- فصل سوم: بر تحقیقات اخیر انجام شده 32
3-1- شبکه های حسگر بی سیم.. 33
3-1-1- مکان یابی.. 33
3-1-2- همزمان سازی.. 34
3-1-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان.. 35
3-2- شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 37
3-2-1- مکان یابی.. 37
3-2-2- همزمان سازی.. 39
3-2-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان.. 40
- فصل چهارم: روش پیشنهادی 43
4-1- مقدمه.. 44
4-2- روش پیشنهادی برای انجام همزمان سازی و مکان یابی توامان 44
4- 2- 1-تنظیمات سیستم و فرضیات.. 47
4-2-2-فاز اول: مکان یابی اولیه با استفاده از تکنیکTOA.. 49
4-2-3-فاز دوم: تدریجی کردن حرکت حسگرها50
4-2-4-فاز سوم: تخمین اریب زمان سنجی و انحراف… 51
4-2-5-فاز چهارم:جبران اثر لایه بندی… 52
4-2-6-فاز پنجم: مکان یابی همراه با پالایش تکرار. 55
4-2-7- به کار گیری مرز پایین کرامر رائو برای روش پیشنهاد شده 58
- فصل پنجم: شبیه سازی و ارزیابی نتایج 59
5-1- مقدمه.. 60
5-2- پارامترها، متریک ها و روش تحلیل.. 60
5-3- طراحی آزمایش.. 61
5-4- شبیه سازی و تحلیل نتایج.. 61
- فصل ششم: خلاصه، نتیجه گیری و پیشنهادات آتی 70
6-1- خلاصه.. 71
6-2- نتیجه گیری.. 73
6-3- نوآوری روش ارائه شده.. 74
6-4- پیشنهادها.. 74
مراجع 76
پیوست ها 80
فهرست شکل ها
شکل 2-1 نمونهای از حسگرهای بیسیم زیرآب…………………………………………………… 10
شکل 2-2 نمونههایی از AUV………………………………………………………………………… 11
شکل 2-3 معماری دو بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………….. 12
شکل 2-4 معماری سه بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………….. 14
شکل 2-5 مبادله پیام یکطرفه جهت همزمانسازی ساعت………………………………………… 18
شکل 2-6 مبادله پیام دو طرفه جهت همزمانسازی ساعت……………………………………….. 18
شکل 2-7 تخمین فاصله به روش TOA……………………………………………………………… 20
شکل 2-8 تخمین فاصله به روش TDOA…………………………………………………………… 21
شکل 2-9 محاسبه موقعیت به روش DV-Hop …………………………………………………….. 25
شکل 3-1 دستهبندی روشهای مکانیابی…………………………………………………………… 34
شکل 4-1 نمودار گردش کار الگوریتم پیشنهاد شده……………………………………………… 46
شکل 4-2 اثر لایهبندی در شبکههای حسگر بیسیم زیرآب…………………………………….. 54
شکل 5-1 Perr برای واریانس خطای TOA (1/σ2)……………………………………………….. 64
شکل 5-2 میانگین مربعات خطای انحراف ساعت در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² )… 65
شکل 5-3 میانگین مربعات خطای اریب زمانسنجی در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² ). 67
شکل 5-4 Perrدر برابر تعداد نودهای مرجع با واریانس خطای TOA، db45 = 1/σ²………. 67
شکل 5-5 Perrدر برابر تعداد تکرارهای شبیهسازی………………………………………………… 68
فهرست جدول ها
جدول 5-1 بازه اطمینان 95 درصدی برایPerr. 65
جدول 5-2 بازه اطمینان 95 درصدی برای انحراف ساعت.. 66
فهرست نشانه های اختصاری
d˜i,iʹ | خودبرآورد مربوط به مسافت بین موقعیت مکانی jiوjiʹ |
ji | مختصات دو بعدی مربوط به حسگر معمولی |
L | تعداد حسگر های مرجع |
N | تعداد بستههای انتقال یافته در مدت زمان پنجره مکانیابی |
Ol | انحراف |
pi | مختصات دو بعدی مربوط به Lمین حسگر مرجع |
Ri | زمان محلی دریافت iمین بسته ] ثانیه[ |
Sl | اریب زمانسنجی حسگر معمولی در ارتباط با Lمین حسگر مرجع |
Ti | زمان محلی ارسال i مین بسته ] ثانیه[ |
tl | ساعت محلی مربوط به مرجع L |
Tpdi | تاخیر انتشار مربوط به i مین بسته ] ثانیه[ |
W | مدت زمان پنجره مکانیابی. |
Δ | حد آستانه برای تدریجی کردن موقعیت مکانی ]متر[ |
σ2 | وا یانس مربوط به خطای اندازهگیری TOA |
ςli | نسبت بین Tpdiو تاخیر انتشار واقعی مربوط به بسته i |
ѱ˜i,iʹ | خودبرآورد مربوط به زاویه بین موقعیت مکانی jiوjiʹ]رادیان[ |
فهرست کلمات اختصاری
ALS | Area Localization Schema |
AOA | Angle Of Arrival |
AUV | Autonomous Underwater Vehicle |
CRLB | Cramer Rao Lower Bound |
DV | Distance Vector |
FTSP | Flooding Time Synchronization Protocol |
GTLS | Generalized Total Least Squares |
IMM | Interactive Multiple Model |
LOS | Line-Of-Sight |
MAC | Medium Access Control |
ML | Maximum Likelihood |
MSE | Mean Square Error |
RMSE | Root Mean Square Error |
SVP | Sound Velocity Profile |
TDMA | Time Division Multiple Access |
TDOA | Time Difference Of Arrivals |
TLS | Total Least Squares |
TOA | Time Of Arrival |
UWSNs | Underwater Wireless Sensor Networks |
- فصل اول: کلیات
- مقدمه
با گسترش روزافزون ابزارهای هوشمند کوچک وبا همگرا شدن ارتباطات بیسیم با ابزارهای ریز، امکان پدید آمدن شبکههای کمهزینه و در ابعاد مختلف فراهم شده است، شبکههایی که بتوانند اطلاعات محیطی را برای انسان جمعآوری کنند، شبکههایی که بدون زیرساخت و به سرعت برقرار شده و بتوانند خود را سازماندهی کنند و نیازی به انرژی خارجی نداشته باشند. مهمترین این شبکهها، شبکههای حسگر بیسیم میباشند و هر روزه کاربردها و استفادههای جدیدی در زمینه امور نظامی و غیر نظامی برای این نوع از شبکهها ارائه میشوند و مورد استفاده قرار میگیرند.
شبکه های حسگر بیسیم زیرآب گونه ای از شبکه های حسگر هستند که در محیط زیر آب قرار میگیرند و توسطامواج صوتیبا یکدیگر ارتباط دارند. شبکه های حسگر بیسیم در زیرآب برای مقاصدی چون جمع آوری داده های کف آب، نظارت بر آلودگی آبها، نظارت بر محیط ساحل، ناوبری و کاربردهای نظامی نظارت بر محیط به کار برده می شوند[1].
از آنجا که که در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، رسانه انتقال آب است، چالشها و مشکلات خاص خود را دارد که طراحی شبکه را تحت تاثیر قرار میدهند، از جمله این چالشها میتوان به تغییر سرعت صوت با توجه به عمق، دما و شوری آب، تحرک دائمی حسگرها، تاخیر انتشار طولانی و چندمسیری[1] را نام برد. بنابراین پروتکلها و پروتکلها و الگوریتمهای لایههای شبکههای حسگر زمینی برای شبکههای حسگرزیر آب نامناسبند.
تاکنون پروتکلها و الگوریتمهای زیادی به خصوص در زمینه مسیریابی و در زمینه کنترل دسترسی به رسانه از جمله Slotted FAMA ,UWAN-MACو… مطرح شده است [2] [3] [4] که در همه آنها مساله مکانیابی و همزمانسازی حسگرها از اهمیت ویژهای برخوردار است، برای مثال دسترسی چندگانه به وسیله تقسیم زمان (TDMA)[2] از مواردی است که بطور رایج در پروتکلهای دسترسی به رسانه(MAC)[3] استفاده میشود که به همزمانی دقیق میان حسگرها نیازمند است. به عنوان مثالی دیگر از اهمیت همزمانسازی و مکانیابی میتوان به این نکته اشاره کرد که تعداد زیادی از الگوریتمهای مسیریابی به اطلاعات مکانی حسگرها وابسته هستند [5] و [6].
اگرچه سرویسهای همزمانسازی و مکانیابی به هم وابسته هستند، معمولا به صورت مستقل مورد مطالعه قرار گرفتهاند و این به این دلیل است که مکانیابی از نقطه نظر شبکههای رادیویی و پردازش سیگنال [7] و همزمانسازی از نقطهنظر طراحی پروتکل مورد بررسی قرار گرفته اند [8]. در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، مکانیابی بیشتر از طریق زمان دریافت (TOA)[4] و زمان متفاوت دریافت (TDOA)[5] انجام میشود که وابسته به سرویسهای همزمانسازی هستند و در واقع این سرویسها پیشنیاز الگوریتمهای مکانیابی هستند. از طرف دیگر اطلاعات در رابطه با مکان حسگرها چون برای تخمین تاخیر انتشار مورد استفاده قرار میگیرد [9]، کمک فراوانی به همزمانسازی حسگرها میکند. با توجه به این ارتباطات، مکانیابی و همزمانسازی را میتوان در کنار هم انجام داد که انجام این کار دو مزیت بسیار مهم دارد:
- در یک استراتژی توامان از آنجا تعداد کمتری مبادلات پیام لازم است، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی که از موارد بسیار مهم در شبکههای حسگری زیر آب میباشد خواهیم داشت.
- یک راهحل توامان میتواند به افزایش صحت[6] در هر دو سرویس کمک کند.
[چهارشنبه 1399-10-17] [ 09:53:00 ق.ظ ]
|