فایل بررسی روش جدید مکان یابی و همزمان سازی توامان در شبکه های حسگر بی سیم زیر آب

توضیحات

فایل بررسی روش جدید مکان یابی و همزمان سازی توامان در شبکه های حسگر بی سیم زیر آباین پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد مکان­یابی و همزمان­سازی از عناصر کلیدی در بسیاری از برنامه­های کاربردی ارتباطی زیرآب هستند که علی­رغم وابستگی بسیار، معمولا جدا از هم عمل می­کنند. اما از آنجا که سرویس­های همزمان­سازی پیش­نیاز الگوریتم­های مکان­یابی هستند و اطلاعات در رابطه با مکان حسگرها برای تخمین تاخیر انتشار مورد استفاده قرار می­گیرند، مکان­یابی و همزمان­سازی را می­توان در کنار هم انجام داد. از مزایای این روش می­توان به صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی که ناشی از کاهش تعداد مبادلات پیام می­باشد اشاره کرد. در این پایان­نامه یک روش جدید ترتیبی شامل پنج فاز تعیین موقعیت اولیه، تدریجی کردن حرکت حسگر، تخمین انحراف ساعت و اریب زمان­سنجی، جبران اثر لایه­بندی و مکان­یابی همراه با پالایش تکرار، برای انجام همزمان­سازی و مکان­یابی توامان در شبکه­های حسگر بی­سیم زیرآب ارائه شده است. در این روش علاوه بر در نظر گرفتن حرکت حسگرها، عدم حرکت امواج صوتی زیرآب در یک مسیر مستقیم و تغییرسرعت انتشار این امواج در عمق­های مختلف در نظر گرفته شده است. روش پیشنهادی در این پایان نامه با نرم­افزار مطلب شبیه سازی شده و نتایج با یک روش معیار مناسب و همچنین مرز پایین کرامر رائو مقایسه شده­اند. نتایج نشان می­دهند که روش ارائه شده دارای کارایی نزدیک به کران پایین کرامر رائو می­باشد و نسبت به روش معیار، بهتر عمل می­کند. قابل به ذکر است که روش پیشنهادی نسبت به روش­های پیشین بار محاسباتی بیشتری را به شبکه اعمال می­کند و مناسب جهت کاربردهایی می­باشد که به دست آوردن اطلاعات دقیق نسبت به مصرف انرژی از اهمیت بیشتری برخوردار باشد. واژه‌هاي كليدي: شبکه­های حسگر بی­سیم زیرآب، مکان­یابی، همزمان­سازی. فهرست مطالب 1. فصل اول: کلیات 1 1-1- مقدمه 2 1-2- تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایان نامه 4 1-3- روش ها و فنون اجرایی طرح پایان نامه 5 1-4- ساختار فصل بندی پایان نامه 6 2. فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق 7 2-1- مقدمه 8 2-2-آشنایی با شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 8 2-2-1- اجزای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 10 2-2-2- معماری های مختلف شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 11 2-2-3- چالش های شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 14 2-2-4- همزمان سازی ساعت در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 15 2-2-5- مکان یابی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب 19 2-3- تخمینگر حداقل مربعات 26 2-4- مرز پایین کرامر رائو 28 3. فصل سوم: مروری 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 تکنیک TOA 49 4-2-3- فاز دوم: تدریجی کردن حرکت حسگرها 50 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 شکل‌ها 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 جدول‌ها جدول 5-1 بازه اطمینان 95 درصدی برای Perr 65 جدول 5-2 بازه اطمینان 95 درصدی برای انحراف ساعت 66 فهرست نشانه‌های اختصاري d˜i,iʹ خودبرآورد مربوط به مسافت بین موقعیت مکانی ji و jiʹ 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 Tpdi و تاخیر انتشار واقعی مربوط به بسته i ѱ˜i,iʹ خودبرآورد مربوط به زاویه بین موقعیت مکانی ji و jiʹ ]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