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
تعداد مشاهده: 3411 مشاهده
فرمت فایل دانلودی:.docx
فرمت فایل اصلی: docx
تعداد صفحات: 121
حجم فایل:1,020 کیلوبایت