پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب

word 1 MB 30925 125
1390 کارشناسی ارشد مهندسی الکترونیک
قیمت: ۱۶,۲۵۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  •   پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (مخابرات سیستم)

    چکیده

    بهینه­سازی جایگذاری گره­ها در محیط­های مختلف برای شبکه­های حسگرفراپهن­باند مکان­یاب

     

     

     

    سیستم­های مکان­یاب به سیستم­هایی گفته می­شود که بتوانند مکان یک جسم را در یک فضا تشخیص دهند. اینگونه سیستم­ها معمولا با استفاده از ارتباطات رادیویی، فاصله دو جسم را تشخیص داده و بعد از چندین اندازه­­­گیری از گره­های مختلف، مکان جسم را در منطقه مشخص می­کند. از مهمترین سیستم­های جهانی مکان­یاب می­توان به سیستم­های مکان­یاب جهانی[1] و سیستم­های مکان­یاب نظامی روسیه[2]، سیستم مکان­یاب  شهروندی اروپا[3] اشاره نمود.

    با توجه به نیاز مکان­یاب­ها با دقت بالا و همچنین مکان­یابی درون فضاهای بسته استفاده از این سیستم­ها را کم اهمیت کرده و سیستم­هایی با سیگنال­های دقیق­تر دارای اهمیت بیشتری گشته­اند. از جمله این سیستم­ها استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند است که دارای پالس­های بسیار باریک و پهنای باند وسیع بوده و می­توانند تفکیک­پذیری زمانی خوبی داشته باشند.

    از اینرو این سیستم­ها به عنوان پیشنهادی مناسب برای مکان­یاب­های دقیق فضاهای بسته مطرح می­شوند.

    کلیه سیستم­های مکان­یاب دارای گره­های مرجع بوده که هر کدام فاصله مشخصی تا جسم گیرنده دارند و از اندازه­گیری این فاصله­ها می­توان مکان گره­ها را پیدا کرد. از مهمترین عوامل اثبات شده در دقت سیستم­های مکان­یاب محل قرارگیری گره­های مرجع می­باشد. در دهه­های اخیر اهمیت این موضوع بررسی شده و راهکار­های مناسبی برای آن پیشنهاد شده است.

     

    در برخی کاربردها می­توان خصوصیات رفتاری هدف را نیز مد نظر قرار داد. مثلا اینکه موقعیت هدف در اکثر زمان­ها در چه محدوده­ای از فضا باشد، در کاهش تعداد حسگر موثر است.

    اگر بتوان تابع توزیع احتمال هدف در مختصات (x,y) را معلوم فرض کرد بنابراین می­توان از این تابع استفاده کرده و جایگذاری را به شکلی انجام داد که متوسط خطا مقدار دلخواه باشد. برای رسیدن به تابع توزیع هدف می­توان از فرض ارگادیک بودن فرآیند مکان هدف در زمان­ استفاده کرد و به نوعی به توزیع احتمالی آن نسبت داد. بنابراین با مطالعه بر روی تحقیقات انجام شده و استخراج معیار­ها برای مقایسه و دقت فاصله­یابی مناسب با استفاده از سیگنال­های فراپهن باند امید است با کاهش تعداد گره­های مرجع و استفاده از خصوصیات رفتاری هدف در شبکه بتوان به دقت مناسب رسید. اینگونه گره­ها باید دارای مکان مشخصی باشند تا بتوانند مکان گره هدف را تخمین بزنند. در این متن با فرض اینکه گره­های مرجع در هر نقطه که قرار گیرند دارای مکان معلومی باشند سعی می­شود این گره­ها در مکانی قرار گیرند که بتوانند دو شرط زیر را برآورد نمایند:

    اول: در کل منطقه­ی تحت مراقب مکان گره هدف را بتوانند تخمین بزند.

    دوم: متوسط خطای تخمین مکان گره هدف نیز در کل منطقه حداقل باشد.

    از جمله عواملی که می­تواند در دقت مکان­یابی موثر باشد محل قرارگیری گره­های مرجع در محیط تحت مراقبت می­باشد. اما موردی که فقدان آن در اکثر تحقیقات انجام شده مشهود است آنست که چنانچه گره مرجع سیار باشد جایگذاری مناسبی برای گره­های مرجع پیشنهاد نشده است. در این تحقیق علاوه بر آنکه راهکار مناسبی برای بهینه کردن محل گره­های مرجع ارایه شده است در چند محیط هم از آن استفاده شده و نتایج آن مشاهده گردیده است.

     در آخر، مقایسه­ای بین توزیع گره­های مرجع به صورت تصادفی مانند سایر تحقیقات و روش پیشنهاد شده انجام گرفته و مشخص شده است که می­توان با استفاده از این روش برای دست­یابی به دقت مطلوب از تعداد گره­ی مرجع کمتری استفاده نمود.

    از اینرو در این متن هدف آن است که بتوان با استفاده از سیستم­های مکان­یاب فراپهن­باند برای رسیدن به دقت دلخواه، مکان گره­های مرجع را به صورت بهینه بدست آورد.

    [1] GPS

    [2] GLONASS

    [3] Galileo

      امروزه استفاده از شبکه­های حسگر بسیار رایج و کاربردی شده است. شبکه­های حسگر مجموعه­ای از ادوات حسگر است که با چیدمان مخصوص در محیطی قرار گرفته و با سعی در پوشش کل محیط، هدف خاصی را دنبال می­کند. هدف در شبکه­های حسگری ممکن است حس کردن دما برای محیط­های خاص، حس کردن دود برای جلوگیری از آتش گرفتن یا حس کردن نوعی گاز خاص باشد. اما از مهمترین کمیت­های قابل تشخیص بوسیله حسگرها مکان و زمان است که بسیار کاربردی است. با توجه به افزایش کارایی­های مکان­یابی در کاربردهای مختلف نیاز به اینگونه سیستم­ها روز به روز افزایش می­یابد. گسترش اینگونه سیستم­ها مورد توجه محققان و شرکت­های سازنده قرارگرفته است.

    به عنوان مثال مکان اتومبیل­ها در مناطق تحت کنترل و نظامی و بررسی ترافیک­ها در نقاط مختلف و کنترل ناوگان مسافربری از جمله کاربردهای اخیر مکان­یابی است که از سیستم­های مکان­یابی GPS استفاده می­کند.

    اما مکان­یابی اشخاص در انبارهای تجهیزات، بیمارستان­های بزرگ، مکان­های امنیتی در فضاهای داخلی با استفاده از سیستم­هایGPS  امکان­پذیر نیست. زیرا این سیستم­ها دارای ارتباط ماهواره­ای بوده و نیاز به خط دید مستقیم با گیرنده دارند و گیرنده باید همزمان با چهار گره مرجع ماهواره­ای در تماس باشد. این گونه محدودیت­ها استفاده از این سیستم­ها را در فضای داخلی تقریبا غیرممکن می­سازد. به علاوه این­ سیستم­ها در ماژول مکان­یاب نیاز به توان ارسالی بالا برای تبادل اطلاعات با گره­های مرجع[1] وجود دارد و استفاده از این ماژول­ها را با استفاده از تغذیه باتری با مشکل روبرو می­کند. یکی از مشکلات مهم دیگر این سیستم­ها، دقت نسبتا" پایین آن­ها در حدود چندین متر است [1] .

    در کاربردهای دقیق­تر مانند ربات­های متحرک[2]، ربات­های فوتبالیست و مکان­یابی اشخاص در فضاهای بسته امنیتی بیمارستان­های بزرگ استفاده از سیستم­های GPS مقدور نبوده و سیستم­های ساخته شده از شبکه­های حسگری استفاده می­شود. بنا براین شبکه­های بی­سیم محلی[3] برای فضاهای داخلی استفاده می­گردد. اما اینگونه سیستم­ها نیز از لحاظ دقت کارآمد نیستند. در مکان­یابی­های دقیق، سیگنالینگ فراپهن­باند پیشنهاد می­شود. در جدول زیرکاربردهای مختلف مکان­یابی با دقت­های مورد نیاز مشاهده می­گردد[2]  .

     

    دقت مورد نیاز

    مراقبت داخلی

    1 سانتی متر

    مکان­یابی ابزاری

    1 سانتی متر

    راهنمای ربات داخلی

    8 سانتی متر

    راهنمای عابر پیاده

    1 متر

    سرویس­های مکان­یابی

    3 متر

    اطلاعات قطار- اتوبوس- هواپیما

    30 متر

    مکان­یابی حوادث

    1 متر

    دره­های شهری

    50 سانتی متر

    جدول1-1: کاربرد و دقت مورد استفاده برای انواع مکان­یابی

    همانطور که در این جدول دیده می­شود اکثر کاربردهای مهم مکان­یابی نیاز به دقت­های سانتی­متر تا حداکثر متر دارند.

    از ویژگی­های سیگنال­های فراپهن­باند، قابلیت تفکیک سیگنال­ها از مسیرهای مختلف به­ دلیل باریک بودن پالس­ها است. قابلیت دیگر نفوذ و عبور از دیواره­ها و البته انتقال داده با نرخ­های بالا به دلیل پهنای باند وسیع است.

    سیستم­های فراپهن­باند

    1.2 مقدمه

    نیاز به یک مخابرات با قابلیت ارسال اطلاعات با نرخ بیت هر روز در حال افزایش است. یکی از روش­هایی که می­توان با استفاده از آن به این مهم دست یافت، استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند است. اساس مخابرات فراپهن­باند برپایه­ی ارسال اطلاعات توسط پالس­های بسیار باریک (در حوزه­ی زمان) که سطح انرژی پایینی دارند، می­باشد. بنابر ضوابط وضع شده توسط سازمان تنظیم مقررات رادیویی آمریکا[4]، سیستم­های مخابراتی فراپهن­باند می­توانند در باند فرکانسی 3.1 الی 10.6 گیگاهرتز (البته این رنج فرکانسی مخصوص کشور آمریکا می­باشد و در اروپا پایین­ترین فرکانس برای سیستم­های مخابراتی فراپهن­باند 2.4 گیگاهرتز می­باشد) کار کنند. برای اینکه یک سیگنال فراپهن­باند نامیده شود، حداقل یکی از خواص زیر را باید دارا باشد:

    که درآن  پهنای باند،  فرکانس مرکزی،  مینیمم و  ماکزیمم فرکانس سیگنال ارسالی می­­باشند.

    استفاده از این فناوری در زمینه­های مخابرات بی­سیم روز به روز درحال افزایش است. برای پیشگیری از ایجاد تداخل با سیستم­های مخابرات موجود، سازمان تنظیم مقررات رادیویی آمریکا، توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز[5](EIRP) را برای هر باند فرکانسی مشخص کرده است. با توجه به اینکه این باند بسیار وسیع است، این پهنای باند­ها برای کاربرد­هایی چون WSN و غیره اختصاص داده شده است. بنابراین استفاده از باند دارای محدودیت­های توانی برای کاربرد­های فراپهن­باند است. البته مرکز تنظیم مقررات در باندهایی در این محدوده که برای کاربرد­های خاص دیگر اختصاص داده شده و توسط شرکت­های سازنده ادوات خریداری شده نسبت به کاربران فراپهن­باند سختگیرانه­تر عمل کرده است.

    شکل2-1: توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز به­ازای باندهای فرکانسی مختلف [3]

    2.2    خواص سیگنال­های فراپهن­باند

    همانطورکه بیان شد سیگنال­های فراپهن­باند انتخاب مناسبی برای ارتباطات پر سرعت بی سیم نیز می­باشند.

    بنا بر تئوری شانون در یک کانال AWGN [6] می­توان ماکزیمم نرخ ارسال داده را به صورت تابعی از پهنای باند B و نسبت سیگنال به نویز S/N نوشت.

    در سیگنالینگ­های فراپهن­باند سیگنال به نویز، بسیار پایین است و به صورت خطی می­توان ماکزیمم نرخ ارسال داده را متناسب با پهنای باند B دانست.

    از طرفی به دلیل ارتباط معکوسی که بین زمان و فرکانس وجود دارد، طول زمانی سیگنال­های فراپهن­باند بسیار کوتاه و پالس­های ارسالی بسیار باریک­ هستند و از مرتبه­های نانو ثانیه­اند. این ویژگی­های سیگنال­های فراپهن­باند می­تواند خصوصیات زیر را برای این نوع سیگنال­ها در نظر گرفت.

    خواص اصلی سیگنال­های فراپهن­باند عبارتند از:

    پهنای باند بسیار زیاد

    قابلیت ارسال اطلاعات با توان کم توسط آن­ها

    توانایی ارسال اطلاعات با نرخ بیت بالا توسط آن­ها

    مقاوم بودن نسبت به تضعیف­شدگی[7]

    مقاوم بودن نسبت به پدیده­ی چند مسیره[8]

    ارزان بودن گیرنده و فرستنده

    قابلیت مکان­یابی دقیق (با دقت سانتی­متر) توسط این سیگنال­ها

    این خواص موجب شده­اند سیگنال­های فراپهن­باند در زمینه­های مختلفی استفاده شوند، مثلا در زمینه­ی رادارهای نظامی. ولی دراینجا بیشتر کاربردهای تجاری[9] سیگنال­های فراپهن­باند بررسی می­گردد[4]  . یکی از کاربردهای تجاری مهم سیگنال­های فراپهن­باند در شبکه­های اقتضایی بی­سیم[10] می­باشد.

    3.2 استاندارد ها در سیستم­های فراپهن­باند

    ارسال اطلاعات با نرخ بالا (استاندارد IEEE 802.15.3a): در این کاربرد دو دستگاه می­توانند با استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند به تبادل اطلاعات با نرخ 100 Kbps (مثلا برای موس­های بی­سیم) تا 480 Mbps (برای پخش مستقیم ویدیو و عکس و غیره از طریق بی­سیم) بپردازند. همچنین این فناوری کاربردهای چندرسانه­ای همانند اتصال مانیتورها به صورت بی­سیم نیز دارد، که توسط استانداردهای موجود همانند 802.11 و بلوتوس قابل پیاده­سازی نیستند.

    ارسال اطلاعات با نرخ پایین (استاندارد IEEE 802.15.4a): در شبکه­های حسگر که نیاز به نرخ ارسال بالایی ندارند (50 kbps تا 1 Mbps) استفاده می­شود. برد ارسال در اینگونه شبکه­ها در حدود 100 متر می­باشد. از آنجایی که یکی از قابلیت­های اساسی سیگنال­های فراپهن­باند، دقت زیاد آن­ها در مکان­یابی (در حدود سانتی­متر) می­باشد، در این کاربرد بیشتر روی مکان­یابی تمرکز می­شود. قیمت ارزان دستگاه­های مورد استفاده در این کاربرد باعث رشد روز افزون آن در حوزه­های مختلف مانند امداد و نجات، پیشگیری از آتش­سوزی جنگل­ها، کاربردهای امنیتی و غیره شده­است  [4].

    4.2 مدولاسیون­ در سیستم­های فراپهن­باند

    پارامترهای مهمی در انتخاب مناسب مدولاسیون برای سیگنال­های فراپهن باند نقش دارند، که می­توان به نرخ اطلاعات، پیچیدگی گیرنده و فرستنده، خواص طیفی سیگنال، مقاومت در برابر تداخل سیگنال­های باریک­باند، تداخل بین سمبلی، وضعیت خطا و غیره اشاره کرد. در سیستم­های فراپهن­باند پالسی مدولاسیون­های PAM[11]، [12]OOK و [13]PPM معمولا استفاده می­شوند. در PPM باینری بیت ‘1’ با یک پالس بدون تاخیر و بیت ‘0’ توسط یک پالس با تاخیر  نسبت به مرجع زمانی تعیین می­گردند. در این مدولاسیون می­توان از جابجایی­های مختلف پالس برای مشخص کردن سمبل­های مختلف استفاده کرد. رایج­ترین روش PPM، استفاده از روش سیگنالینگ متعامد می­باشد، که در آن هر سیگنال بر سیگنال شیفت یافته­اش عمود می­باشد. در PAM بیت­های ‘1’ و ‘0’ با یک سیگنال و تغییر فاز داده شده­­ی آن به اندازه 180 درجه نشان داده می­شوند. در OOK با ارسال و عدم ارسال پالس، بیت­های ‘1’ و ‘0’ را مشخص می­شود [4] .

    شکل2-2: روش­های مدولاسیون در سیستم­های فراپهن­باند [3]

     5.2 دسترسی چندگانه[14] در سیستم­های فراپهن­باند

    روش­های جهش زمانی[15](TH) و دنباله­ی مستقیم[16](DS) دو روش رایج برای دسترسی چندگانه در سیستم­های فراپهن­باند می­باشند.

    در TH-PPM سیگنال ارسالی ( ) برای کاربر ام  بصورت زیر نشان داده می­شود:

    (2-2)  

    که در آن  دوره­ی سمبل[17]،  داده­ی ارسال شده­ی ام (برای داده­های باینری ) برای امین کاربر،  اندیس مدولاسیون[18] می­باشند و  گسترده شده پالس اولیه می­باشد که به صورت زیر تعریف می­شود:

    (2-3)  

       کد گسترده­ای است که برای هر کاربر یکتا می­باشد و دسترسی چندگانه را برای کاربران میسر می­سازد (این کد همانند کدهای استفاده شده در CDMA می­باشد، ولی طول آن بسیار کمتر است)،  شیفت زمانی برای  و  تعداد پالس­ها ( ) در یک دوره­ی سمبل می­باشد. هر پالس (در CDMA به آن چیپ[19] گفته می­شود) بازه­ی زمانی  را اشغال می­کند، بنابراین:

    (2-4)  

    از آنجاییکه ساخت پالس گوسی و مشتقات آن بسیار آسان است، شکل پالس استفاده شده برای PPM معمولا مشتق مرتبه­ی اول و یا مشتقات بالاتر تابع گوسی می­باشد. از آنجاییکه آنتن­ها مقادیر DC سیگنال را انتقال نمی­دهند، معمولا از مشتقات پالس گوسی که دارای مولفه­ی DC صفر می­باشند، استفاده می­شود. مشتق مرتبه­ی اول تابع گوسی را می­توان به صورت زیر نشان داد:

    (2-5)  

    که در آن  و  به ترتیب دامنه و گستردگی (پهنای) پالس و  پارامتر شیفت زمانی می­باشند. مشتق مرتبه­ی اول پالس گوسی در حوزه­ی زمان و فرکانس در شکل 2-1 نشان داده شده که در آن  و  است. همانطور که در شکل 2-1 نشات داده شده، این پالس در حوزه فرکانس، دارای پهنای بسیار بالایی می­باشد و دارای مولفه­ی DC صفر و فرکانس پایین کمی است که آن را برای استفاده در مخابرات فراپهن­باند مناسب می­سازد [5] .

     

     

     

    شکل2-3: روش­های مدولاسیون در سیستم­های فراپهن­باند [1]

    شکل پالس­های دیگری همانند پالس­های هرمیتی[20]، لژاندری[21] و غیره نیز در مخابرات فراپهن­باند استفاده می­شوند، که هریک مزایای مخصوص به خود را دارند [3] .

    6.2 ساختار لایه­ها در شبکه­های اقتضایی

    همانطور که در شکل 3-1 نشان داده شده است، همانند هر شبکه­ی دیگری، شبکه­های اقتضایی نیز از لایه­هایی تشکیل شده­اند. هر شبکه­ اقتضایی به 5 لایه­ی فیزیکی[22]، پیوند داده[23]، شبکه[24]، انتقال[25] و کاربرد[26] تقسیم­بندی می­شود. لایه­ی فیزیکی انتقال بیت­ها از طریق کانال مخابراتی را به عهده دارد. لایه­ی پیوند داده که زیر لایه­ی MAC نیز جزیی از آن می­باشد، وظایف زیر را به­عهده دارد:

    5.بعد از آن لایه شبکه می­باشد که از جمله وظایف آن می­توان به کنترل عملکرد زیر شبکه­ها، مسیریابی، کنترل گلوگاه­ها، کیفیت سرویس­دهی اشاره کرد. در لایه­ی انتقال، داده­ها برای استفاده در لایه­های پایین­تر شکسته شده و همچنین یک کنترل خطا در این لایه بر روی داده­ها اعمال می­شود. در بالاترین لایه که لایه­ی کاربرد است، مجموعه­ی از پروتکل­ها و برنامه­ها، طرح ریزی و پیاده­سازی می­شوند [6] .

    شکل2‑4: معماری لایه­ها در شبکه­های اقتضایی[6]

    لایه­ی شبکه در این نوع تقریبا عملکرد مشابهی با شبکه­های دیگر دارد، بنابراین سعی می­شود به بررسی لایه­ی پیوند پرداخته ­شود.

    تبادل اطلاعات در مورد همسایه­ها و توپولوژی اطراف هر گره در لایه­ی پیوند داده و مسیریابی در لایه­ی شبکه انجام می­پذیرد. کنترل دسترسی به کانال مشترک در زیر لایه­ی MAC از لایه­ پیوند داده انجام می­شود. با توجه به اهمیت زیر لایه­ی MAC (در برخی موارد آن­ را لایه­ی MAC نیز می­نامند)، به صورت مجزا به بررسی آن در شبکه­های اقتضایی فراپهن­باند پرداخته می­شود.

    7.2             زیر لایه­ی M  A C در شبکه­های بی­سیم اقتضایی فراپهن­باند

    گروه IEEE TG802.15.3a دو طرح برای لایه­ی MAC شبکه­های اقتضایی بی­سیم فراپهن­باند پیشنهاد می­دهد، که عبارتند از DS-UWB[27] (که پیشگامان آن شرکت­های موتورولا[28] و فری­اسکیل[29] می­باشند) و [30]MBOA (با پیشگامی شرکت اینتل). تفاوت این دو طرح در پشتیبانی از بعضی سرعت­ها می­باشد.

     DS-UWB برای مخابراه­ی داده­ها در سرعت­های 28، 55، 110، 220، 500، 660 و 1320 مگابیت در ثانیه و MBOA برای مخابره­ی داده­ها در سرعت­های 55، 110، 200، 400 و 480 مگابیت در ثانیه طراحی شده­اند[1]  .

    طرح پیشنهادی توسط MBOA برپایه­ی MB-OFDM[31] می­باشد. در MB-OFDM پهنای­باند مورد استفاده در سیگنال­های فراپهن­باند (3.1-10.6 GHz) به 13 باند 528 مگاهرتزی تقسیم می­شود. این باندها نیز در چهار گروه مختلف تقسیم می­شوند که عبارتند از: گروه A (باند 3-1) ، گروه B (باند 5-4) ، گروه  C(باند 9-6) و گروه D (باند 13-10)[3]  .

     برای استفاده­ از منابع، باید طراحی لایه­ی MAC به گونه­ای باشد که از خواص منحصربفرد سیگنال­های فراپهن­باند استفاده کند و بتواند محدودیت­های زیر را در طراحی خود لحاظ کند:

     توان ارسال پایین برای رعایت کردن توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز تعیین شده توسط FCC و افزایش طول عمر باتری دستگاه­ها.

    بنابراین باید مکانیزمی برای کارا کردن توان مصرفی در لایه­ی MAC وجود داشته باشد.

     150 ns باقی مانده­است در حالیکه عرض پالس در حدود چند نانوثانیه بیشتر نمی­باشد.

    کل2‑ 5: (a) پاسخ ضربه­ی مدل کانال برای IEEE 802.15.3a CH3 محور عمودی دامنه­ی کانال می­باشد، (b) تابع خودهمبستگی پاسخ ضربه­ی کانال [3]

    فصل 1:  

    8.2             مدل کانال   IEEE  UWB

    در  گروه IEEE 802.15.3a مدل کانال چند مسیره­ای برای سیگنا­ل­های فراپهن­باند ارایه داده­اند. در این مدل المان­های چند مسیره در گروه­هایی بنام خوشه[33] با توزیع پوآسون[34] وارد گیرنده می­شوند. هر مسیر در هر خوشه نیز خود به صورت توزیع پوآسون وارد گیرنده می­شود. پاسخ ضربه­ی کانال به شکل زیر تعریف می­گردد [7]و[8]:

     

    [1]Anchor

    [2]Mobile Robot

    [3]WLAN

    [4] FCC : Federal Communications Commission

    [5] EIRP: Equivalent Isotropically Radiated Power

    [6] Additive Wite GaussianNoise

    [7] Fading

    [8] Multipath

    [9] Commercial

    [10] Wireless Ad hoc Networks

    [11] Pulse Amplitude Modulation

    [12] On-Off Keying

    [13] Pulse Position Modulation

    [14] Multiple Access

    [15] TH: Time Hopping

    [16] Direct Sequence

    [17] Symbol Period

    [18] Modulation Index

    [19] Chip

    [20] Hermite Pulses

    [21] Legandre Pulses

    [22] Physical layer

    [23] Link layer

    [24] Network layer

    [25] Transport layer

    [26] Application layer

    [27] Direct Sequence

    [28] Motorola

    [29] Freescale

    [30] Multi-band OFDM Alliance

    [31] MB-OFDM: Multiband Ortogonal Frequency Division Mo

    [32]acquisition time

    [33] Cluster

    [34] Poisson distribution

  • فهرست:

    عنوان                                                                                          صفحه

    فصل 1: مقدمه. 1

    فصل 2: سیستم­های­فراپهن­باند..................................................................................................................5

    2-1- مقدمه. 5

    2-2- خواص سیگنال­های فراپهن­باند. 7

    2-3- استانداردها درسیستم­های ­فراپهن­باند. 9

    2-4- مدولاسیون در سیستم­های­ فراپهن­باند. 10

    2-5- دسترسی چندگانه­ درسیستم­های فراپهن­باند. 11

    فصل 3: شبکه­های­اقتضایی­بی­سیم.........................................................................................................21

    3-1- مقدمه. ......22

    3-2- دسته­بندی سیستم­های مکان­یاب.. 22

    -3- دسته­بندی الگوریتم­های مکان­یاب در شبکه­های حسگر.....................................................................................16

    انواع روش­های فاصله­یابی...........................................................................................................................................30

    3-4-1- مکان­یابی بر اساس قدرت سیگنال..................................................................................................................... 31

    3-3-2- مکان­یابی براساس زاویه رسیدن سیگنال............................................................................................................32

    3-3-3- مکان­یابی بر اساس زمان رسیدن سیگنال..... ....................................................................................................35

    3- 5- استراتژی­های تشخیص پیک برای سیستم­های مکان­یاب زمانی......................................................................39

    3 - 6- مشکلات مکان­یابی  براساس زمان..........................................................................................................................40

    3-7- تکنیک­های تخمین مکان............................................................................................................................................42

    3-8- فناوری­های در دسترس برای سیستم­های مکان­یاب.............................................................................................45

    فصل 4: استفاده از فناوری فراپهن­باند برای سیستم­های مکان­یاب..................................................47

     

    4-1- استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند برای مکان­یابی...............................................................................................47

    4-2- آشکارسازی سیگنال­های فراپهن­باند و بررسی مدل کانال در استاندارد 802.15.4a  65

    4-3- باند­های تشخیص خطا 56

    4-4- مدل کردن اندازه­گیری­ها 59

    4-5- باند خطای مکانی.. 61

    4-6-  فاصله­یابی بر اساس استاندارد 802.15.4a 65

    فصل 5: بهینه­سازی سیستم­های مکان­یاب مبتنی بر فناوری فراپهن­باند....................................... 67

    5-1- استراتژی­های طراحی شبکه­های مکان­یاب... 66

    5-2- دسته­بندی توپولوژی شبکه­های حسگر برای مکان­یابی... 67

    5-3- اثر چگالی گره­ها در محیط برروی دقت مکان­یابی... 69

    5-4- هدف تحقیق.. 73

    5-5- پیاده­سازی و شبیه­سازی طرح الگوریتم بهینه­ 73

    5-5-1- موضوع طرح..................................................................................................................................................78

    5-5-2- بررسی اثر فاصله روی باند خطای مکانی................................................................................................81

    5-5-3- تشریح الگوریتم............................................................................................................................................82

    5-5-4- تست و شبیه­سازی الگوریتم  برای محیط­های ساده...........................................................................91

    5-5-5- الگوریتم بر مبنای تعداد گره مرجع........................................................................................................91

    5-5-6- مقایسه توزیع تصادفی گره­ها با جایگذاری بهینه­ی آن­ها...................................................................97

    5-5-7- الگوریتم بهینه­یاب بر مبنای دقت دلخواه..............................................................................................99

    فصل 6: نتیجه­گیری وپیشنهادات... 102

    مراجع : 105

    منبع:

    J. Hightower and G. Borriello, "Location systems for ubiquitous computing", IEEE Computer,34:8, 2001.

    S. J. Ingram, D. Harmer and M. Quinlan," Ultra-wideband indoor positioning systems and their use in emergencies", In Proc. IEEE Position Location and  Navigation Symp, 2004.

    Stojmenovic and J. Wu, "Broadcasting and Activity-Scheduling in Ad Hoc Networks", 2007.

    M. Ghavami, L.B. Michael and R. Kohno, "Ultra Wideband Signals and Systems in Communications Engineering", Wiley, 2004.

    H. Nikookar and R. Prasad, "Introduction to Ultra Wideband for Wireless Communications," Springer, 2009.

    M. barbeau and E. kranakis, "Principles of Ad Hoc Networking," Wiley, 2007.

    R.J. Foerster, "Channel modeling sub-committee report",Technical report, P802.15-02/490rl-SG3a, IEEE 802.15 Working group for Wireless Personal Area Networks, February 2003.

    A. F. Molisch, K. Balakrishnan, C. C. Chong, et al., IEEE 802.15.4a channel model – final report. Sep. 2004. [Online].

    A. Alvarez, G. Valera, M. Lobeira, R. Torres and J. L. Garcia, "New channel impulse response model for UWB indoor system simulations", In Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. (VTC), May 2003, pp. 1–5.

    H. V. Poor," An Introduction to Signal Detection and Estimation", New York: Springer-Verlag, 1994.

    Baris Fidanand Guoqiaung Mao, "Localization Algorithm and Strategies for Wireless Sensor Networks",information science efrence.New York , 2009.

    .L. Doherty, L. El Ghaoui, and K. S. J. Pister." Convex position estimation in wireless sensor networks", In Proceedings of Infocom 2001, April 2001.

    . Y. Qi, "Wireless geolocation in a non-line-of-sight environment", Ph.D. Dissertation, PrincetonUniversity, Dec. 2004.

    J. J. Caffery, "Wireless Location in CDMA Cellular Radio Systems", Boston: Kluwer Academic Publishers, 2000.

    G. L. Turin, “An introduction to matched filters,” IRE Trans. Information Theory, vol. IT-6, no. 3, pp. 311–329, June 1960.

    Li, X"Super-Resolution TOA Estimation with Diversity Techniques for Indoor Geolocation Applications", PhD Thesis, WPI.

    Heidari, M., Akgul, F. O., & Pahlavan, K"Identification of the Absence of Direct Path in Indoor Localization System", IEEE PIMRC 2007 (pp. 1-6).

    Y. Qi,"Wireless geolocation in a non-line-of-sight environment", Ph.D. Dissertation, Princeton University, Dec. 2004.

    Savvides, A., Garber, W. L., Moses, R. L., & Srivastava, M. B. " An analysis of error inducing parameters in multihop sensor node localization", IEEE Transactions on Mobile Computing, 4(6), 567-577.

    G. L. Turin, “An introduction to matched filters,” IRE Trans. Information Theory, vol. IT-6, no. 3, pp. 311–329, June 1960. 

    Lanzisera, S., Lin, D., & Pister, K," RF Time of Flight Ranging for Wireless Sensor Network Localization", Proceedings of the IEEE Workshop on Intelligent Solutions in Embedded Systems, 2006.

    H.V. Poor, "An Introduction to Signal Detection and Estimation", Springer-Verlag, NewYork,1994

     T. Kaiser, Ed., UWB Communications Systems: A Comprehensive Overview,EURASIP Series on Signal Processing and Communications, Hindawi Publishing,New York, 2005.

    . A. Catovic and Z. Sahinoglu, “The Cramer-Rao bounds of hybrid TOA/RSS and TDOA/RSS location estimation schemes,” IEEECommun. Lett., vol. 8, pp. 626–628, Oct. 2004.

    D.B. Jourdan, D. Dardari, and Moe Z.Win, ”Position Error Bound for UWB Localization in Dense Cluttered Environments”, IEEE Communication Society,  IEEEICC 2006.

    Kanaan M., Akgul, F. O., Alavi, B. and Pahlavan.,"A Study of the Effects of Reference Point Densityon TOA-Based UWB Indoor Positioning Systems" , In the 17th Annual IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2005.                                                                                                                             

     R. Verdone, D. Dardari, G. Mazzini, A. Conti ,"Wireless Sensors an Actuator Networks": Technologies, Analysis and Design, Elsevier, 2008.

     H. Zhan , Jean-Yves L. Boudec, J.Ayadi1 and John Farserotu, "Ziv-Zakai Lower Bound for Impulse Radio Ultra-WideBand Ranging Error Based on Geometry of Indoor Environments":Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique, 2007.

     EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Special Issue on Cooperative Localizationin Wireless Ad Hoc and Sensor Networks, 2008.

     D.B. Jourdan and N. Roy, ”Optimal sensor placement for Agent localization“, proceeding IEEE/ION PLANS,pages 128-139, April 2006.

     Priyatha, N. B, Balakrishnan, H., Demaine, E.,and Teller, S" Anchor-Free Distributed Localizationin Sensor Network," LCS Tech. Report #892, MIT, USA, 2005  .

     Shang, Ruml, Zhang, and Fromherz" Localization from mere connectivity In MobiHoc", 2003.


تحقیق در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, مقاله در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, پروپوزال در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, تز دکترا در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, پروژه درباره پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, گزارش سمینار در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب, رساله دکترا در مورد پایان نامه بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان یاب

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (مخابرات سیستم) چکیده بهینه­سازی جایگذاری گره­ها در محیط­های مختلف برای شبکه ­های حسگر فرا پهن­ باند مکان­یاب سیستم ­های مکان­ یاب به سیستم­هایی گفته می­شود که بتوانند مکان یک جسم را در یک فضا تشخیص دهند. اینگونه سیستم­ها معمولا با استفاده از ارتباطات رادیویی، فاصله دو جسم را تشخیص داده و بعد از چندین اندازه­­­گیری از گره­های مختلف، ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد مهندسی فناوری اطلاعات- شبکه‌ های کامپیوتری چکیده شبکه­ های مش بی­سیم، شامل مسیریاب­های مش و کلاینت­های مش هستند، که مسیریاب­های مش با کمترین تحرک، ستون فقرات شبکه مش را شکل می­دهند. مسیریاب­ها و کلاینت­ها در شبکه مش از طریق دروازه به اینترنت دسترسی پیدا می­کنند. امروزه شبکه­های مش بی­سیم، سرویس­های بی­سیم را در گستره متنوعی از کاربردها، ...

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی کامپیوتر گرایش: نرم افزار چکیده ﺍﻣﺮﻭﺯﻩ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯﺷﺒﮑﻪ­ های ﺳﻨسور ﺑﻲ­ﺳﻴﻢ (Wireless Sensor Network) ﺑﻪ ﺷﮑﻞﮔﺴﺘﺮﺩﻩ­ﺍی ﺭﻭ ﺑﻪ ااست. ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻏﺎﻟﺐ ﺍﺯ ﺑﺎﻃﺮی ﺑﺮﺍی ﺗﺎﻣﻴﻦ ﺍﻧﺮﮊی ﻣﺼﺮﻓﻲ ﺍﻳﻦ ﺳﻨﺴﻮﺭﻫﺎ ﻭ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻋﺪﻡ ﺩﺳﺘﺮﺳﻲ ﺁﺳﺎﻥ ﺑﻪ ﺳﻨﺴﻮﺭﻫﺎ ﺩﺭ ﺑﺴﻴﺎﺭی ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﮐﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎ، ﻣﻬﻨﺪﺳﺎﻥ ﻭ ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﻃﺮﺍﺣﻲ پروتکل­ ﻫﺎی ﻣﺴﻴﺮﻳﺎﺑﻲ ﺑﺎ خصوصیات انرژی مصرفی کم و افزایش طول ...

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته کامپیوتر گرایش نرم­افزار چکیده کاربرد روز افزون شبکه‌ های حسگر بی‌سیم در زندگی انسان گویای اهمیت زیاد این تکنولوژی است. محدودیت انرژی در عناصر تشکیل دهنده‎ی شبکه‌های حسگر بی‌سیم که گره‌حسگرها می‌باشند همواره به عنوان مهمترین چالش پیش روی این تکنولوژی مطرح بوده است و به همین دلیل بخش اعظم تحقیقات انجام شده در حیطه‌ی شبکه‌های حسگر ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته کامپیوتر- نرم افزار (M.Sc) چکیده کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم نسبت به شبکه های سنتی بسیار متفاوت است. بعضی از پارامترهایی که در ارزیابی کیفیت سرویس در این شبکه ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: پوشش شبکه, تعداد بهینه نودهای فعال در شبکه, طول عمر شبکه و میزان مصرف انرژی. در این پایان نامه سه مسئله اساسی شبکه ها ی حسگر بی سیم مطرح ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد گرایش الکترونیک چکیده امروزه با توجه به مزایای شبکه­های حسگر بی­سیم که همانا پیاده­­سازی ساده و ارزان، مصرف توان پایین و مقیاس­پذیری بالای آنها است، در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته­اند. طراحی شبکه­های پایدار حسگر بی­سیم یک مسئله بسیار چالش برانگیز است. انتظار می­رود حسگرها با انرژی محدود به صورت خودکار برای مدت طولانی کار کنند. این در حالی ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc) چکیده: یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره‌های حسگر است که در یکمحیط به طور گسترده پخش شده و به جمع‌آوری اطلاعات از محیط می‌پردازند.از آنجایی که گره ها از باتری تغذیه میکنند ،مساله مهمی که در شبکه های حسگرمورد توجه قرار میگیرد،بحث مصرف انرژی است.یکی از روشهایی که در این شبکه ها برای کاهش مصرف انرژی بسیار رایج است خواباندن گره ها ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد(M.Sc) چکیده شبکه حسگر بی سیم، شبکه ای است که از تعداد زیادی گره کوچک تشکیل شده است. گره از طریق حسگرها اطلاعات محیط را دریافت می‌کند. انرژی مصرفی گره‌ها معمولاً از طریق باتری تامین می‌شود که در اکثر موارد امکان جایگزینی این باتری‌ها وجود ندارد. بنابراین توان مصرفی گره‌ها موضوع مهمی در این شبکه ها است. و استفاده از روش‌های دقیق و سریع ...

پایان­نامه تحصیلی جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته: کامپیوتر گرایش نرم افزار چکیده در یک شبکه حسگر که یک سیستم توزیع شده فراگیر است، یکی از موارد مورد بحث همگام‌سازی ارتباطات است. یکی از عمده وظایف همگام‌سازی فرآیند‌ها، انحصار متقابل است. الگوریتم‌های جدید ارایه شده در مقایسه با الگوریتم‌ های قدیمی با عدالت بیشتری عمل می‌نمایند. در این پایان‌نامه یک مدل با استفاده از شبکه‌های ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد گرایش الکترونیک چکیده امروزه با توجه به مزایای شبکه ­های حسگر بی­سیم که همانا پیاده­­سازی ساده و ارزان، مصرف توان پایین و مقیاس­پذیری بالای آنها است، در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته­اند. طراحی شبکه­های پایدار حسگر بی­سیم یک مسئله بسیار چالش برانگیز است. انتظار می­رود حسگرها با انرژی محدود به صورت خودکار برای مدت طولانی کار کنند. این در حالی ...

ثبت سفارش