منابع مقاله با موضوع سلسله مراتب، پردازش اطلاعات، نقطه مرجع

شکل2-20: ماشين حالات الگوريتم DELTA 28

شکل2-21:جستجو براي حسگرهاي مکان‌يابي با شعاع حسي کم 29
شکل2-22:جستجو براي حسگرهاي مکان‌يابي با شعاع حداکثري 29
شکل2-23: جستجو براي حسگرهاي مکان‌يابي در خوشه‌هاي مجاور 30

شکل2-24: سطح دوم از فرايند بازيابي هدف 30
شکل 3-1: الگوريتم فانوس دريايي 35
شکل 3-2: روش مثلث سازي 37
شکل 3-3: الگوريتم مکان‌يابي تک گامه با روش فانوس دريايي 38
شکل 3-4: الگوي حرکتي يک گره متحرک با استفاده از مدل حرکتي نقطه راه تصادفي 39
شکل 3-5: الگوي حرکتي مدل راهپيمايي تصادفي بازمان حرکت ثابت 40
شکل 3-6: انواع مدل‌هاي شهري، a: مدل آزادراه، b: مدل منهتن 41
شکل 3-7: تغيير مکان گروه در مدل گروهي نقطه مرجع 43
شکل 3-8: حرکت سه گره متحرک بر اساس مدل حرکتي رشتهاي 44
شکل 4-1:دياگرام حالت الگوريتم KOCA 48
شکل 4-2: رويه خوشه‌بندي مجدد در الگوريتم رهگيري اهداف سريع 50
شکل 4-3: الگوريتم رهگيري هدف در الگوريتم رهگيري سريع اهداف 51
شکل 4-4: جستجو سه حسگر شايسته در برد نرمال 53
شکل 4-5: جستجو سه حسگر شايسته در برد حداکثري 53
شکل 4-6: جستجو سه حسگر شايسته توسط خوشه‌هاي مجاور 54
شکل 4-7: شناسايي هدف توسط حسگرهايي که در فاصله برد نرمال تا هدف قرار دارند 54
شکل 4-8: رويه تصحيح خطا 55
شکل 4-9: معماري رهگيري هدف در الگوريتم CDTA 56
شکل 4-10: چگونگي تغيير حالات حسگرها 57
شکل 4-11: مکانيزم ارتباطي بين حسگرهاي اجرايي و حسگرهاي انتشاردهنده 58
شکل5-1: بسته پيام اعلان سرخوشه شدن ADV-Message 60
شکل5-2: جدول سرخوشه CH-Table 61
شکل5-3: بسته پيام عضويت JREQ-Msg 61
شکل5-4: جدول خوشه‌هاي مجاور AC-Table 62
شکل5-5:جدول حسگرهاي عضو خوشه 62
شکل5-6: بسته پيام بيدارباش 63
شکل5-7:بسته ارسال اطلاعات توسط حسگرهاي شناسايي کننده هدف 64
شکل5-8: بسته پيام انتخاب حسگرهاي شايسته توسط خوشه‌هاي همسايه 64

شکل5-9: مدل شبکه: دايره‌ها نشان‌دهنده حسگرهاي مرزي، مربع‌ها نشان‌دهنده حسگرهاي عضو خوشه و شش ضلعي‌ها نشان‌دهنده حسگرهاي سرخوشه است. 65
شکل5-10: دياگرام کلي الگوريتم PDTA 67
شکل5-11: دياگرام رويه خوشه‌بندي 68
شکل5-12: دياگرام رويه رهگيري هدف 69
شکل5-13: روند اجراي ارسال پيام ADV در رويه خوشه‌بندي 71
شکل5-14: ماشين حالت نشان‌دهنده سازوکار خوشه‌بندي الگوريتم پيشنهادي 72
شکل5-15: شبه کد رويه خوشه‌بندي پيشنهادي 73
شکل5-16:محاسبه محل هدف توسط سه حسگر شايسته 75
شکل5-17:جستجوي سه حسگر شايسته رهگيري هدف در برد نرمال 77
شکل5-18: جستجوي سه حسگر شايسته رهگيري هدف در برد حداکثري 77
شکل5-19: جستجوي سه حسگر شايسته رهگيري هدف در بين خوشه‌ها 78
شکل5-20: مقايسه بين حرکت واقعي و حرکت پيش‌بيني‌شده توسط پيش‌بيني کننده براي هدف اول 82
شکل5-21: جزئيات مقايسه بين حرکت واقعي و حرکت پيش‌بيني‌شده توسط پيش بين براي هدف اول در مسيري از مکان (464و391) تا مکان (302و8) 82
شکل5-22: مقايسه بين حرکت واقعي و حرکت پيش‌بيني‌شده توسط پيش‌بيني کننده براي هدف دوم 83
شکل5-23: مقايسه بين حرکت واقعي و حرکت پيش‌بيني‌شده توسط پيش‌بيني کننده براي هدف سوم 83
شکل5-24:روش بدست آوردن اندازه خطا بين موقعيت واقعي و موقعيت پيش‌بيني‌شده 85
شکل5-25: رابطه بين احتمال گم شدن هدف و دقت رهگيري 85
شکل5-26: احتمال گم شدن هدف در برابر سرعت هدف 86
شکل5-27: حداکثر فاصله هدف تا سه حسگر شايسته را براي اهداف گم شده 87
شکل5-28: انرژي مصرف‌شده در شبکه براي 2000 نقطه شناسايي هدف 88

فهرست جداول
عنوان
صفحه
جدول 5-1: رويدادهاي بين حالات و حالات بعدي در هر يک از حالات 72
جدول 5-2: پارامترهاي شبيه‌سازي 81
جدول 5-3: مشخصات الگوريتم پيش بين خطي 84

چکيده
با پيشرفت تکنولوژي ساخت وسايل الکترونيکي و مقرون به صرفه شدن شبکه‌هاي حسگر در مقياس‌هاي بزرگ، شبکههاي حسگر بيسيم زمينه‌هاي تحقيقاتي را با رشد سريع و جذابيت بسيار فراهم ميکنند که توجهات زيادي را در چندين سال اخير به خود جلب کرده است. شبکه‌هاي حسگر بي‌سيم با مقياس بزرگ حاوي چند صد تا چند ده هزار حسگر، پهنه وسيعي از کاربردها و البته چالش‌ها را به همراه دارند. ويژگي‌هاي خاص اين شبکه‌ها، امکان استفاده از آن‌ها را در کاربردهايي مانند کنترل و بررسي مناطق حادثه‌خيز، حفاظت مرزها و مراقبت‌هاي امنيتي و نظامي فراهم ميکنند. يکي از مهم‌ترين کاربردهاي متصور براي اين شبکه‌ها کاربرد رهگيري هدف مي‌باشد. در اين کاربرد، شبکه‌هاي حسگر بي‌سيم از حسگرهاي تشکيل‌دهنده اين شبکه جهت حس کردن و تشخيص يک هدف خاص و دنبال کردن آن در ناحيه تحت نظارت شبکه استفاده مي‌شود. به دليل اينکه حسگرهاي موجود در اين نوع شبکه‌ها داراي محدوديت انرژي مي‌باشند و ارتباطات بين حسگرها به صورت بي‌سيم انجام ميپذيرد، توجه به مسئله مصرف توان و رهگيري بدون خطا چندين هدف متحرک به صورت همزمان در اين شبکه‌ها اهميت فراواني دارند. الگوريتم‌هاي رهگيري هدف در شبکه‌هاي حسگر، از نظر کاربرد و عملکرد آن‌ها، به چهار دستهي پروتکل مبتني بر پيام، مبتني بر درخت، مبتني بر پيش‌گويي و مبتني بر خوشه‌بندي، تقسيم ميگردند. در اين ميان پروتکل‌هاي مبتني بر خوشه‌بندي از نظر مصرف انرژي بهينه هستند. تاکنون براي رفع مشکل انرژي روش‌هاي زيادي طرح گرديده است که مي‌توان به الگوريتم‌هاي رهگيري اهداف سريع، DPT و CDTA اشاره کرد. الگوريتم رهگيري اهداف سريع قابليت رهگيري اه
داف سريع را دارا مي‌باشد ولي از معايب آن مي‌توان به بالا بودن ميزان ارتباطات در شبکه به دليل کوچک بودن خوشه‌ها اشاره کرد. الگوريتم DPT داراي يک الگوريتم پيش بين با پيچيدگي کم مي‌باشد ولي از معايب آن مي‌توان به قادر نبودن آن به رهگيري چندين هدف به صورت همزمان اشاره کرد. از معايب الگوريتم CDTA مي‌توان به عدم وجود رويه تصحيح خطا براي شناسايي مجدد هدف گم شده، تقسيم‌بندي شبکه بر اساس مدل شبکه و قادر نبودن آن به رهگيري چندين هدف به صورت همزمان اشاره کرد. در الگوريتم پيشنهادي از يک ديدگاه خوشه‌بندي بر اساس پيش‌بيني به منظور مقياس‌پذير بودن شبکه و مصرف بهينه انرژي استفاده گرديده است تا در برابر خرابي‌هاي احتمالي حسگرها و پيش‌بيني‌هاي اشتباه مکان هدف مقاوم باشد. در اين الگوريتم، رويه تصحيح خطايي ارائه گرديده است تا در زمان‌هايي که هدف به دليل سرعت بالاي خود و يا تغيير جهت‌هاي ناگهاني از برد حسگرها خارج گرديد، الگوريتم قادر به شناسايي مجدد هدف باشد. نتايج بدست آمده توسط شبيه‌ساز نشان ميدهند که الگوريتم پيشنهادي قادر به رهگيري چندين هدف به صورت همزمان مي‌باشد و همچنين الگوريتم پيشنهادي با کم کردن ارتباطات بين خوشهاي و احتمال گمشدن هدف مصرف انرژي در شبکه‌هاي حسگر را تا حد امکان کاهش ميدهد.
کلمات کليدي: شبکه‌هاي حسگر، رهگيري اهداف متحرک، مقياس‌پذير بودن شبکه، مدل شبکه، الگوريتم پيش بين، الگوريتم تصحيح خطا

فصل اول
مقدمه
1-1- شرح و اهميت موضوع
يکي از شبکه‌هايي که در سال‌هاي اخير توجهات زيادي را به خود جلب کرده است، شبکه‌هاي حسگر بيسيم1 (WSN) مي‌باشند. شبکه‌هاي حسگر از تعداد زيادي حسگر تشکيل شده‌اند که پس از توزيع در منطقه، حسگرهايي که در نزديکي يک رويداد قرار دارند بعد از شناسايي آن رويداد به جمعآوري اطلاعات رويداد مورد نظر در محيط ميپردازند و اطلاعات بدست آمده از رويداد را به حسگر چاهک ارسال مي‌کنند. حسگر چاهک، حسگري است که با ايستگاه پايه2 که در خارج از شبکه‌هاي حسگر مستقر مي‌باشد، در ارتباط مي‌باشد[1]. حسگرهاي اين شبکه‌ها داراي يک واسط بيسيم مي‌باشند که همين امر باعث گرديده است که اين شبکه‌ها در سطح زمين، زير آب و ديگر مکان‌هاي خطرناک و يا غيرقابل‌دسترس راه‌اندازي گردند. بنابراين شبکه‌هاي حسگر قادر به پوشش مناطقي هستند که شبکه‌هاي ديگر از عهده پوشش آن مناطق بر نمي‌آيند و در واقع شبکه‌هاي حسگر امکان تعامل بين انسان، محيط و ماشين را فراهم ميکنند. گسترش شبکه‌هاي حسگر بيسيم با کاربردهاي نظامي آغاز گرديد ولي امروزه با گسترش سريع کاربردهاي شبکه‌هاي حسگر، در زمينه‌هاي رهايي از سانحه، کنترل محيطي و نگاشت تنوع زيستي، سازه‌هاي هوشمند، مديريت تأسيسات، کشاورزي، پزشکي و بهداشت، حمل‌ونقل، پردازش از راه دور و رهگيري هدف از شبکه‌هاي حسگر بيسيم استفاده مي‌گردد. به همين دليل امروزه پيشرفت‌هاي زيادي در حوزه زيرسيستم‌هاي الکترومکانيکي صورت پذيرفته است تا امکان توسعه حسگرهاي هوشمند فراهم گردد [1].

يکي از کاربردهاي ذکرشده براي شبکه‌هاي حسگر، رهگيري اهداف متحرک مي‌باشد که هدف از آن دنبال کردن يک شي خاص در يک فضاي از پيش تعيين‌شده به نام ميدان حسگر و تشخيص مسير آن شي است. اين کاربرد مي‌تواند با قابليت شناسايي يک هدف خاص در ميان اهداف گوناگون کامل‌تر گردد. بدين منظور از حسگرهايي با فناوري‌هاي متفاوت که ويژگي‌هاي گوناگون يک پديده را مي‌توانند اندازه‌گيري کنند در امر رهگيري هدف استفاده مي‌گردد. اين حسگرها از چهار واحد: واحد توان، واحد پردازش اطلاعات، واحد ارتباطات و واحد حس کردن تشکيل شده است. اين حسگرها مي‌توانند از نوع حسگرهاي حضور، لرزش، نور، صوت، ليزري و تصوير باشند که در اين ميان حسگرهاي تصويري به دليل اينکه حامل اطلاعات بسياري هستند از اهميت بالايي در کاربردهاي رهگيري هدف براي شناسايي يک هدف خاص در ميدان‌هاي نبرد و يا ساختمان‌ها و مکان‌هاي عمومي برخوردارند [2].
با توجه به محدوديت واحد توان حسگرها و بالا بودن مصرف انرژي حسگرهاي تصويري نسبت به انواع ديگر حسگرها، بهينه مصرف شدن انرژي يکي از چالش‌هاي مهم شبکه‌هاي حسگر محسوب مي‌گردد. در اين راستا بايد مصرف انرژي اجزا حسگرها شامل ريز حسگرها، مبدل آنالوگ به ديجيتال، پردازنده سيگنال، فرستنده و گيرنده را تا حد امکان کاهش داد. تحقيقات نشان داده‌اند که انرژي مورد نياز براي ارتباطات از ساير واحدهاي مصرف‌کننده انرژي حسگرها به دليل بالا بودن حجم داده‌هاي صوتي و تصويري ارسال‌شده توسط حسگرهاي تصويري و در نتيجه تحميل شدن سربار زيادي به سيستم انتقال داده، بيشتر مي‌باشد [2].
از آنجا که کاربردهاي رهگيري هدف نيازمند ارسال اطلاعات به صورت بلادرنگ به کاربر است و بنابراين محاسبات بسياري به صورت بلادرنگ در هر حسگر صورت ميپذيرد همواره توان بسياري در شبکه حسگر در حال مصرف است و به همين دليل رهگيري هدف يکي از کاربردهايي است که مصرف توان آن بالا مي‌باشد. با توجه به اينکه مصرف بهينه توان باعث پايداري و قابليت اطمينان شبکه‌هاي حسگر در شرايط سخت مي‌گردد و بالا بودن ميزان مصرف انرژي در شبکه‌هاي حسگر، اهميت ارائه الگوريتم‌هاي رهگيري هدف با مصرف توان پايين را دو چندان ميکند.
در روش‌هاي سنتي رهگيري هدف، از رويکردهاي مرکزي براي انجام اين پژوهش استفاده مي‌گرديده است. در رويکردهاي مرکز
ي در هر زمان تنها يک حسگر وظيفه شناسايي هدف را بر عهده دارد و بنابراين دقت رهگيري هدف پايين خواهد آمد و انرژي حسگرها به دليل تحميل شدن محاسبات سنگين به صورت بهينه مصرف نخواهد گرديد. در اين روش‌ها با افزايش تعداد گره‌هاي حسگر در شبکه، پيام بيشتري به سوي حسگر چاهک هدايت مي‌شوند که سبب استفاده زياد از پهناي باند شبکه ميگردد و بنابراين اين رويکردها در برابر خطا مقاوم نيستند. در الگويتم هاي رهگيري هدف جديد، گره‌هاي حسگري که مي‌توانند هدف را تشخيص دهند در حالت فعال نگه داشته مي‌شوند و مابقي حسگرها براي صرفه‌جويي در مصرف توان به حالت غيرفعال مي‌روند. براي اينکه هدف به صورت پيوسته رهگيري شود بايد گروهي از حسگرها قبل از رسيدن هدف به آنها به حالت فعال بروند. اين گروه از حسگرها با توجه به سرعت و مسير هدف تعيين مي‌گردند. بنابراين عمده پژوهش‌ها در زمينه رهگيري هدف براي بدست آوردن يک الگوريتم مناسب براي انتخاب بهينه اين گروه از حسگرها صورت پذيرفته است. در اين تحقيقات با استفاده از حدس نزديک به بهينه اين گروه از حسگرها ميزان تبادل اطلاعات ميان حسگرها را به حداقل مي‌رسانند و بنابراين زيرسيستم مخابراتي که اصلي‌ترين منبع مصرف‌کننده توان حسگرها مي‌باشد کمتر فعال مي‌گردد و در نتيجه مصرف انرژي به صورت چشمگيري کاهش مييابد. اما دسته‌اي ديگر از الگوريتم‌هاي رهگيري هدف با توجه به اينکه در نظر نگرفتن کاهش مصرف انرژي در زيرسيستم‌هاي حسي و پردازشي حسگرها ما را از امکان کاهش بيشتر مصرف توان شبکه دور مي‌سازد، بر روي مصرف توان درون يک حسگر تمرکز کرده‌اند. در اين الگوريتم‌ها مصرف توان زيرسيستم‌هاي حسگرها با ارائه الگوريتم‌هايي که هدف آنها رهگيري هدف با سربار پردازشي حداقل و نحوه نمونه‌برداري مناسب با زمان‌بندي و بسامد مناسب فعال‌سازي زيرسيستم حسگر مي‌باشد، کاهش مييابند [3].
در پژوهش‌هاي انجام‌شده در رابطه با رهگيري هدف در شبکه‌هاي حسگر بي‌سيم چهار رويکرد کلي وجود دارد. اين رويکردها شامل رويکردهاي بر مبناي پيام، بر مبناي درخت، بر مبناي پيش‌بيني و بر مبناي خوشهبندي مي‌باشند. در رهگيري هدف بر مبناي پيام فرض مي‌گردد که هدف متحرک سرعت و جهت حرکت جاري خود را براي چند لحظه حفظ مي‌کند و از تاريخچه حرکتي هدف به منظور پيش‌بيني حرکت بعدي هدف استفاده مي‌شود. بعد از تخمين حرکت بعدي هدف با استفاده از يک روش پيام‌رساني همه جهته به گروهي از حسگرها که در حوزه تحويل قرار دارند پيامي را ارسال مي‌کنند و اين گروه از حسگرها با دريافت اين پيام پيش از رسيدن هدف به آ‌نها حسگرها، فعال ميگردند [3].
در رهگيري هدف بر مبناي درخت، حسگرهاي شبکه به صورت يک درخت سلسله مراتبي سازماندهي مي‌گردند که نودهاي اين درخت حسگرها مي‌باشند و يال‌هاي آن اتصالات بين حسگرهايي را مشخص مي‌کنند که مي‌توانند با يکديگر به صورت مستقيم در ارتباط باشند. در هنگام رهگيري هدف بر مبناي درخت حسگرهايي که هدف را شناسايي کرده‌اند از طريق درخت سلسله مراتبي با يکديگر ارتباط برقرار مي‌کنند و به صورت مجازي يک درخت بنام درخت همراه بين حسگرهاي شناسايي کننده هدف تشکيل مي‌گردد. بعد از تشکيل درخت همراه، تمام حسگرهاي شناسايي کننده هدف اطلاعات خود را به ريشه درخت مجازي ارسال مي‌کنند و در صورتي که حسگر ريشه از هدف دور باشد با توجه به اطلاعات رسيده شده به حسگر ريشه، درخت همراه جديدي ايجاد خواهد گرديد.
در رهگيري هدف بر مبناي پيش‌بيني فرض مي‌گردد که هدف متحرک سرعت و جهت جاري خود را براي چند لحظه آينده حفظ

این نوشته در پایان نامه ها و مقالات ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.