پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (مخابرات سیستم)
 
بهینه­سازی جایگذاری گره­ها در محیط­های مختلف برای شبکه­های حسگر فراپهن­باند مکان­یاب
 
 
استاد راهنما
دکتر علیرضا کشاورز حداد
 
اساتید مشاور
دکتر شاپور گلبهار حقیقی
دکتر عباس علی­قنبری
 
 
 
شهریور 1390
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
بهینه­سازی جایگذاری گره­ها در محیط­های مختلف برای شبکه­های حسگرفراپهن­باند مکان­یاب
 
به‌وسیله
ابوالفضل تاجمیرریاحی
 
سیستم­های مکان­یاب به سیستم­هایی گفته می­گردد که بتوانند مکان یک جسم را در یک فضا تشخیص دهند. اینگونه سیستم­ها معمولا با بهره گیری 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] تصریح نمود.
با در نظر داشتن نیاز مکان­یاب­ها با دقت بالا و همچنین مکان­یابی درون فضاهای بسته بهره گیری از این سیستم­ها را کم اهمیت کرده و سیستم­هایی با سیگنال­های دقیق­تر دارای اهمیت بیشتری گشته­اند. مانند این سیستم­ها بهره گیری از سیگنال­های فراپهن­باند می باشد 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 نمود. از مهمترین عوامل اثبات شده در دقت سیستم­های مکان­یاب محل قرارگیری گره­های مرجع می­باشد. در دهه­های اخیر اهمیت این موضوع مطالعه شده و راهکار­های مناسبی برای آن پیشنهاد شده می باشد.
 
در بعضی 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 می باشد.
اگر بتوان تابع توزیع احتمال هدف در مختصات (x,y) را معلوم فرض نمود پس می­توان از این تابع بهره گیری 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 بهره گیری نمود و به نوعی به توزیع احتمالی آن نسبت داد. پس با مطالعه بر روی تحقیقات انجام شده و استخراج معیار­ها برای مقایسه و دقت فاصله­یابی مناسب با بهره گیری از سیگنال­های فراپهن باند امید می باشد با کاهش تعداد گره­های مرجع و بهره گیری از خصوصیات رفتاری هدف در شبکه بتوان به دقت مناسب رسید. اینگونه گره­ها بایستی 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 کوشش می­گردد 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.
مانند 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 می باشد آنست که چنانچه گره مرجع سیار باشد جایگذاری مناسبی برای گره­های مرجع پیشنهاد نشده می باشد. در این پژوهش علاوه بر آنکه راهکار مناسبی برای بهینه کردن محل گره­های مرجع ارایه شده می باشد در چند محیط هم از آن بهره گیری شده و نتایج آن نظاره گردیده می باشد.
در انتها، مقایسه­ای بین توزیع گره­های مرجع به صورت تصادفی مانند سایر تحقیقات و روش پیشنهاد شده انجام گرفته و مشخص شده می باشد که می­توان با بهره گیری از این روش برای دست­یابی به دقت مطلوب از تعداد گره­ی مرجع کمتری بهره گیری نمود.
از اینرو در این متن هدف آن می باشد که بتوان با بهره گیری از سیستم­های مکان­یاب فراپهن­باند برای رسیدن به دقت دلخواه، مکان گره­های مرجع را به صورت بهینه بدست آورد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

فهرست مطالب

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
3-3- دسته­بندی الگوریتم­های مکان­یاب در شبکه­های حسگر………………………………………………………………………….16
3-4- 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- معضلات مکان­یابی براساس زمان…………………………………………………………………………………………………………..40
3-7- تکنیک­های تخمین مکان…………………………………………………………………………………………………………………………..42
3-8- فناوری­های در دسترس برای سیستم­های مکان­یاب…………………………………………………………………………………45
فصل 4: بهره گیری از فناوری فراپهن­باند برای سیستم­های مکان­یاب…………………………………………..47
 
4-1- بهره گیری از سیگنال­های فراپهن­باند برای مکان­یابی…………………………………………………………………………………..47
4-2- آشکارسازی سیگنال­های فراپهن­باند و مطالعه 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 پژوهش 73
5-5- پیاده­سازی و شبیه­سازی طرح الگوریتم بهینه­ 73
5-5-1- موضوع طرح………………………………………………………………………………………………………………………………..78
5-5-2- مطالعه 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
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
عنوان                                       صفحه
جدول1-1: کاربرد و دقت مورد بهره گیری برای انواع مکان­یابی……………………………………………………………………………..3
جدول2-1: پارامترهای مدل کانال IEEE UWB………………………………………………………………………………………….20
جدول3-1: مقایسه روش­های مکان­یابی رایج…………………………………………………………………………………………………….46
جدول4-1: مقدار بایاس و انحراف استاندارد برای پرکاربردترین موانع……………………………………………………………..54
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها
عنوان                                       صفحه
شکل1-2: توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز به­ ازای باندهای فرکانسی مختلف………………………………………….7
شکل 2-2: روش­های مدولاسیون در سیستم­های فراپهن­باند……………………………………………………………………………11
شکل3-2: روش­های مدولاسیون در سیستم­های فراپهن­باند……………………………………………………………………………..13
شکل2-4: معماری لایه­ها در شبکه­های اقتضایی……………………………………………………………………………………………….15
شکل2-5: (a) پاسخ ضربه­ی مدل کانال برای IEEE 802.15.3a CH3 محور عمودی دامنه­ی کانال می­باشد، (b) تابع خودهمبستگی پاسخ ضربه­ی کانال ……………………………………………..18
شکل3-1: بهره گیری از سه گره برای مکان­یابی…………………………………………………………………………………………………….31
شکل3-2: منحنی تغییرات دقت بر حسب فاصله در روش RSSI………………………………………………………………….32
شکل3-3: رسیدن جبهه موج به آرایه­ای از آنتن­ها…………………………………………………………………………………………..33
شکل3-4: مکان­یابی با بهره گیری از زاویه رسیدن سیگنال…………………………………………………………………………………33
شکل3-5: مینیمم انحراف استاندارد بر حسب نسبت سیگنال به نویز با بهره گیری از زمان رسیدن سیگنال با پهنای پالس متفاوت…………………………………………………………………………………………………………………………………………..34
شکل3-6: منحنی تغییرات کمینه خطای فاصله­یابی با بهره گیری از زمان رسیدن سیگنال بر حسب نسبت سیگنال……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….37
شکل 3-7: مکان­یابی با بهره گیری از تفاضل زمان رسیدن سیگنال…………………………………………………………………….38
شکل3- 8: پروفایل تاخیر زمانی کانال……………………………………………………………………………………………………………..41
شکل3-9: پروفایل تاخیر زمانی کانال در عدم وجود دید مستقیم…………………………………………………………………..42
شکل 4- 1: منحنی تغییرات باند پایین دقت مکان­یابی بر حسب نوع سیگنال­های مختلفTOA……………….48
شکل4-2 : منحنی تغییرات مینیمم دقت مکان­یابی با بهره گیری از روش TOA …………………………………………..50
شکل 4-3: تاثیر دیوار بر روی سیگنال…………………………………………………………………………………………………………….52
شکل4-4:تاثیر سیگنال بر روی دیوار……………………………………………………………………………………………………………..54
شکل4-5: سیگنال دریافتی در محل­های مختلف محیط تحت مراقبت………………………………………………………..55
شکل4-6: محیط آزمایشی تحت مراقبت……………………………………………………………………………………………………………56
شکل 4-7: تغییرات باند پایین خطا زیو- زاکای و کرامر – رور به ازای تغییرات نسبت سیگنال به نویز………….58
شکل 4-8: باند پایین خطا زیو- زاکای و کرامر – رور به ازای تغییرات نسبت سیگنال به نویز در مدل کانال مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….59
شکل 4-9: تابع توزیع چگالی با وجود بایاس با توزیع یکنواخت………………………………………………………………………..61
شکل4-10: منحنی تغییرات ضرایب اهمیت بر حسب مقادیر بایاس متفاوت……………………………………………………64
شکل 4-11: باند خطای مکانی بر حسب تغییرات مقدار بایاس…………………………………………………………………………65
شکل4-12: ساختار بسته­ی اطلاعاتی پروتکل فاصله­یاب در استاندارد IEEE.802.15.4a…………………………..66
شکل 5- 1: توزیع منظم گره­ها و توزیع نامنظم گره­ها……………………………………………………………………………………….71
شکل 5-2: تغییرات دقت بر حسب چگالی گره­های مرجع…………………………………………………………………………………72
شکل 5-3: اثر چگالی گره­های مرجع برروی دقت………………………………………………………………………………………………73
شکل5-4: چیدمان گره­های مرجع برای هدف در مرکز دایره…………………………………………………………………………….75
شکل5-5: ضرایب اهمیت متفاوت برای موانع مختلف………………………………………………………………………………………..76
شکل5-6: محاسبه ضرایب اهمیت متفاوت برای موانع مختلف………………………………………………………………………….77
شکل5-7: اثر فاصله بر باند پایین خطای مکانی…………………………………………………………………………………………………82
شکل5-8: جایگذاری گره­های مرجع در محیط ساده به صورت بهینه………………………………………………………………90
شکل5-9: جایگذاری گره­های مرجع در محیط باند شده به صورت بهینه………………………………………………………..94
شکل5-10: جایگذاری گره­های مرجع در محیط دارای مانع به صورت بهینه……………………………………………………96
شکل5-11: جایگذاری گره­های مرجع در محیط دارای چاله به صورت بهینه……………………………………………………98
شکل5-12: باند پایین خطای مکانی متوسط بر حسب تعداد گره مرجع با بهره گیری از الگوریتم بهینه (ب) و مقایسه آن با توزیع تصادفی آنها (الف)………………………………………………………………………………………………………………..99
شکل 5-13: مکان بهینه نودهای مرجع در محیط ساده با الگوریتم بر مبنای دقت……………………………………….102
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست نشانه‏های اختصاری
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد رشته برق مخابرات: تصویربرداری با امواج میلیمتری در شرایط بد جوی

AOA Angle Of Receive
CRB Cramer Rao Bound
EIRP Equivalent isotropically radiated power
GPS General Positioning System
FCC Federal Communications Commission
LOS Line Of Side
MAC Medium Access Control
MDS Multidimentional Scaling
NLOS None Line Of Side
PS Power Save
PEB Position Error Bound
RSS Received Signal Strength
SDP Semi Define Programming
SNR Signal to Noise Ratio
TDOA Time Different of Arrival
TOA Time Of Arrival
UWB Ultra-Wideand
WLAN Wireless Local area Networks
WPAN Wireless Personal Area Networks
ZZB Ziv-Zakai Bound

 

 

فصل اول:

مقدمه

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
امروزه بهره گیری از شبکه­های حسگر بسیار رایج و کاربردی شده می باشد. شبکه­های حسگر مجموعه­ای از ادوات حسگر می باشد که با چیدمان مخصوص در محیطی قرار گرفته و با کوشش در پوشش کل محیط، هدف خاصی را دنبال می­کند. هدف در شبکه­های حسگری ممکن می باشد 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 می باشد که بسیار کاربردی می باشد. با در نظر داشتن 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 می باشد.
به عنوان مثال مکان اتومبیل­ها در مناطق تحت کنترل و نظامی و مطالعه ترافیک­ها در نقاط مختلف و کنترل ناوگان مسافربری مانند کاربردهای اخیر مکان­یابی می باشد که از سیستم­های مکان­یابی GPS بهره گیری می­کند.
اما مکان­یابی اشخاص در انبارهای تجهیزات، بیمارستان­های بزرگ، مکان­های امنیتی در فضاهای داخلی با بهره گیری از سیستم­هایGPS امکان­پذیر نیست. زیرا این سیستم­ها دارای ارتباط ماهواره­ای بوده و نیاز به خط دید مستقیم با گیرنده دارند و گیرنده بایستی همزمان با چهار گره مرجع ماهواره­ای در تماس باشد. این گونه محدودیت­ها بهره گیری 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[4] هست و بهره گیری از این ماژول­ها را با بهره گیری از تغذیه باتری با مشکل روبرو می­کند. یکی از معضلات مهم دیگر این سیستم­ها، دقت نسبتا” پایین آن­ها در حدود چندین متر می باشد [1] .
در کاربردهای دقیق­تر مانند ربات­های متحرک[5]، ربات­های فوتبالیست و مکان­یابی اشخاص در فضاهای بسته امنیتی بیمارستان­های بزرگ بهره گیری از سیستم­های GPS مقدور نبوده و سیستم­های ساخته شده از شبکه­های حسگری بهره گیری می­گردد. بنا براین شبکه­های بی­سیم محلی[6] برای فضاهای داخلی بهره گیری می­گردد. اما اینگونه سیستم­ها نیز از لحاظ دقت کارآمد نیستند. در مکان­یابی­های دقیق، سیگنالینگ فراپهن­باند پیشنهاد می­گردد. در جدول زیرکاربردهای مختلف مکان­یابی با دقت­های مورد نیاز نظاره می­گردد[2] .
 

کاربرد 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 بهره گیری برای انواع مکان­یابی
همانطور که در این جدول دیده می­گردد 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 می باشد. قابلیت دیگر نفوذ و عبور از دیواره­ها و البته انتقال داده با نرخ­های بالا به دلیل پهنای باند وسیع می باشد.
[1] GPS
[2] GLONASS
[3] Galileo
[4]Anchor
[5]Mobile Robot
[6]WLAN
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :140

قیمت : 14700 تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       ****    serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

—  — —

دسته‌ها: مهندسی برق