3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

فهرست کلمات اختصاری

1. 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 شبکه_­­ها، 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.