دانشگاه صنعتي اميرکبير
(پلي تکنيک تهران)
دانشکده مهندسي برق
پاياننامه کارشناسيارشد گرایش مخابرات- سیستم

تحلیل، مدلسازی و شبیه سازی مقیاسپذیری در شبکههای حسگر بدون سیم با معیار ظرفیت
نگارش
مهدی هراتی
استاد راهنما
دکتر عباس محمدی
مهرماه 1391
دانشگاه صنعتي اميرکبير
(پلي تکنيک تهران)
دانشکده مهندسي برق
پاياننامه کارشناسيارشد گرایش مخابرات- سیستم

تحلیل، مدلسازی و شبیه سازی مقیاسپذیری در شبکههای حسگر بدون سیم با معیار ظرفیت
نگارش
مهدی هراتی
استاد راهنما
دکتر عباس محمدی
مهرماه 1391
تقدیم به…
«همیشه حرفهایست برای گفتن و حرفهایست برای نگفتن ، ارزش هر انسان به حرفهایست که برای نگفتن دارد ،حرفهایی اهورایی و برآمده از دل …» – هبوط، دکتر علی شریعتی
اول از همه این پژوهش را تقدیم میکنم به پدر و مادر دلسوز و فداکارم که یار و یاور همیشگی و پشتیبان روزهای سخت زندگی ام بوده و هستند و آنچه دارم ثمره وجود و مهر ایشان است؛آنانکه آفتاب مهرشان بر آستانه قلبم، همچون خورشید پابرجاست و هرگز غروب نخواهد کرد.
و سپس تقدیم عزیرانی میکنم که در تمام دوران زندگی، علل خصوص تحصیل، یار و همراه، راهنما، پشتیبان، و چراغهای روشنگر زندگی ام بوده اند؛ عزیزانی که نه تنها مشوق من در تلاش برای رسیدن به کمالات انسانی و معنوی بوده اند بلکه چگونه زیستن را به من آموخته اند. از دوستان بسیار صمیمی و معلمان و استادان گرانقدر تا آشنا یا ن دور و نزدیک. انسانهائی که یاد شان، برایم امید بخش و بودنشان، مایه آرامش و دلگرمی و افتخار من بوده و خواهد بود .
که اینان بوده و هستند و لیک، این هدیه ناقابل، هیچ نیست ….
خنک آن قمار بازی، که بباخت آنچه بودش ،بنماند هیچش الّا، هوس قمار دیگر.
سپاسگزاری
نگارنده بر خود مي‌داند كه تا بدین وسیله از زحمات بي‌دريغ و راهنمايي‌هاي ارزشمند استاد گرامي جناب آقاي دكتر عباس محمدی، در راستاي راهنمائی هایشان برای انجام اين پژوهش در این مدت، تشكر و قدرداني نمايد.
همچنین از استاد گرامی، دکتر آقائی نیا که زحمت استاد مشاور در این پژوهش را پذیرا شده اند و استادان گرانقدر، دکتر عبدی پور و دکتر صفوی همامی، که قبول زحمت نموده و مسئولیت داوری این پژوهش به عهده گرفته اند، و همچنین از استاد فرهیخته جناب دکتر شیخ زاده بواسطه لطف و کمکهای بسیارشان نسبت به اینجانب صمیمانه تشکر و قدردانی میکنم و توفیقات روزافزونشان را از درگاه باریتعالی خواستارم.

چکیده
پژوهش حاضر، درمورد مسئله مقیاس پذیری در شبکه های سنسوری بدون سیم با قابلیت تصویربرداری است که با در نظر گرفتن یک سناریوی نسبتا کاربردی از شبکه سنسوری، و براساس معیارهای عملکرد ظرفیت قطع (outage) و ظرفیت ارگادیک (ergodic) شبکه، مقیاسپذیری را مورد تحلیل، مدلسازی ریاضی و شبیه سازی قرار داده است.
مقیاس پذیری اصولا برای تعیین اثرات افزایش یا کاهش تعداد سنسور ها در پارامتر مورد نظر می باشد، هنگامیکه هدف، جلوگیری از هزینه های زیاد ساخت شبکه به علت ازدیاد غیر ضروری تعداد سنسور ها یا کاهش بیش از حد بازدهی شبکه ناشی از کمبود چگالی تعداد سنسور ها، است. برای نیل به این هدف، ابتدا سعی شده تا از سناریوی ای استفاده کنیم که از خوشه بندی شبکه بهره می برد. ابتدا با بدست آوردن توزیع های فاصله برای سنسورها با یکدیگر و با سرخوشه(هِدِر) و نیز توزیع فاصله سرخوشه ها تا ایستگاه اصلی، از طریق شبیه سازی، توانستیم توزیع تداخل و نتیجتا توزیع نسبت سیگنال به نویز و تداخل را در این شبکه، برای هر دو لایه درون خوشه و برون خوشه، بدست آوریم و سپس با استفاده از فرمول بندی های شبکه اقتضایی و سپس تعمیم به حالت خاص سناریوی شبکه سنسوری، فرم های مناسب و فرم بسته را در هردو لایه شبکه، برای تخمین تابع توزیع ظرفیت به دست آورده ایم. با مقایسه این نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از شبیه سازی ها، صحت آنها را تصدیق نمودیم.
برای بررسی مسئله مقیاس پذیری نیز با کمک شبیه سازیها به ازای پارامتر های مختلف شبکه، مانند تغییر چگالی سنسورها و سرخوشه ها در سطح شبکه، تغییر مقادیر نمای تضعیف کانال، تغییر حدآستانه برای ظرفیت قطع، اضافه نمودن فیدینگ (با توزیع رایلی) و … مقادیر میانگین و مجموع ظرفیت ارگادیک و قطع را در هر حالت بدست آورده و مقایسه نموده ایم. با شروع از سناریوی پراکنده(تنک) و حرکت به سمت سناریوی متراکم (چگال)، ابتدا مقادیر ظرفیت کل با اضافه شدن تعداد سنسور ها و نیز افزایش توان دریافتی در سرخوشه ها، افزایش یابد، اما با ادامه این روند، اثرات تداخلی بر این عوامل غالب شده و مقدار ظرفیت ها بعد از رسیدن به نقاط ماکزیمم، که بعنوان حد بهینه چگالی ها مطرح میشود، شروع به کاهش نماید. همچنین برای توزیع های احتمال ظرفیت و نسبت سیگنال به نویز و تداخل، در هردو لایه شبکه، فرمولهای تحلیلی و یا تقریب های آنها ارائه شده است و بر این اساس تلاش شده تا نقاط بهینه برای چگالی سنسورها وسرخوشه ها را بدست آوریم.
کلمات کلیدی: شبکه سنسوری بدون سیم، ظرفیت ارگادیک و قطع، خوشه بندی، مقیاس پذیری.
فهرست مطالب

چکیدهvi
فهرست مطالبvii
فصل اول : مقدمه ای بر شبکه های سنسوری بدون سیم1
1-1- مقدمه2
1-2- کاربرد های شبکه سنسوری بدون سیم6
1-2-1- کاربرد های پزشکی6
1-2-2- کاربرد های نظامی و دفاعی7
1-2-3- کاربرد های کنترلی و نظارتی در طبیعت، محیط زیست و کشاورزی8
1-2-4- کاربردهای عمومی و صنعتی9
1-3- مرور بر پیشینه و تحقیقات انجام شده در شبکه های حسگر بدون سیم10
1-4- هدف پروژه21
1-5- ساختار پایان نامه22
فصل دوم : مدل مسئله ومعرفی سناریوی شبکه سنسوری بدون سیم23
2-1- مقدمه24
2-2- تعاریف کلی از مفاهیم مطرح شده24
2-3- معیار عملکرد25
2-3-1- نسبت سیگنال به نویز و تداخل25
2-3-2- نرخ خطای بیت26
2-3-3- تعریف ظرفیت شانون (ارگادیک) برای شبکه بدون سیم26
2-3-4- ظرفیت قطع شبکه26
2-4- مدل سیستم و سناریوی مورد بررسی در شبکه حسگربدون سیم27
فصل سوم : تحلیل ریاضی وفرمولبندی پارامترها در شبکه حسگر بدون سیم33
3-1- مقدمه34
3-2- ظرفیت و مروری بر تعاریف آن34
3-3- مدلهای توزیع نسبت سیگنال به نویز و تداخل(SINR)37
3-3-1- مدل تقریبی37
3-3-2- مدل دقیق45
3-4- محاسبه تابع های توزیع و چگالی ظرفیت53
3-5- محاسبه نقطه اکسترمم ظرفیت با تغییر تعداد گره های شبکه56
فصل چهارم : شبیه سازی شبکه سنسوری بدون سیم و تحلیل نتایج59
4-1- مقدمه60
4-2- چگونگی شبیه سازی60
4-3- نتایج شبیه سازی و اثر پارامتر ها و تحلیل آنها62
4-4- نتایج شبیه سازی و تطابق با تحلیل ها94
4-5- نتایج شبیه سازی تغییر تعداد گره ها و بررسی مقیاسپذیری100
فصل پنجم : جمع بندی و نتیجه گیری115
5-1- مقدمه116
5-2- جمع بندی و نتیجه گیری116
5-3- پیشنهادات برای توسعه تحقیقات120
فهرست مراجع123
Abstract127

فصل اول
مقدمه ای بر شبکه های سنسوری بدون سیم
1-1- مقدمه
شبکه های سنسوری یکی از پرکاربردترین مباحث روز در بحث جمع آوری اطلاعات از محیط پیرامون زندگی انسان میباشد. نه تنها بررسی محیط اطراف بلکه کنترل آن نیز از کاربردهای شبکه های سنسوری است. در حالتی که سنسورها بدون سیم باشند، در کنار افزوده شدن پیچیدگی، کاربردها و مزایای زیادی نیز حاصل میگردد
این شبکه از صد ها یا هزاران سسنسور تشکیل شده اند و به هر سنسور نام گره اتلاق می شود. در یک سیستم سیمی، نصب حسگرهای زیاد معمولا به خاطر افزایش هزینه سیم کشی میسر نمیباشد. جاهائی که تا پیش از این غیرقابل دسترس بودند مانند داخل موتور های کارخانجات و نیز مکان های خطرناک و متحرک به وسیله WSN ها قابل دسترسی است [14].
از نظر ساختاری، شبکه های بدون سیم را میتوان به دو دسته کلی تقسیم کرد. یک دسته با ساختار سلولی1 هستند که همه گره ها مستقیما با ایستگاه مرکزی2 در ارتباط هستند و ارسال و دریافت اطلاعات از یک گره به گره دیگر، با واسطه این ایستگاه مرکزی صورت گرفته و کنترل میشود. دسته دوم شبکه های با ساختار اقتضایی (موردی، ادهاک) هستند. در این شبکه ها همه گره ها از نظر توانایی ها و وظایفی که دارند، یکسان هستند. به این ترتیب شبکه های اقتضایی بدون سیم، از تعدادی گره تشکیل میشود که قادرند بدون نیاز به ایستگاه مرکزی یا هرگونه تجهیزات زیرساخت3 پیش ساخته، بصورت خودکار یک شبکه تشکیل دهند [6] .
در چنین شبکه هایی در غیاب ایستگاه مرکزی، خود گره ها کلیه وظایف مسیریابی و کنترل شبکه را عمدتا با استفاده از الگوریتم های کنترلی توزیع شده، بر عهده دارند [3 ] . بدلیل وجود این ویژگی شبکه های بدون سیم اقتضایی این ویژگی را دارند که با استفاده از گره های موجود، به سرعت تشکیل و راه اندازی شوند.
شبکه های سنسوری بدون سیم که زیر مجموعه ای از شبکه های اقتضایی میباشند، تفاوت مختصری با آن دارند؛ احتیاج است نهایتا تمام اطلاعات جمع آوری شده از محیط را، مشابه با روشهای مسیریابی و رله کردن اطلاعات در شبکه های اقتضایی، به سمت یک ایستگاه مرکزی منتقل کنند. اما این ایستگاه مرکزی بر خلاف شبکه های سلولی، نقشی در چگونکی تولید شبکه و کنترل بر نحوه مسیریابی و ارتباط میان گره ها یا همان سنسور ها، ندارد [26].
در شبکه حسگر بدون سیم، هر حسگر علاوه بر وظیفه دیجیتال کردن اطلاعات دریافتی، وظیفه دارد تا حدی پردازشهای سبک را بر روی دادههای جمعآوری شده، انجام دهد و نیز قابلیت برقراری ارتباط با سایر گرهها را نیز داشته باشد؛بدین صورت که هر گره به عنوان یک منبع ،خود به عنوان یک فرستندهی داده عمل میکند و در صورت لزوم داده های ارسالی از سایر گره ها را به مقصد ارسال میکند. این روش بر خلاف شبکه های با ساختار سلولی می باشد که تمام گره ها فقط با ایستگاه مرکزی در ارتباط هستند و ارتباط هر گره با گره دیگر توسط آن انجام میشود. نیاز نیست که موقعیت این حسگر ها از قبل تعیین شده باشد بلکه محل این حسگر ها می تواند به صورت تصادفی انتخاب شود[11] .
گره ها در WSN مانند یک شبکه Ad-Hoc توزیع شده و در بیشتر زمان خود، غیر فعال هستند اما ناگهان زمانی که رخدادی را تشخیص میدهند فعال میشوند. وقتی که حسگرها، پدیده مورد نظر را رصد کردند، رخداد مورد نظر به یک ایستگاه مرکزی گزارش داده میشود.
کاربردهای مختلف و حالت تصادفی شبکههای سنسوری بدون سیم چالشهای بسیاری برای تحقیق در این زمینه بوجود آورده است، مثلا : کنترل دسترسی رسانه 4، پروتکلیهای مسیریابی، کنترل توان و مقیاس پذیری (قابلیت تغییر اندازه شبکه و چگالی سنسورها) [11] .
مشخص نبودن توپولوژی و تغییرات کانال در طول زمان، مشکلات متعددی را در زمینه تحقیقات، طراحی و پیادهسازی این شبکهها به وجود آورده است. چنین تغییراتی، الگوریتم های مسیریابی5 ، تخمین کارائی شبکه6، پوشش شبکه7، گسترش پذیری و مقیاس پذیری8 و … را با پیچیدگیهای خاصی روبرو کرده است که بررسی آنها زمینه تحقیقات متداول امروزی است [10و24و25و26] . نیاز به کاهش پیچیدگی شبکه های سنسوری بدون سیم محققان را بر آن داشته که از منابع محدود کننده، مانند محدودیت کانال ارتباطی در حوزه های زمان و فرکانس و کد، محدودیت انرژی و طول عمر و … ، به نحو هرچه مناسبتر استفاده کرده و به سمت هرچه بهینه تر شدن اشتراک منابع پیش روند.
کاربرد های مختلف برای انواع سنسور ها، در تعیین اولویت های تقسیم منابع، نقش تعیین کننده ای را ایفا میکند؛ به عنوان مثال هنگامیکه فقط از سنسورهای کنترل دما یا رطوبت استفاده شود، میزان اطلاعات اندک خواهد بود و بنابراین بالاتر رفتن طول عمر شبکه در اولویت اول و کاهش حجم اطلاعات تداخلی در اولویت دوم قرار می گیرد. در کاربرد های دیگری مثل کاربردهای نظامی برای کنترل جامع از محیط، نیاز است تا همکاری بسیار بیشتری بین سنسور ها برقرار گردد و در نتیجه پارامتر هایی چون رله اطلاعات و مسیریابی از اولویت بیشتری برخوردار خواهند بود. در کاربرد های پزشکی نیاز است تا دقت جمع آوری اطلاعات بالا باشد و از طرفی در کاربردی مانند تصویر برداری تشدید مغناطیسی9 رسیدن به این دقت بالا نیازمند جمع آوری حجم زیادی از اطلاعات است و مباحث فشرده سازی و تجمیع اطلاعات مطرح خواهد شد؛ و در نهایت برای کاربرد هایی همچون تصویر برداری که حجم اطلاعات بالاست اما نسبت به کاربرد های پزشکی، بزرگی ناحیه تحت پوشش شبکه بسیار بیشتر است، علاوه بر دقت بالا نیاز است تا مکانیابی، کنترل نحوه جمع آوری اطلاعات، چگونگی همکاری بین سنسور ها چه برای جمع آوری و چه برای ارسال اطلاعات مورد توجه قرار گیرد؛ خصوصا اینکه تعداد مورد نیاز سنسور ها در واحد سطح یا چگالی سنسور ها نقش تعین کننده ای در این بین ایفا میکند. اگر تعداد سنسور ها خیلی بالا باشد با اینکه دقت افزایش می یابد اما علاوه بر افزایش هزینه های شبکه، عواملی همچون تداخل و چگونگی مسیریابی, از بازدهی آن میکاهند. از طرفی کم بودن بیش از حد تعداد سنسور ها، امکان نظارت دقیق بر شبکه و جمع آوری کامل اطلاعات را دچار بحران خواهد نمود.
برای بالا بردن دقت و نزدیک تر شدن به واقعیت، باید حجم داده ها افزایش یابد . بدین منظور باید تعداد گره های شبکه افزایش یابد. با افزایش تعداد گره های یک شبکه حسگر در واحد سطح، علاوه بر افزایش نسبت سیگنال به نویز و تداخل و یا کاهش نرخ خطای بیت10 (BER ) به علت افزایش توان، توان سیگنالهای تداخلی رسیده به هر گره نیز بیشتر می شود. رسیدن به نقطه بهینه که در آن نسبت سیگنال به نویز و تداخل بیشینه ویا BER کمینه شود، یکی از اهداف ما در این پروژه است که همراه با معیار ظرفیت مطرح می گردد.
از طرفی باید شرایط کانال همچون تلفات سایه 11و محو شدگی در بررسی پارامتر های شبکه نیز لحاظ گردد .
یک مسئله مطرح در مورد شبکه های حسگر تصویر برداری بدون سیم12، بررسی قابلیت مقیاس پذیری این شبکه هاست [14] . رسیدن به اینکه در واقع چه تعداد سنسور می تواند در عین حداقل بودن، برای بدست آوردن اطلاعات کامل از محیط، دارای تعداد مناسب و کافی باشد، مبحث اصلی ما در این پایان نامه است که آنرا با عنوان مقیاس پذیری، بیان میکنیم. مقیاس پذیری اینگونه بیان میشود که با درنظر گرفتن یک معیار خاص به عنوان معیاری برای کنترل عملکرد13، کم شدن یا اضافه کردن چگالی سنسور ها در واحد سطح (اگر ناحیه توزیع سنسور ها را دو بعدی در نظر بگیریم) چه تاثیری در بهبود یا بدتر شدن این معیار عملکرد، خواهد داشت. میتوان بهینهترین حالت را برای چگالی مناسب سنسور ها در سناریو های مختلف توزیع شبکه و برای معیارهای مختص هر کاربرد، محاسبه نمود و درکنار کاهش هزینه های اضافه، به بهترین بازدهی سیستم نیز نزدیک شد.
در نگاه ما، از زاویه دید لایۀ فیزیکی به شبکه، معیار های ظرفیت ارگادیک و ظرفیت قطع، و بالتبع نسبت سیگنال به نویز و تداخل، مورد توجه خواهند بود؛ در این میان تخمین ظرفیت شبکه مسئله ایست که به نوعی با سایر مسائل ذکر شده در ارتباط است. تعیین ظرفیت شبکه علاوه بر آنکه برای تضمین کیفیت سرویس14 برای کاربران آن مورد نیاز است، در مسیریابی مناسب و کارامد شبکه نیز موثر است. در شرایطی که بالاتر از حد ظرفیت شبکه به آن بار تحمیل شود، به دلیل وجود تراکم در بعضی گره ها، تعدادی از بسته های اطلاعات حذف15 میشوند. با حذف این بسته ها نه تنها بخشی از دیتای شبکه از بین میرود، بلکه مقداری از اطلاعات مربوط به مسیریابی هم از بین میرود [27] .
ارتباط حداکثر میزان ظرفیت یا نرخ انتقالی که می تواند به هر گره اختصاص یابد با تعداد گره های شبکه مسئله مقیاس پذیری شبکه را مطرح میکند؛ از یک طرف با افزایش تعداد گره ها، قابلیت اطمینان و پوشش شبکه افزایش می یابد اما از طرف دیگر هرچه سطح زیر پوشش شبکه بیشتر باشد، برای به مقصد رسیدن اطلاعات ارسالی لازم است که سایر گره ها در مسیریابی و رله اطلاعات همکاری کنند. بنابر این ظرفیت یا نرخ انتقال ای که به هر گره اختصاص می یابد، تنها به ترافیک آن گره وابسته نیست و به باری که از جانب سایر گره ها به آن تحمیل میشود نیز بستگی دارد. این مسئله می تواند شدیدا روی ظرفیت سیستم تاثیر منفی بگذارد [27و 28 ] .
بدست آوردن ظرفیت برای سناریو های مختلف بطور تحلیلی، کار دشواری است و نیاز به بهره بردن از تقریب های آماری برای رسیدن به نتایج منطبق بر شبیه سازی هاست. هدف ما اینست که با در نظر گرفتن سناریوی نسبتا پیچیده اما کاربردی و دارای مزایای فراوان و با در نظر داشتن فرض های ساده کننده وتا حد امکان عملی، مقدار و توزیع ظرفیت را بطور تحلیلی و همراه با شبیه سازی بدست آورده و با بررسی مقیاس پذیری در این شبکه ها، اثرات تعداد سنسور ها را بر این معیار های عملکرد بسنجیم و در صورت امکان مقادیر بهینه ای را برای تعداد مناسب سنسور ها بیابیم.

1-2- کاربرد های شبکه سنسوری بدون سیم
کاربرد های بسیاری را می توان برای این شبکه ها نام برد که به عنوان نمونه یکی از رایج ترین کاربردهای WSN نظارت محیطی است؛ کاربردهای نظامی، نظارت بر محیط زیست و مانیتورینگ صنعتی به خاطر هزینه کمتر و فراهم نمودن قابلیت های جدید، نیز از دیگر کاربرد های آن است .
کاربردهای شبکه حسگر بدون سیم در چهار دسته کلی قرار میگیرند: [46]
کاربرد های پزشکی
کاربرد های نظامی و دفاعی
کاربرد های کنترلی و نظارتی در کشاورزی
کاربردهای عمومی و صنعتی
1-2-1- کاربرد های پزشکی [46]
نظارت پزشکی16، شاید بهترین کاربرد این نوع شبکه ها در پزشکی باشد، حسگر های پوشیدنی میتوانند در شبکه بیسیسم سطح بدن یا محیط مجتمع سازی شوند تا بر علائم حیاتی، پارامترهای محیطی و موقعیت جغرافیای نظارت کنند و نظارت بلند مدت و سیار از بیماران و افراد مسن را فراهم کند و بی درنگ در موارد اضطراری به افراد اعلام خطر کند، درباره وضعیت سلامتی فعلی کاربران به آنها خبر دهد و پرونده های پزشکی کاربران را به صورت بلادرنگ بروز کنند.
به عنوان مثال در یک بیمارستان، بخش کودکان بیشتر از هرجای دیگری باید تحت مراقبت مداوم باشد. به این دلیل که کودکان، خود، آگاهی لازم برای خبر کردن پرستار در مواقع اورژانسی را ندارند و یا اینکه حساس تر و ضعیف تر هستند. بنابراین برای مراقبت مداوم کودکان می توان از شبکه های بی سیم سنسوری استفاده کرد. این کار با کار گذاشتن سنسور در جایی از بدن کودکان یا روی تخت آن ها و یا در اتاقشان قابل انجام است. پارامترهایی مانند دمای بدن، فشار خون، ضربان قلب و … توسط سنسور اندازه گیری شده و به پردازشگر مرکزی از طریق بدون سیم ارسال می شود. اگر اوضاع بحرانی شود، سیستم پرستار را آگاه می کند تا اقدامات لازم در کمترین زمان انجام شود.
کاربردهای مراقبت از سلامتی، شبکه های سنسوری بدون سیم می توانند برای نظارت و مراقبت از بیماران و افراد مسن برای مقاصد مراقبت از سلامتی استفاده شوند. که این امر می تواند کمبود شدید کارکنان مراقبت از سلامتی را بطور مهم بهبود دهد و هزینه های مراقبت از سلامتی در سامانه مراقبت از سلامتی فعلی را کاهش دهد.
کنترل رفتار، می توان سنسور ها را در خانه بیماران قرار داد تا بر رفتار های بیمار نظارت کرد. بعنوان مثال می توان در زمانی که بیمار به زمین افتاده است و به رسیدگی فوری پزشکی نیاز دارد، دکتر را خبر کرد. می توان بر کارهایی که بیمار انجام می دهد نظارت کرد و تذکرات و دستورالعمل ها را توسط تلویزیون یا رادیو برای او فراهم کرد.

1-2-2- کاربرد های نظامی و دفاعی [46]
شبکه های WSN در حال قرار گرفتن به عنوان قسمتی از سیستم های هوشمند، ارتباطی و کنترلی نظامی هستند، می توان حسگر های بدون سیم را به سرعت در میدان جنگ یا منطقه دشمن بدون هیچ زیرسازی مستقر کرد.به خاطر مزایایی که شبکه های حسگری دارند، نقش مهمتری را در در آینده در سیستم های هوش مصنوعی نظامی بازی خواهند کرد و جنگ های آینده را هوشمند تر و کم انسان تر خواهند کرد.
نظارت بر محیط نبرد و شناسائی دشمن، می توان حسگر ها را در میدان نبرد مستقر کرد تا بر حضور نیرو ها و وسایل نقلیه دشمن نظارت کرد و حرکت آنها را ردگیری کرد تا دیدبانی مناسب تری از نیروهای دشمن داشت.
محافظت از مواضع و تخمین خسارت، گره های حسگری می توانند اطراف مواضع حساس مانند تجهیزات اتمی ، پل های استراتژیک ، خطوط نفت و گاز ، مراکز ارتباطی و ستاد فرماندهی و ارتشی، برای مقاصد دفاعی، مستقر شوند .
راهنمایی هوشمند، میتوان سنسور ها را روی وسایل نقلیه روباتی بدون سرنشین، تانکها، هواپیماهای جنگی ، زیردریایی ها، موشکها یا اژدرها سوار کرد تا آنها را پیرامون موانع هدایت کرد تا به هدفشان برسند و با هماهنگی بوجود آوردن بین گزینه های مختلف کمکشان کنیم تا حمله یا دفاع موثرتری را انجام دهند.
حسگری از راه دور17، می توان از حسگر ها برای کنترل از راه دور(حسگری از راه دور) برای سلاح های شیمیایی ، بیولوژیکی و هسته ای ، کشف حمله های تروریستی بالقوه، و شناسایی کردن نظامی استفاده کرد.

1-2-3- کاربرد های کنترلی و نظارتی در طبیعت، محیط زیست و کشاورزی [46]
نظارت بر خطر، میتوان از سنسورها برای نظارت بر خطرات شیمیایی و بیولوژیکی در منطقه استفاده کرد. بعنوان مثال، یک تاسیسات شیمیایی یا یک میدان جنگ.
نظارت بر بحران، سنسورها می توانند بطور انبوه در منطقه مورد نظری قرار گیرند تا بحران های طبیعی و غیر طبیعی را شناسایی کنند. بعنوان مثال ، سنسورها می توانند در جنگل ها یا رود ها پخش شوند تا آتش سوزی جنگل و سیل را شناسایی کنند. حسگرهای ارتعاشی می توانند در یک ساختمان بکار رود تا جهت و بزرگی یک زمین لرزه را شناسایی کند و براوردی از ایمنی ساختمان را فراهم کند.
نظارت در بوم شناسی، برای نظارت بر شرایط حیوانات وحشی، جابجائی آنها ونظارت بر گیاهان در حیات وحش می توان از حسگر ها استفاده کرد.
نظارت کیفیت آب یا هوا، برای نظارت بر کیفیت آب یا هوا سنسورها می توانند روی زمین یا زیر آب قرار گیرند.بعنوان مثال، نظارت بر کیفیت آب می تواند در رشته هیدروشیمی استفاده شود. نظارت کیفیت هوا می تواند برای کنترل آلودگی هوا استفاده شود.

1-2-4- کاربردهای عمومی و صنعتی [46]
درکنترل فرایند های صنعتی، شبکه های سنسوری بدون سیم می توانند برای نظارت بر فرایندهای تولید یا شرایط وسایل تولید استفاده شوند. برای مثال، حسگرهای بدون سیم می توانند در خطوط ساخت و تولید قرار داده شوند تا بر فرایند تولید نظارت کنند. کارخانه های شیمیایی یا پالایشگاه های نفت می توانند از حسگر ها برای نظارت بر شرایط خط لوله هایشان استفاده کنند. حسگرهای کوچک می توانند در مناطقی از ماشین ها که برای نظارت توسط انسان غیر قابل دسترسی هستند جاسازی شوند و برای هر خرابی اعلام خطر کنند.بطور سنتی، معمولا تجهیزات بر اساس یک برنامه نگهداری می شوند. بعنوان مثال، هر چند ماه برای بازرسی کامل کرن، که هزینه بر است. با توجه به آمارهای مربوطه، یک تولید کننده تجهیزات ایالات متحده هر سال میلیاردها دلار برای نگهداری و تعمیر هزینه می کند. با شبکه های حسگری، نگهداری و تعمیر می تواند بر اساس شرایط تجهیزات، جریان داشته باشد، که انتظار می رود هزینه ها ی تعمیر و نگهداری را به طور چشمگیری کاهش دهد، همر ماشین ها را افزایش دهد و حتی زندگی هایی را نجات دهد.
امنیت و دیدبانی، در بسیاری از کاربدرهای امنیتی و دیده بانی می توان از WSN ها استفاده کرد، بعنوان مثال، حسگر های تصویری، صوتی و دیگر انواع حسگر ها می توانند در ساختمان ها، فرودگاه ها، راه های اصلی و دیگر مناطق حساس زیربنایی مانند، کارخانه های برق هسته ای یا مراکز ارتباطی برای شناسایی و ردگیری متجاوزان و برقاری اعلام خطر به موقع و مراقبت در برابر حمله های بالقوه، مستقر شوند. برخلاف کاربردهایی که به یک زیرسازی قابت نیاز ندارند، بسیاری از کار بردهای امنیتی می توانند ازعهده ارزیابی یک زیربنا برای منابع قدرت و ارتباطات بر آیند .

خانه های هوشمند،شبکه های سنسوری بدونسیم، می توانند برای فراهم کردن آسایش بیشتر و محیط زندگی هوشمند تر برای بشر، بکار روند. حسگر های بدون سیم می توانند در خانه ای جاسازی شوند و با هم مرتبط شوند تا شبکه خانگی خودگردانی را بوجود آورند. بعنوان مثال، یک یخچال هوشمند که به یک بخاری یا فر ماکروویو متصل شده است می تواند فهرستی بر اساس موجودی یخچال فراهم کند و پارامتر هار مربوط را به اجاق یا فر ماکروویو هوشمند ارسال کند ، تا آین دما و حرارت مورد نیاز برای آشپزی را فراهم کند. محتوا و برنامه های تلویزیون و انواع پخش کننده های صوتی تصویری دیگر، می تواند به صورت کنترل از راه دور نظارت و کنترل شود تا نیاز های مختلف افراد خانواده را مطابقت دهد.
اندازهگیری از راه دور، می توان از حسگر های بدونسیم برای خواندن وسایل اندازه گیری در خانه ها، از راه دور استفاده کرد، بعنوان مثال، آب، گاز، یا برق و سپس فرستادن مشاهدات از طریق ارتباط بدون سیم به یک مرکز کنترل از راه دور منتقل شوند.
علاوه بر کاربرد های فوق، شبکه های سنسوری خود پیکربند 18 می توانند در بسیاری از نواحی دیگر استفاده شوند، بعنوان مثال، کنترل ترافیک، مدیریت انبار، و مهندسی راه و ساختمان؛ اما قبل از اینکه کاربردهای مهیج فوق به حقیقت بپیوندد، باید بسیاری از مسائل فنی حل شوند.

1-3- مرور بر پیشینه و تحقیقات انجام شده در شبکه های حسگر بدون سیم

در زیر تحقیقات و مطالعاتی که تا کنون در زمینه های ظرفیت، نرخ انتقال، مقیاسپذیری و سناریو های مختلف در شبکه های بدون سیم اقتضایی و سنسوری صورت گرفته است، را بیان میکنیم.
در منبع [31] بیان شده است که برای شبکه ای شامل n گره، هر گره می تواند اطلاعات مختلفی برای هر یک از (n-1) گره دیگر ارسال کند و بنابر این ظرفیت شبکه در یک فضای n(n-1) بٌعدی تعریف میشود. در این حالت تحت هر استراتژی ارسال در شبکه، نظیر استفاده از ارسال با نرخ متغیر19، مسیریابی یک مرحله ای(یک گامه)20 و چند مرحله ای(چندگامه)21، حذف متوالی تداخل22(SIC) و …، یک نرخ قابل حصول23 بین n(n-1) زوج-گره مبدا-مقصد بدست میآید. مجموعه تمام این گروه ها، فضای ظرفیت را تشکیل میدهد.
با توجه به اینکه فضای ظرفیت شبکه n(n-1) بٌـعدیست ، حتی برای شبکه ای با تعداد محدود، محاسبه فضای ظرفیت قابل تخصیص به هر گره، یک مسئله پیچیده و همچنان حل نشده تئوری اطلاعات است [3] و[30-34 ] .
بطور کلی مسئله تعیین ظرفیت در تئوری اطلاعات24 در گروه مسائل مربروط به ظرفیت کانال های رله یا کانالهای تداخل دسته بندی می شود که در آنها یک گره، مبدا و یک گره دیگر مقصد اطلاعات است و سایر گره ها در صورت امکان به عنوان رله در این انتقال اطلاعات کمک میکنند.
در مراجع [30 و31] فضای ظرفیت برای یک شبکه اقتضایی که در آن بر اساس تقسیم زمانی25، منابع در اختیار مسیر های مختلف قرار میگیرند، به صورت تحلیلی برای توپولوژی ها و پروتکلی های ارسالی مختلفی بررسی شده است. با در نظر گرفتن محوشدگی متغیر با زمان برای کانال بدون سیم، ظرفیت برای هر حالت محاسبه شده و نشان داده شده که در هریک از استراتژی های چندگامه، استفاده مجدد از یک طیف فرکانسی در محدوده های دور از هم26 و SIC به شدت ظرفیت را افزایش میدهند و در مقابل کنترل توان27 تنها در صورتی می تواند بهبود قابل ملاحظه ای در ظرفیت ایجاد کند که از نرخ ارسال وفقی28 ، استفاده نشده باشد.
محدودیت اصلی نتایج مراجع [30 و31 ] در این است که با افزایش تعداد گره ها پیچیدگی روابط و ابعاد ماتریس های فرمول بندی روابط ظرفیت، به سرعت افزایش می یابد.
در [32 و33] فضای ظرفیت برای کانالهای رله و تداخلی بررسی شده است.
در مرجع [34]، یک سری قضایای کلی تئوری اطلاعات درباره اطلاعات متقابل29 برای بررسی ظرفیت کانالهای رله معرفی و اثبات شده است که مبنای بسیاری ار تحقیقات بعدی در زمینه محاسبه فضای ظرفیت و یا ظرفیت کل کانال در یک شبکه بدون سیم اقتضایی بوده است.
با توجه به اینکه به نظر میرسید که یافتن پاسخی به صورت یک فرم بسته یا قابل محاسبه برای کل فضای ظرفیت شبکه دور از دسترس باشد، برای بدست آوردن یک دید کلی می توان فرم ساده تری از مسئله ظرفیت را در نظر گرفت. بدین ترتیب که بجای آنکه نرخ انتقال قابل حصول بین هردو گره در شبکه مد نظر قرار گیرد، کل ظرفیتی که می توان از شبکه بدست آورد بررسی شود. در مرجع [6]، برای این مهم فرم تقریبی و فرم بسته را برای شبکه اقتضایی بدست آمده است که ما نیز آنرا برای شبکه سنسوری در دو لایه درون خوشه ای و برون خوشه ای، تعمیم داده ایم و در تحلیل ها به کار برده ایم.
در بسیاری از تحقیقات انجام شده، بجای مقدار دقیق ظرفیت، تنها مرتبه آن به عنوان تابعی از گره های شبکه، n مورد توجه قرار گرفته است [8 و35 و37 و38 و39 و40]. هرچند ضریبی که مرتبه ظرفیت را به مقدار واقعی آن تبدیل می کند، بی اهمیت نیست اما این مطالعات دیدگاه خوبی برای تخمین ارتباط ظرفیت با افزایش تعدا گره های شبکه یا به عبارت دیگر مقیاسپذیری شبکه، بوجود می آورد.

پیش تر در مرجع [8] نشان داده شده است که تحت مدل فیزیکی، که در آن یک SINR حداقل برای دریافت موفقیت آمیز با یک نرخ بیت معین تعریف شده است، کل ظرفیت یک شبکه شامل n گره که بصورت تصادفی در ناحیه ای به مساحت واحد قرار گرفته اند بین O(√(n/log⁡n )) و O(√n) بیت متر بر ثانیه 30خواهد بود .
بطور خلاصه روشی که در مرجع [8] بکار رفته است بدین شرح است:
اگر در شبکه، فاصله بین گره ها به گونه ای باشد که در هر لحظه k تا از گره ها بتوانند با نرخ موثر m بیت بر ثانیه به k گیرنده ارسال کنند به طوریکه SINR دریافتی در هر یک از گیرنده ها از یک سطح آستانه کمتر نشود، کل ظرفیت این شبکه m*k*l بیت متر بر ثانیه خواهد بود که l متوسط فاصله بین فرستنده-گیرنده ها است. حال با فرض ثابت ماندن چگالی گره ها در سطح شبکه و یکنواخت بودن توزیع گره ها، k با n متناسب خواهد بود. از طرفی فاصله n گره با توزیع یکنواخت در مساحت واحد بین فرستنده-گیرنده ( l ) متناسب با 1/√n است. نتیجتا کل ظرفیت شبکه یا m*k*l با √n متناسب خواهد بود و یا به عبارت دیگر برابر با O(√n ) خواهد بود.
این نتیجه ناامیدکننده نشان میدهد که حتی با فرض مسیریابی و زمانبندی بهینه، ظرفیت اختصاص یافته به هر گره با افزایش تعداد گره های شبکه، به سمت صفر میرود. دلیل این مسئله آنست که با افزایش تعداد گر های شبکه، گره های میانی، بخش عمده منابع خود (شامل پهنای باند، زمان، فرکانس و…) را به ارسال بسته های سایر گره ها اختصاص میدهند و بنابر این فقط بخش کوچکی ار منابع برای بسته های خودشان باقی میماند. برای جبران این اثر، ما در سناریو ای که در فصل دوم به آن خواهیم پرداخت، از خوشه بندی شبکه و گره های متفاوتی به نام هِدِر، Header به عنوان سرخوشه بهره برده ایم که وظیفه این گره ها صرفا رله کردن اطلاعات (و یا اعمال یک سری پردازش های مفید روی اطلاعات) دریافتی از سنسور های درون خوشه خود هستند و از طرفی از قابلیت ارسال چندگامه و رله کردن اطلاعات سنسور ها توسط دیگر سنسور ها صرف نظر کرده ایم.
در تحلیل کلاسیک فوق، تنها مرتبه نرخ انتقال شبکه محاسبه شده است، بنابراین، در مرجع کلاسیک [27] با در نظر گرفتن استاندارد متداول IEEE802.11 برای لایه MAC ، که مد کاری اقتضایی هم در این استاندارد در نظر گرفته شده است، و با شروع از سناریو های ساده برای توپولوژی شبکه ها، نرخ انتقال برای الگو های ارتباطی مختلف بررسی شده و نه تنها مرتبه نرخ انتقال، بلکه مقدار دقیق آن بر حسب بیت بر ثانیه، با شبیه سازی بدست آ مده است. به عنوان نمونه روش تحلیل بکاررفته در مرجع [27] توضیح داده میشود و نتایج جدید تری که در [28] بدست آمده مختصرا یاداوری میگردد.
در مرجع [27] ، از مفهوم محدوده تصادم31 برای تحلیل ظرفیت شبکه های اقتضایی با توپولوژی معین تحت استاندارد IEEE802.11 استفاده شده است. ابتدا برای هر لینک خاص، در شبکه، محدوده تصادم به صورت مجموعه ای تعریف شده است که شامل آن لینک خاص و لینک هایی است که هنگام فعال بودن آن لینک باید غیر فعال باشند تا تداخل روی ندهد. سپس، با توجه به اینکه برای یک توپولوژی خاص، حداکثر چه تعداد لینک می توانند به طور همزمان فعال باشند بدون آنکه در محدوده تصادم یکدیگر قرار بگیرند، تخمینی ار مقدار نرخ انقال شبکه بدست آمده که با نتایج شبیه سازی با نرم افزار NS2 نیز مقایسه شده است. لازم به تذکر است که کلیه شبیه سازی ها در این مرجع، تنها برای استاندارد IEEE802.11 و توپولوژی های خاص صورت گرفته و مسئله تعیین مقدار دقیق ظرفیت در حالت کلی را همچنان بدون پاسخ باقی گذارده است. همچنین تخمینهایی که برای مقدار نرخ انتقال بدست آمده در مورد بعضی از توپولوژی ها نسبت به توپولوژی های ساده تر(مثل زنجیره ای)، اختلاف بیشتری با نتایج شبیه سازی دارد [27] .
در [28] نیز، نویسندگان با در نظر گرفتن یک شبکه اقتضایی که با استاندارد IEEE802.11 کار میکند، ظرفیت شبکه را بررسی کرده اند و علاوه بر شبیه سازی، با آزمایش و انداره گیری، نرخ انتقال در یک شبکه واقعی نشان داده اند که کنترل یا محدود کردن میزان باری که از جانب هر منبع یا گره مبدا به شبکه تحمیل می شود می تواند با کاهش ازدحام بار در گره های میانی، باعث بهبود ظرفیت شبکه شود. به این ترتیب نشان داده شده است که یک مقدار بهینه برای بار تحمیلی از جانب هر گره وجود دارد که نرخ اتقال شبکه را حداکثر میکند. با در نظر گرفتن تاثیر ترمینال مخفی32و عملکرد حسگری حامل33 بر روی ظرفیت شبکه، نتیجه گرفته شده است که عملکرد چنین شبکه ای بین یک شبکه حسگری موج حامل و یک شبکه ALOHA است [28] .
با وجود آنکه مرجع [8]، تنها مرتبه ظرفیت یا نرخ انتقال را مورد بررسی قرار داده است، ملاحظه می شود که در مقایسه با [27 و28] نتیجه مرجع [8] برای یک حالت کلی تر، یعنی حالتی که مسیریابی به صورت بهینه و مستقل از استاندارد IEEE802.11 انجام میشود، بدست آمده است و یک دید کلی درباره ظرفیت شبکه ارائه میکند که در مواردی، از مقدار دقیق نرخ انتقال برای یک شبکه خاص مفیدتر است.
مراجع [34-36] با حذف هرگونه محدودیت روی تکنولوژی مورد استفاده و نرخ لایه فیزیکی و تنها بر اساس مدلهای کانال به بررسی ظرفیت شبکه های بدون سیم اقتضایی از دید تئوری اطلاعات پرداخته اند. اما به عنوان مثال، در [34و35] مدلهای بسیار ساده ای برای کانال بدون سیم در نظر گرفته شده است. به علاوه، کلیه محدودیت های تکنولوژی فعلی از جمله انتقال چندگامه نادیده گرفته شده و فرض شده است که در صورت لزوم از گیرنده هایی با کدهای چندکاربره پیچیده، استفاده می شود. با این شرایط مرتبه کل ظرفیت مبدا-مقصد34 برابر با O(n) بدست آمده است؛ در حالیکه قبلا در مرجع [8] مرتبه کل نرخ انتقال مبدا-مقصد بدون استفاده از کد های چند کاربره و حذف تداخل ، حداکثر برابر با O(√n) محاسبه شده که فاصله زیادی با O(n) دارد.
البته به دلیل اینکه دراین مرجع فرض شده که گره ها به صورت کاملا تصادفی توزیع شده اند و هر دو گروه دلخواه با احتمال مساوی به عنوان یک زوج مبدا-مقصد انتخاب می شوند نتایج تا حدی بدبینانه هستند. هر چند این فرض در بسیاری از شبکه ها فرضی منطقی به نظر می رسد، در عمل ممکن است الگوی برقراری ارتباط به گونه ای باشد که نتیجه ای بهتر حاصل شود. به بیان دیگر در شبکههایی که اغلب ارتباطات محلی باشند و یک فرستنده با احتمال بیشتری یکی از گرههای نزدیک به خود را به عنوان مقصد انتخاب میکند، نرخ انتقال مبدا- مقصد هر گره میتواند بیشتر از O(1/√n) باشد.
به ویژه در [37 و38] نشان داده شده است که تحرک میتواند ظرفیت قابل حصول از شبکه را افزایش دهد، به این ترتیب که یک گره (مبدا) که میخواهد بستهای را به یک گره دیگر(مقصد) بفرستد، اگر به مقصد نزدیک باشد بسته را مستقیما ارسال میکند، در غیر این صورت بسته را به تعدادی از گرههای مجاور خود ارسال میکند. این گرهها به صورت رله عمل میکنند و هنگامی که در مسیر حرکت خود به گره مقصد نزدیک شوند، بسته را به مقصد نهایی ارسال میکنند. بنابراین کل ارسال بسته از مبدا به مقصد، حداکثر در دو مرحله صورت میگیرد. به این ترتیب، به دلیل وجود تحرک در میان گرهها، ارتباطات به صورت محلی خواهند بود و منابع شبکه کمتر صرف دست به دست شدن گرهها بین گرههای میانی میشود.
در [38] نشان داده شده است که تحت چنین شرایطی کل ظرفیت شبکه ای شامل n گره O(n) است و در نتیجه با افزایش تعداد گرههای شبکه ظرفیت قابل اختصاص به هر گره ثابت میماند. بر این اساس، برای رسیدن به ظرفیت O(n) در یک شبکه شامل گرههای متحرک، ارسال تنها زمانی صورت میگیرد که گرههای فرستنده و گیرنده به هم نزدیک شده باشند. اما این شرط میتواند تاخیر زیادی در رسیدن اطلاعات به مقصد نهایی ایجاد کند [39 و40] .
بنابراین به نظر میرسد که بین ظرفیت شبکه و تاخیر ابتدا و انتها ارتباط تنگاتنگی وجود دارد و ظرفیت قابل قبولی که در [38] به دست آمده به قیمت افزایش تاخیر بوده است[40] . البته نتایج متفاوت به دست آمده در [8] و [38]، نفی کننده یکدیگر نیستند و با مدلسازی میتوان هر دو نتیجه را به عنوان حالت های خاصی از یک حالت کلیتر به دست آورد [39] .
در مرجع [39]، n گره در سطح پوشش شبکه که به صورت یک مربع واحد فرض شده است به صورت تصادفی قرار دارند و ناحیه پوشش به n^α همسایگی تقسیم شده است(0≤α<1). سپس با محدود کردن حرکت گرهها بین همسایگیهای مجاور، کل نرخ انتقال شبکه به صورت Ω(n^(1-α)) به دست آمده است. در انتها با تطبیق سناریوهای مطرح در [8] و [38] به مدل مورد استفاده، نتایج آن دو به حد بالا و پایین نتیجه کلی مقاله معرفی شده است.
در هر سه مرجع [8]، [38] و [39]، مسئله ظرفیت بدون هیچگونه محدودیتی روی حداکثر تاخیر ابتدا به انتهای قابل قبول و سایر ملاحظات نظیر محدودیت حافظه هر گره و محدودیت توان در شبکههای بدون سیم اقتضایی در نظر گرفته شده است. این در حالی است که در مراجع بسیاری از جمله [40-42] تلاش شده است که تاخیر به عنوان یک محدودیت در نظر گرفته شده و سپس ظرفیت تحت این محدودیت محاسبه شود.
به ویژه در [40] ، مدلی ارائه شده که با در نظر گرفتن مدل ذرهای برای طول بستههای ارسالی از هر گره، کلیه سناریوهای ثابت و متحرک را در بر میگیرد و ظرفیت و تاخیر را به صورت توام محاسبه میکند.
مرجع [43] تاخیر را تنها به عنوان یک محدودیت در نظر میگیرد و با توجه آن ظرفیت را برای یک شبکه اقتضایی که از CDMA استفاده میکند محاسبه میکند. درنظرگرفتن CDMA برای ارسال همزمان در شبکه بدون سیم اقتضایی مسئله ای است که قبلا هم مورد توجه قرار گرفته و هرچند در بسیاری از موارد مسئله ظرفیت محدود نبوده، روشهایی که قبلا در تحلیل شبکههای چند مرحلهای که از CDMA استفاده میکنند به کار رفتهاند، در تحلیل ظرفیت نیز میتوانند مفید باشند [9] .
در مراجع [11 و12 و13] سناریو یی بیان شده است که بدون نیاز به مسیر یابی یا دانستن مکان سنسور ها و با کمک گرفتن از یک ایستگاه مرکزی اصلی متحرک یا ثابت ولی دارای آنتن های جهتی مکان سنسور ها را تعیین میکند و اسم این روش را که یک روش راداری است، شبکه سنسوری تصویر بردار35 ، نامیده است. بدین صورت که ایستگاه کلکتور متحرک، با ارسال یک سیگنال بیکان36 که یک کد گسترده ساز بارکر37 است و سپس دریافت پاسخ سنسور ها به این بیکان، این سیگنالهای رسیده را تحلیل کرده و مکان تقریبی سنسور ها را با دقت مشخص با استفاده از الگوریتم های بازسازی و تخمین ML 38,MF39 بدست می آورد. این سناریو برای شبکه های با چگالی زیاد کاربرد دارد که در آن امکان مسیریابی برای این حجم بالای سنسور ها وجود ندارد. در این مسئله به نحوی اثرات مقیاسپذیری بر مکانیابی را مطرح میکند.
در این مقاله [12] بیان شده است که اصولا هنگامیکه نیاز به تعیین محل سنسور های فعال شده از یک پدیده تصادفی هستیم، می توان فرض کرد که فقط نزدیکترین سنسور به محل حادثه فعال شود و یا کلا در یک بازه از فاصله مکانی، کل سنسور هایی که در آن فاصله هستند، فعال شوند. اصولا حالت تک سنسوری برای نواحی با توزیع پراکنده سنسور ها رخ میدهد و حالت چند سنسوری، برای نواحی با تراکم بالای سنسور ها بوجود میآید. شبیه سازیهای این مقاله ، مناسب بودن روش چند سنسوری را فقط برای SINR های پایین در حدود 2-3 دسی بل، و بهتر بودن تک سنسوری را برای SINR های بالاتر نشان میدهد. که این بحث همان تاثیر تداخلی دیگر سنسور ها و کاهش SINR در سناریو های با تراکم بالاست و همچنین در حالتیکه فقط یک سنسور فعال میشود و تداخل ناشی از دیگر سنسور ها را نداریم، بهتر است ارسال با تولان بیشتری صورت پذیرد که معادل با SINR بالاتر است .
ما نیز برای تکمیل این اثر، سناریوی مشابهی را در نظر گرفتیم که در آن برای بهبود دقت مکانیابی، ایستگاه مرکزی در دو راستا حرکت میکند و نتیجتا کل سناریو را شبیه سازی کردیم و نشان دادیم که با این کار می توان دقت را بالا برد و یا برای چگالی های بالاتری از سنسور ها به دقت مشابهی در تخمین مکانی آنها رسید. برای این منظور از دو تعریف



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید