توضیحات
عنوان تحقیق: محلی سازی در WSN
- مقدمه
- بیان مساله مکانیابی
- اهمیت و ضرورت مکانیابی
- مسیریابی
- خوشهبندی
- مدیریت منابع
- معیارهای ارزیابی راهکارها
- صحت
- دقت
- پیچیدگی
- مقاومت
- مقیاسپذیری
- هزینه
- تراکم گرهها
- ناهمگن بودن دستگاهها
- توان ارتباطی
- توان محاسباتی
- دلایل عدم استفاده از سامانه مکانیابی سراسری
- اندازه گیری های مورد استفاده در مکانیابی شبکه های حسگر بی سیم
- تخمین زمان رسیدن [2]
- شناسه قدرت سیگنال دریافتی[3]
- تخمین زاویه ورود[4]
- روشهای تخمین موقعیت با استفاده از اندازهگیریهای فیزیکی
- روش کرانیابی سه گانه
- روش کرانیابی چندگانه[5]
- روش مثلثسازی[6]
- مقایسه روشهای مختلف مکانیابی
- الگوریتم بت (خفاش)
- عوامل ایجاد کننده خطا در مکان یابی
- دید غیرمستقیم
- نوسان در سرعت انتشار سیگنالها
- حذف سیگنالهای ضعیف
- نتیجه گیری و پیشنهادات
- مراجع
- مقدمه
شبکه های حسگر بیسیم[7]، مجموعهای از گرههای حسگر همگن، کوچک و کم هزینه هستند که به صورت تصادفی در فضا قرار گرفتهاند و از طریق رسانهی بیسیم با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. حسگرها میتوانند محیط را حس یا نظارت کنند. از آن اطلاعات جمعآوری کنند و از طریق ایستگاههای پایه[8] دادههای جمعآوری شده را برای کاربر ارسال نمایند. جمعآوری داده در شبکههای حسگر بیسیم در راستای اهدافی نظیر حذف افزونگی، کاهش انتقال و بهبود دقت دادهها انجام میشود [1]. هنگامی که گرههای حسگر با یکدیگر مشارکت میکنند، پتانسیل بسیار زیادی در نظارت از راه دور وکنترل برنامههای کاربردی نظیر خودکارسازی ساختمان، مشاهده و پیشبینی محیط خواهند داشت. از آنجایی که گرههای حسگر غالباً به صورت تصادفی در محیط قرار گرفتهاند، مکانیابی یکی از اساسیترین مشخصهها در مدیریت شبکه حسگر است [2].
امروزه با گسترش شبکه های ارتباطی، نیاز به سرویسها و سامانههای مبتنی بر موقعیت دقیق کاربران و اشیا بهطور قابل ملاحظهای افزایش یافته است. بهکارگیری این سامانهها منجر به شکل گیری مفهوم تشخیص خودکار موقعیت شی[9] شدهاست. برخی از سرویسهای مبتنی بر مکان شامل مدیریت سلامت، مدیریت اجزا، برنامهریزی تولید، فضای هوشمند، شبکه های نظارت محیطی، شبکههای نظامی، بهبود عملکرد مسیریابی، تشخیص محدوده، افزایش امنیت در شبکه، خوشهبندی مولفههای شبکه، کنترل همبندی، هدفیابی کارا و تشخیص میزان پوشش است. همچنین تعیین دقیق موقعیت دستگاهها در شبکه، برای بسیاری از کاربردها از جمله جهت یابی، پاسخ اضطراری، سرویسهای مبتنی بر مجاورت و بهکارگیری الگوریتمهای نمونهبرداری مکانی از اهمیت ویژهای برخوردار است [3].
- بیان مساله مکانیابی
تعیین موقعیت جغرافیایی[10] که مکانیابی[11] یا موقعیت مکانی[12] نیز نامیده میشود، در زندگی روزمره ما نقش دارد و در چند دهه اخیر جامعهی علمی در این زمینه به تحقیق و بررسی پرداخته است.
بهطور کلی سامانههای مکانیابی، موقعیت یک شخص یا شی را نسبت به یک موقعیت شناختهشده و از پیش تعیین شده یا در سیستم مختصات معین میکنند. موقعیت جغرافیایی یک شی در فضای دو بعدی شامل تعیین طول و عرض شی مورد نظر و در فضای سه بعدی شامل تعیین طول، عرض و ارتفاع مولفهی خواسته شده است [2]. همچنین میتوان مسالهی مکانیابی را نگاشت سیگنالهای غالباً رادیویی به یک تابع چند متغیره که متناظر با موقعیت است، تعریف نمود [4].
سامانهی مکانیابی داخلی چارچوبی شامل ایستگاههای پایه شبکه است. این ایستگاهها نقاط مرجعی هستند که موقعیت آنها مشخص است و به طور معمول دستگاههای راهنما یا لنگری[13] نامیده میشوند. از گرههای لنگری یا راهنما برای موقعیتیابی کردن بیسیم اشیا یا اشخاصی که دستگاههای قابل حملی داخل یک ساختمان نگهداری میکنند، استفاده میشود [5].
- اهمیت و ضرورت مکانیابی
تعیین مکان گره هدف یا گره ناشناخته، یکی از مسائل اصلی در بسیاری از حوزهها مانند رادار[14]، سونار[15]، شبکههای حسگر بیسیم، ارتباطات سیار[16] و تعامل انسان با رایانه[17] است. به عنوان مثال موقعیت یک گوینده فعال با استفاده از آرایهای از میکروفونها در کاربردهایی نظیر کنفرانس ویدئویی قابل ردیابی است [2].
همچنین افزایش نیاز به برنامههای کاربردی آگاه به زمینه[18]، منجر به اهمیت قابل توجه اطلاعات مکانی میشود. به عنوان مثال ضبط و مدیریت حرکات بیماران هنگامیکه از لحاظ پزشکی تحت مراقبت هستند، شبکه های نظارت محیطی برای تشخیص منبع آلودگی به صورت بلادرنگ که نیاز به حس کردن کیفیت آب، هوا و خاک دارند، و تدارکات نوین که نیازمند توجه به انتقال کالا، فهرست اموال و انبارداری هستند، نیاز به اطلاعات مکانی دارند. بهطور خلاصه سرویسهای مبتنی بر مکان کلید فراهم آوردن چنین فناوریهایی است و بسیاری از کارکردهای شبکه از جمله: مسیریابی، کنترل همبندی، پوشش، تشخیص محدوده و خوشهبندی با استفاده از این اطلاعات مکانی بهبود داده میشود. در ادامه تاثیر بهکارگیری اطلاعات مکانی روی سرویسهای فوق به اختصار توضیح داده خواهدشد [6].
-1-3مسیریابی
مسیریابی فرآیند انتخاب مسیر در شبکه است که دادههای ترافیکی از طریق آن ارسال میشوند. بسیاری از پروتکلهای مسیریابی در شبکههای بیسیم، از موقعیت فیزیکی گرهها برای ایجاد جدولهای جلورانی و تحویل پیام به گرهای که به مقصد نزدیکتر است، استفاده میکنند. در واقع هنگامیکه یک گره پیامی دریافت میکند، تصمیمگیری برای جلورانی، بر اساس موقعیت گره مقصد و گرههای همسایه صورت میگیرد. بنابراین برنامههای مسیریابی جغرافیایی نیازمند اطلاعات مکانی هستند. با اطلاع از موقعیت جغرافیایی گرهها، مسیریابی بدون حالت[19] و مقیاسپذیر بوده و سربار ناشی از تغییرات پویا در همبندی شبکه کاهش پیدا میکند. این نوع مسیریابی تحت عنوان مسیریابی مبتنی بر مکان[20] نامیده میشود. همچنین مسیریابی به کمک مکان[21]، از اطلاعات مکانی برای محدود کردن فضای جستوجو در فرآیند کشف مسیر استفاده میکند و در نتیجه پیامهای کشف مسیر کمتری در شبکه منتقل خواهدشد. محققان نشان دادهاند که با استفاده از یک الگوریتم مکانیابی ساده نسبی، بدون وجود گرههای راهنما یا لنگری با موقعیت مشخص، کارایی الگوریتم LAR تقریباً مشابه کارایی الگوریتم یافتن کوتاهترین مسیر تحت شرایط ایدهآل است [7].
-2-3خوشهبندی[22]
در راستای تسهیل مدیریت شبکه، محققان گرهها را خوشهبندی کرده و آنها را به صورت سلسلهمراتبی سازماندهی میکنند. در حالت کلی، گرههای معمولی تنها میتوانند با گرههای موجود در همان خوشه ارتباط برقرار کنند و ارتباط میان خوشهها از طریق گره سرخوشه انجام میشود. در میان روشهای مختلف خوشهبندی، رویکردهای مبتنی بر مکان، با ایجاد خوشههای بدون گرههای همپوشان، بسیار کارآمد هستند. همچنین هنگامیکه گرهای به شبکه اضافه شود یا بنا بر اشکال سختافزاری حذف شود، با داشتن اطلاعات مکانی میتوان خوشهها را مجدداً سازماندهی کرد.
-3-3 مدیریت منابع
در دسترس بودن موقعیت جغرافیایی مولفه های بیسیم، مدیریت منابع را آسان میکند. پهنای باند یکی از مهمترین منابع در شبکهه ای بیسیم است. ازدیاد ابزارهای محاسباتی بیسیم، رقابت بر سر پهنای باند محدود را نیز افزایش داده است. برای بهکارگیری مدیریت و سیاست مناسب در شبکه های بیسیم، داشتن درک کامل از نحوهی استفاده ی منابع بیسیم ضروری است. محدوده فرکانسی ارتباط بیسیم، یکی از منابع فضایی است که بر اساس مکان تعریف میشود. بنابراین در دسترس بودن اطلاعات مکانی یک دستگاه، منجر به بهبود مدیریت و کنترل منابع شبکههای بیسیم میشود.
- معیارهای ارزیابی راهکارها
هر الگوریتم مکانیابی را میتوان با مجموعهای از معیارها مورد ارزیابی قرار داد. یک معیار، در واقع اندازهای از کارایی سامانهی مکانیابی مورد نظر است. هنگامیکه مقدار هر یک از معیارها محاسبه شود، برحسب اهمیت آنها در سامانهی مورد نظر به هر کدام وزنی نسبت داده میشود و میتوان یک مقدار مشخص برای الگوریتم مورد نظر بر حسب معیارهای گوناگون بهدست آورد. مهمترین معیارهای بررسی کارایی سامانههای مکانیابی در ادامه ذکر شده است.
-1-4 صحت[23]
صحت یا خطای مکانیابی مهمترین لازمهی یک سامانه ی مکانیابی است. غالباً متوسط خطا در اندازهگیری موقعیت به عنوان خطای مکانیابی در نظر گرفته میشود که متوسط فاصله اقلیدسی میان موقعیت تخمین زدهشده و موقعیت واقعی گره ناشناخته است. هرچه صحت یک سامانهی مکانیابی بیشتر باشد، آن سامانه بهتر تلقی میشود. غالباً یک موازنه میان صحت و دیگر معیارهای ارزیابی وجود دارد. در اغلب شبکهها افزایش تعداد گرههای لنگری یا راهنما منجر به افزایش صحت مکانیابی میشود. اما علاوه بر تعداد، محل قرارگیری گرههای لنگری یا به بیانی همبندی شبکه نیز اهمیت دارد. بهگونهای که اگر تمام گرههای لنگری در امتداد یک خط راست قرار داشته باشند، امکان مکانیابی دقیق و قطعی گره ناشناخته وجود ندارد. اهمیت این پارامتر در کاربردهای مختلف، متفاوت است. در برخی از سامانههای مکانیابی صحت تا چند سانتیمتر نیاز است و در برخی دیگر اهمیت کمتری دارد [3].
در سامانههای مکانیابی از اندازهگیریهای فیزیکی برای تخمین موقعیت استفاده میشود. به دلیل وجود خطای اندازهگیری و تاثیر محیط بر نتایج اندازهگیری، ممکن است مکان گرهها با درصدی خطا تعیین شود. انتشار خطا بیانگر این است که خطای اندازهگیری چگونه روی صحت تخمین موقعیت تاثیر میگذارد. در برخی سامانهها، خطای مکانیابی با خطای اندازهگیری رابطه خطی دارد. اما در سامانههای مکانیابی ترتیبی چنین رابطهای برقرار نیست. بهگونهای که گرههایی که خطای مکانیابی بیشتری دارند، گرههای همسایه را نیز در این خطا درگیر میکنند [6].
-2-4 دقت[24]
معیار صحت فقط مقدار متوسط خطای فاصله اقلیدسی را در نظر میگیرد. در حالیکه معیار دقت، میزان پایداری و ثبات عملکردی سامانه را مورد توجه قرار میدهد. در برخی از متون، معیار دقت، انحراف معیار خطای مکانیابی یا تعدیل دقت هندسی[25] نامیده میشود. اما عموماً به عنوان توزیع خطای فاصله میان موقعیت تخمین زده شده و موقعیت واقعی در نظر گرفته میشود. از تابع توزیع تجمعی[26] خطای فاصله برای بیان دقت یک سامانهی مکانیابی استفاده میشود. هنگامیکه دو رویکرد مکانیابی با یکدیگر مقایسه میشوند، اگر صحت آنها یکسان باشد، سامانهای ترجیح داده میشود که مقدار تابع توزیع تجمعی آن با سرعت بیشتری به احتمال بالا برسد، زیرا خطای فاصله آن روی مقادیر کوچک متمرکز شده است. به عنوان مثال در یک سامانه، تابع توزیع تجمعی خطای 2متر 0.9 و خطای 3 متر 0.95 است. در سامانهای دیگر، تابع توزیع تجمعی خطای 2 متر 0.5 و خطای 3 متر 0.95 است. در این حالت دقت سامانهی مکانیابی نخست بیشتر است [3].
-3-4 پیچیدگی
پیچیدگی یک سامانهی مکانیابی را میتوان مرتبط با سختافزار، نرمافزار و عوامل کارکردی آن سامانه دانست. یکی از مهمترین عوامل پیچیدگی نرمافزاری، حجم و پیچیدگی محاسباتی سامانه مورد نظر است. اگر محاسبات مکانیابی به صورت متمرکز و توسط یک سرور در شبکه انجام شود، با توجه به قابلیت محاسباتی قابل ملاحظه و منبع تغذیه مناسب آن، موقعیتیابی خیلی سریع انجام میشود. اما اگر محاسبات توسط یک واحد سیار[27] انجام شود، پیچیدگی الگوریتم بیشتر حائز اهمیت خواهد شد. زیرا اغلب واحدهای سیار فاقد توان پردازشی بالا و باطری با طول عمر طولانی هستند. بنابراین در چنین شرایطی الگوریتمهایی با پیچیدگی کمتر در اولویت هستند. اغلب بهدست آوردن رابطهی میزان پیچیدگی سامانههای مکانیابی مختلف، امری دشوار است و زمانی که صرف محاسبات موقعیتیابی میشود، به عنوان جایگزینی برای این معیار در نظر گرفته میشود. نرخ مکانیابی یک شناسهی مهم از میزان پیچیدگی سامانه است که بیانگر تاخیر زمانی جابهجایی هدف سیار در شبکه و تعیین موقعیت جدید آن توسط سامانهی مکانیابی است [3].
توجه:
- برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
- لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش تحقیق
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.