3-1-2- انرژی.. 56

 

 

3-1-3- درجه پیوستگی در شبکه. 57

 

 

3-1-4- تعداد دفعاتی که سرخوشه انتخاب شده است… 58

 

 

3-2- مراحل الگوریتم.. 58

 

 

3-2-1- فاز اول.. 59

 

 

3-2-2- فاز دوم. 60

 

 

3-2-3- فاز سوم. 61

 

 

3-2-4- فاز چهارم. 62

 

 

3-3- مدل‌های حرکت… 63

 

 

3-3-1- مدل حرکتی پیاده‌روی تصادفی.. 64

 

 

3-3-2- مدل حرکتی ایستگاه تصادفی.. 66

 

 

3-3-3- مدل حرکتی امتداد تصادفی.. 67

 

 

3-3-4- مدل حرکتی جامع منطقه شبیه‌سازی.. 68

 

 

3-3-5- مدل حرکتی گام‌به‌گام. 69

 

 

3-3-6- مدل حرکتی حرکت هموار. 70

 

 

4- فصل چهارم : نتایج شبیه‌سازی.. 74

 

 

4-1- معرفی محیط شبیه‌سازی.. 74

 

 

4-2- نتایج شبیه‌سازی.. 76

 

 

4-2-1- متوسط انرژی باقی‌مانده. 77

 

 

4-2-2- واریانس انرژی باقیمانده. 77

 

 

4-2-3- سربار پیغام کنترلی.. 78

 

 

4-2-4- گره‌های حسگر فعال در شبکه. 79

 

 

4-2-5- درصد گم‌شدن(نرسیدن) پیغام‌ها 80

 

 

5- فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادهای آینده. 82

 

 

5-1- نتایج.. 82

 

 

5-2- پیشنهادها 85

 

 

6- مراجع.. 86

 

 

فهرست جداول

 

 

جدول  ‏4‑1: ویژگی‌های دستگاه کامپیوتری استفاده‌شده برای شبیه­سازی.. 74

 

 

جدول  ‏4‑2: پارامترهای اولیه تنظیم‌شده در طول شبیه­سازی.. 76

 

 

فهرست اشکال

 

 

شکل ‏2‑1: مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم.. 14

 

 

شکل ‏2‑2: نحوه عملکرد پروتکل SPIN ]17[ 21

 

 

شکل ‏2‑3: نحوه عملکرد پروتکل انتشار هدایت‌شده ]12[ 22

 

 

شکل ‏2‑4: عملکرد تجمیع اطلاعات در پروتکل انتشار هدایت‌شده ]12[ 25

 

 

 

شکل ‏2‑5: ساختار شبکه‌های سلسله مراتبی ]23[ 31

 

 

شکل ‏2‑6: ساختار پروتکل LEACH.. 35

 

 

شکل ‏2‑7: حالت‌های مختلف گره حسگر در CBHRP [40]. 40

 

 

شکل ‏2‑8: رویه تجمع و جمع‌آوری داده‌ها بر مبنای زنجیره [43]. 43

 

 

شکل ‏2‑9: ساختار الگوریتم VGA ]44[ 44

 

 

شکل ‏2‑10: دیاگرام وضعیت‌ها در GAF [46]. 46

 

 

شکل ‏2‑11: خوشه‌بندی [48]. 48

 

 

شکل ‏3‑1: مرکز جمعیت بهترین مکان برای قرار گرفتن سرخوشه[6]. 56

 

 

شکل ‏3‑2: فلوچارت الگوریتم.. 59

 

 

شکل ‏3‑3: پیغام‌دهی در فاز اول الگوریتم.. 60

 

 

شکل ‏3‑4: پیغام‌دهی در فاز دوم الگوریتم.. 61

 

 

شکل ‏3‑5: پیغام­دهی در فاز سوم الگوریتم.. 62

 

 

شکل ‏3‑6: پیغام­دهی در فاز چهارم الگوریتم.. 63

 

 

شکل ‏3‑7: مدل حرکتی پیاده‌روی تصادفی با زمان تصادفی t[52]. 65

 

 

شکل ‏3‑8: مدل پیاده‌روی تصادفی با مسافت پیمایشی d در مسیر انتخابی[52]. 65

 

 

شکل ‏3‑9: مدل حرکتی ایستگاه تصادفی[52]. 66

 

 

شکل ‏3‑10: متوسط همسایگی عامل‌ها در مدل حرکتی ایستگاه تصادفی[52]. 67

 

 

شکل ‏3‑11: مدل حرکتی امتداد تصادفی.. 68

 

 

شکل ‏3‑12: مثال از مدل حرکتی جامع منطقه شبیه­سازی.. 69

 

 

شکل ‏3‑13: اعضای خوشه و نحوه ارتباط با چاهک [5]. 72

 

 

شکل ‏3‑14: تعداد گام ارسال از گره‌ی حسگر به سرخوشه[5]. 73

 

 

شکل ‏4‑1: نمودار متوسط انرژی باقیمانده در شبکه بعد از 100 ثانیه شبیه­سازی.. 77

 

 

شکل ‏4‑2: واریانس انرژی باقیمانده در گره‌های حسگر شبکه بعد از 100 ثانیه شبیه­سازی.. 78

 

 

شکل ‏4‑3: تعداد پیغام کنترلی سربار الگوریتم بعد از 200 ثانیه شبیه­سازی.. 79

 

 

شکل ‏4‑4: تعداد گره­های فعال در شبکه بعد از 200 ثانیه شبیه­سازی.. 80

 

 

شکل ‏4‑5: درصد گم­شدن پیغام‌ها در شبکه بعد از 100ثانیه شبیه­سازی.. 81

 

 

شکل 5‑1: توزیع یکنواخت گره‌های حسگر در شبکه. 83

 

 

شکل 5-2:شکل قرار گرفتن گره­های شبکه در طول شبیه­سازی ……………………………. 82

 

 

چکیده:

 

 

شبکه­های حسگر بی­سیم مجموعه‌ای از سنسور­های حسگر بی­سیم است که در محیط به‌صورت تصادفی برای جمع­آوری اطلاعات پراکنده شده­اند. مسئله انتقال بهینه‌ی داده‌ها، یکی از موارد بسیار مهم در به‌کارگیری فناوری‌های نوینی از قبیل شبکه‌های حسگر بی‌سیم چندرسانه‌ای است. اگرچه شبکه‌های حسگر بی‌سیم چندرسانه‌ای توسعه‌یافته شبکه‌های حسگر بی‌سیم هستند، اما با توجه به ماهیت این شبکه‌ها و محدودیت ذاتی حسگرها در حوزه‌های انرژی، توان محاسباتی و ظرفیت حافظه‌ای، مسئله انتقال داده‌ها در جهت تضمین پارامترهای کیفیت خدمات، با چالش‌های فراوانی روبرو خواهد شد. مجموعه­ای از روش­های انتقال داده در شبکه‌های حسگر مبتنی بر خوشه­بندی حسگرها در شبکه هستند، که با افراز شبکه به تعدادی خوشه‌ی مجزا و مدیریت سلسله مراتبی مسئله‌ی انتقال داده‌ها سعی در ساده‌سازی این مسئله دارند.

 

 

در سالیان اخیر روش­های مختلفی برای ­ایجاد خوشه و انتخاب سر خوشه­ی مناسب و بهینه‌سازی انتقال داده‌ها از این طریق ارائه ‌شده است. موارد مختلفی در حوزه‌ی وجود دارند که می‌توانند بر کیفیت انتقال داده‌ها در شبکه تأثیرگذار باشند. یکی از این موارد انتخاب بهینه‌ی گره سرخوشه برای مدیریت هر یک از خوشه‌ها است؛ چنین گرهی علاوه بر توانایی مدیریت جریان داده‌های زیر گره‌های مجموعه‌ی خود باید دسترسی مناسبی به تمام خوشه‌ی خود و نیز  به گره چاهک داشته باشد. علاوه بر این توزیع سرخوشه‌ها باید به گونه‌ای باشد که خوشه‌هایی با حجم متناسب و تعداد کافی در شبکه را تأمین نمایند. از این گذشته، عملیات خوشه‌بندی و انتخاب سرخوشه‌ها باید در دوره‌های زمانی مناسب و با هدف جلوگیری از تحمیل حجم کاری سنگین به تعداد محدودی از گره‌ها تکرار شود.

 

 

با معرفی انواع مختلف الگوریتم‌های فرا ابتکاری، روش‌های نوینی برای حل مسئله‌های بهینه‌سازی به وجود آمده‌اند که آزمایش‌های تجربی حکایت از کارایی بسیار مناسب آنها در مسائلی از حوزه‌های مختلف علوم و مهندسی دارند. در این پایان­نامه روشی برای انتخاب سرخوشـه مناسب بر اساس الگوریتـم فرا ابتکاری کوچ پرندگان که به‌صورت توزیع‌شده در شبکه حسگر بی­سیم متحرک اجرا می‌شود، ارائه‌شده و نتایج حاصل از شبیه­سازی این الگوریتم در حالت­های مختلف حرکتی آورده شده است.

 

 

مقدمه
شبکه‌های حسگر بی‌سیم[1] از مجموعه‌ای حسگر بی‌سیم تشکیل شده است که به جهت جمع‌آوری اطلاعات در محیطی به فراخور کاربرد آنها پخش شده‌اند. به طور کلی شبکه‌های حسگر بی‌سیم جهت جمع‌آوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی‌تواند حضور داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرند [1]. در یک شبکه حسگر، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه‌برداری می‌کنند و این اطلاعات را در صورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده‌گر اصلی ارسال می‌نمایند. شبکه‌های حسگر بی‌سیم معمولاً در محیط‌های سخت که دسترسی انسان به آن مکان‌ها سخت و پرهزینه است استفاده می‌شوند. از شبکه‌های حسگر بی‌سیم در هواشناسی، کشاورزی، زلزله‌نگاری، صنایع نظامی و جنگ‌ها، ایجاد محدوده‌ی امنیتی و … استفاده می‌شود [1].