده‌ة محلی Localized Receptive Field LRF NN

كنترل دستیابی رسانه Multiple Access Control MAC

نرم‌افزار مطلب MATrix Laboratory MATLAB

تخمین‌زنندة اتصال با الهام از شبكة ‌عصبی Neurally Inspired Contact Estimator NICE

شبكة‌ عصبی Neural Network NN

شبكة عصبی با تابع شعاعی Radial Basis Function Neural Network RBF NN

شبكة‌عصبی‌نقشة‌خودسازماندهی Self Organizing Map Neural Network SOM NN

شبكة حسگر بی‌سیم Wireless Sensor Network WSN

 

 

////////////////////////////////////

تحقیقات مرتبط با WSN:

امنیت در شبکه های WSN

شبکه‌های بی‌سیم حسگر WSN

مسیریابی در شبکه های WSN

بررسی نحوه محاسبه انرژی مصرفی گره در WSN و ارائه الگوریتمی برای تعیین مناسب سرگروه شدن گره

 

 

  • جایگاه مصلحت در اجرای مجازات

    جایگاه مصلحت در اجرای مجازات دانلود پایان نامه مصلحت اجرای مجازات تعارض و تزاحم دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته حقوق دانلود پایان نامه جایگاه مصلحت در اجرای مجازات دانلود پایان نامه ارشد حقوق دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد حقوق…

  • منابع بین المللی و داخلی حقوق مالکیت فکری

    منابع بین المللی و داخلی حقوق مالکیت فکری حقوق مالکیت فکری پایان نامه حقوق مالکیت فکری منابع بین المللی حقوق مالکیت فکری منابع داخلی حقوق مالکیت فکری کنوانسیون ها و مقررات بین المللی حقوق مالکیت فکری منابع حقوق مالکیت فکری…

  • پرسشنامه بررسی و شناسایی تاثیر تمایل رابطه ای و هوش بازاریابی بر قابلیت توسعه محصول جدید

    پرسشنامه بررسی و شناسایی تاثیر تمایل رابطه ای و هوش بازاریابی بر قابلیت توسعه محصول جدید پرسشنامه تمایل رابطه ای پرسشنامه هوش بازاریابی پرسشنامه قابلیت توسعه محصول جدید پرسشنامه تاثیر تمایل رابطه ای بر قابلیت توسعه محصول جدید پرسشنامه تاثیر…

  • انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها (164 صفحه)

    انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها (164 صفحه) حسگر سنسور انواع سنسور اهمیت كاربرد سنسور سیستم سنسوری دانلود پایان نامه الکترونیک دانلود پایان نامه مهندسی الکترونیک انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها رفتن به سایت اصلی دانلود پایان نامه رشته…

  • بررسی رئوس مکاتب فکری در امنیت بین المللی با تاکید بر نظریه هژمونی

    بررسی رئوس مکاتب فکری در امنیت بین المللی با تاکید بر نظریه هژمونی نظریه هژمونی امنیت بین المللی مکاتب فکری در امنیت بین المللی رئوس مکاتب فکری در امنیت بین المللی با تاکید بر نظریه هژمونی دانلود پایان نامه امنیت…

  • داوری تجاری بین الملل در فقه اسلامی با نگاهی به پیشینه بطلان رای داوری

    داوری تجاری بین الملل در فقه اسلامی با نگاهی به پیشینه بطلان رای داوری داوری تجاری بین الملل داوری تجاری بین الملل در فقه اسلامی بطلان رای داوری پیشینه بطلان رای داوری ابطال رأی داوری پایان نامه داوری تجاری بین…

  • شرایط اعتبار داوری در معاملات دولتی و ضمانت اجرای آن

    شرایط اعتبار داوری در معاملات دولتی و ضمانت اجرای آن ضمانت اجرای داوری در معاملات دولتی اعتبار داوری در معاملات دولتی داوری پذیری دعاوی در حقوق ایران نحوه داوری قراردادهای دولتی شرایط اعتبار داوری در معاملات دولتی مراجعه به داوری…

  • طراحی،اجرا و مدیریت سیستم های آبیاری در کشاورزی

    طراحی،اجرا و مدیریت سیستم های آبیاری در کشاورزی طراحی،اجرا و مدیریت سیستم های آبیاری در کشاورزی مدیریت اجرا و نگهداری سیستم های آبیاری سیستم های آبیاری فعالیت های ترویجی كشاورزی حوزه آبیاری مدیریت سیستم های آبیاری طراحی سیستم های آبیاری…

  • پرسشنامه آموزشهای حرفه ای مستمر و تاثیر آن بر رفتار و نحوه عمل حسابداران رسمی

    پرسشنامه آموزشهای حرفه ای مستمر و تاثیر آن بر رفتار و نحوه عمل حسابداران رسمی پرسشنامه آموزشهای حرفه ای مستمر پرسشنامه تاثیر آموزشهای حرفه ای مستمر بر رفتار حسابداران رسمی پرسشنامه تاثیر آموزشهای حرفه ای مستمر بر نحوه عمل حسابداران…

  • ارزیابی عملکرد بیمه ایران با تحلیل پوششی داده ها

    ارزیابی عملکرد بیمه ایران با تحلیل پوششی داده ها ارزیابی عملکرد با DEA ارزیابی عملکرد در شرکت بیمه ارزیابی عملکرد با استفاده از تحلیل پوششی داده ها پایان نامه ارزیابی عملکرد بیمه با DEA ارزیابی عملکرد بانک با تحلیل پوششی…