مقدمه:

WSN ها مجموعه‌ای از گره‌های محاسباتی نسبتاً ارزان با اندازه فشرده هستند که شرایط محیطی محلی یا دیگر پارامترها را سنجیده و این اطلاعات را به منظور پردازش مناسب به نقاط مرکزی ارسال می‌نمایند. گره‌های WSN (WNها) قادر به حس کردن محیط، ارتباط با گره‌های مجاور و در بیشتر موارد قادر به انجام محاسبات پایه بر روی داده‌های جمع‌آوری شده می‌باشند.

تقسیم بندی شبکه های حسگر بی سیم

•شبکه‌های بی‌سیم دسته اول (C1WSN):

سیستم‌های مبتنی بر شبکه تقریباً ثابت که از مسیریابی داینامیک هم در بخش‌های بی‌سیم و هم سیم‌دار شبکه بهره می‌گیرند. سیستم‌های نظامی معمولاً به این دسته تعلق دارند.

•شبکه‌های بی‌سیم دسته دوم (C2WSN):

سیستم‌های نقطه به نقطه (ستاره‌ای) که از مسیریابی استاتیک بر روی شبکه‌های بی‌سیم بهره می‌گیرد. عموماً تنها یک مسیر از WNها به گره انتقالی وجود دارد (WNها گره‌های وابسته هستند) سیستم‌های کنترل اقامتی یا محلی معمولاً به این دسته تعلق دارند.

ویژگی هایC1WSN

.1گره‌های حسگر قادرند از ارتباطات به نیابت از دیگر گره‌های حسگر پشتیبانی کنند، یعنی بعنوان تکرارکننده عمل نمایند.

.2گره انتقالی از مسیریابی داینامیک پشتیبانی کرده و به لحاظ فیزیکی و منطقی، بیش از یک لینک فیزیکی به مابقی شبکه موجود می‌باشد.

و.........

دستیابی به کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی

فهرست مطالب:

چکیده 8

1- مقدمه 9

1-1- شبکه های حسگر بی سیم. 9

1-1-1- مسائل مطرح در شبکه های حسگر بی سیم. 12

1-1-2- پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم. 14

1-1-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم. 15

1-1-4- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر. 16

1-2- کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم. 17

1-2-1- کیفیت سرویس در شبکه های داده ای سنتی.. 19

1-2-2- کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم. 21

1-3- آتوماتای یادگیر. 24

1-3-1- آتوماتای یادگیر. 26

1-3-2- معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر. 29

1-3-3- الگوریتمهای یادگیری.. 30

1-3-4- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر. 34

1-4- آتوماتای یادگیر سلولی.. 35

1-4-1- آتوماتای سلولی 35

1-4-2- آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 39

1-5- اهداف پایان نامه و ساختار آن. 42

2- پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی 44

2-1- مقدمه 44

2-1-1- اشکال مختلف طراحی.. 45

2-2- دسته بندی مسائل پوشش در شبکه های حسگر. 46

2-2-1- پوشش ناحیه ای 47

2-2-2- پوشش نقطه ای 50

2-2-3- پوشش مرزی 51

2-3- روش پوشش CCP. 53

2-3-1- فرضیات مسئله 53

2-3-2- تشریح روش 53

2-4- حل مسئله پوشش(k-پوششی ) با استفاده از آتوماتاهای یادگیر. 55

2-4-1- فرضیات و مدل مسئله. 57

2-4-2- روش تشخیص افزونه بودن نود حسگر. 58

2-4-3- شبیه سازی 68

2-5- جمع بندی 75

3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی 76

3-1- مقدمه 76

3-2- کارهای انجام شده 80

3-2-1- پروتکل خوشه بندی LEACH.. 81

3-2-2- پروتکل خوشه بندی HEED.. 84

3-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر. 89

3-3-1- روش خوشه بندی پیشنهادی.. 90

3-3-2- شبیه سازی 98

3-4- جمع بندی 103

4- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی 104

4-1- مقدمه 104

4-2- کارهای انجام گرفته. 105

4-3- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از اتوماتاهای یادگیر. 108

4-3-1- بیان مسئله و مفروضات آن. 109

4-3-2- تشریح روش پیشنهادی.. 111

4-4- شبیه سازی 115

4-4-1- ازمایش اول 118

4-4-2- ازمایش دوم 118

4-5- جمع بندی 119

5- نتیجه گیری.. 120

6- پیوست الف: شبکه های حسگر بی سیم. 121

6-1- تاریخچه شبکه های حسگر. 121

6-2- ساختار هر گره حسگر. 122

6-2-1- اجزاء درونی یک گره حسگر. 122

6-2-2- محدودیتهای سخت افزاری یک گره حسگر. 124

6-3- پشته پروتکلی 125

6-4- مزایای شبکه های حسگر بیسیم. 126

6-5- کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم. 128

7- پیوست ب:آتوماتای یادگیرسلولی.. 132

7-1- تاریخچه آتوماتای یادگیر. 132

7-2- معیار‌های رفتار اتوماتای یادگیر. 133

7-3- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر. 135

7-4- آتوماتای یادگیر تعقیبی.. 136

7-5- آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 145

7-6- آتوماتای یادگیر سلولی باز(OCLA) 148

7-7- آتوماتای یادگیر سلولی ناهمگام (ACLA) 149

8- پیوست ج: شرح نرم افزار jsim و پیاده سازی الگوریتمهای پیشنهادی با آن 151

8-1- مقدمه 151

8-2- شبیه ساز jsim 152

8-3- پیاده سازی الگوریتم خوشه بندی پیشنهادی.. 153

8-4- پیاده سازی الگوریتم پوشش پیشنهادی.. 175

مراجع. 180

فهرست شکلها:

شکل ‏3‑1) یک مدل ساده از QoS. 18

شکل ‏2‑1) اتوماتای یادگیر تصادفی.. 28

شکل ‏2‑9) (الف) همسایگی مور – (ب) همسایگی ون نیومن برای اتوماتای سلولی.. 37

شکل ‏2‑10) قانون 54. 42

شکل ‏4‑1) پوشش ناحیه ای.. 48

شکل ‏4‑2)پوشش نقطه ای.. 51

شکل ‏4‑3) پوشش مرزی.. 52

شکل ‏4‑4) نود حسگر موقعیت خود و همسایگانش را می داند. 59

شکل ‏4‑5) مربع گریدی دربرگیرنده دیسک حسگری نود حسگر. 59

شکل ‏4‑7) تعدادی از نقاط مربع گریدی افزونه بوده و درون دیسک حسگری قرار نمی گیرند. 61

شکل ‏4‑8) انتخاب شکل گرید به صورت شعاعی و بر روی دوایر متحدالمرکز. 61

شکل ‏4‑9) محاسبه مکان نقاط گرید بر روی دیسک حسگری با تغییر زاویه و شعاع. 62

شکل ‏4‑10) انتخاب نقاط گرید با فواصل یکسان و بدون افزونگی.. 62

شکل ‏4‑11) ترتیب بررسی نقاط گرید در یک مثال نمونه با f =3. 63

شکل ‏4‑12) تعیین اندازه گرید به صورت مناسب... 65

شکل ‏5‑1) ارتباطات تک گامی و چندگامی بدون خوشه بندی.. 77

شکل ‏5‑2)ارتباطات تک گامی و چندگامی با استفاده از خوشه بندی.. 78

شکل ‏5‑3) شبه کد الگوریتم HEED.. 89

شکل ‏2‑2) پارامترهای الگوریتم تعقیبی پیوسته CP_RP 138

شکل ‏2‑3) الگوریتم تعقیبی پیوسته CP_RP 139

شکل ‏2‑4) پارامترهای الگوریتم تعقیبی گسسته DP_RI 140

شکل ‏2‑5) الگوریتم تعقیبی گسسته DP_RI 141

شکل ‏2‑6) پارامترهای الگوریتم تعقیبی پیوسته CP_RI 142

شکل ‏2‑7) الگوریتم تعقیبی پیوسته CP_RI 143

شکل ‏2‑8) الگوریتم تعقیبی گسسته DP_RP 144

شکل ‏2‑10) قانون 54. 148

شکل ‏2‑11) اتصال یک سلول نوعی با انواع محیطها و OCLA.. 148

چکیده:

یک شبکه حسگر بی سیم از تعداد زیادی از نودهای حسگر در یک ناحیه خاص تشکیل شده است که هر یک از آنها توانایی جمع آوری اطلاعات ازمحیط را دارا می باشد و داده های جمع آوری شده را به نود سینک ارسال می کند. هر چند که به طور کلی راجع به شبکه های حسگر بی سیم تحقیقات زیادی صورت گرفته است، در مورد کیفیت سرویس در این شبکه ها هنوز به اندازه کافی کار نشده است. کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم نسبت به شبکه های سنتی بسیار متفاوت است. از آنجایی که زمینه کاربرد این شبکه ها بسیار وسیع می باشد، پارامترهای کیفیت سرویس درآنها متفاوت است. بعضی از پارامترهایی که در ارزیابی کیفیت سرویس مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: پوشش شبکه, تعداد بهینه نودهای فعال در شبکه, طول عمر شبکه و میزان مصرف انرژی.

تکنیکی که ما جهت بهبود پارامترهای کیفیت سرویس در شبکه ها ی حسگر مورد استفاده قرار داده ایم, روش هوشمند اتوماتاهای یادگیر سلولی(CLA) می باشد. اتوماتای یادگیر سلولی یک رهیافت مکاشفه‌ای برای حل مسایل بهینه‌سازی پیچیده می‌باشد که بررسی‌های اخیر برروی آن، کارایی مناسب آن را به عنوان تکنیکی برای حل این‌گونه مسائل نشان داده است.

در این پروژه تعدادی از مسائل اساسی شبکه ها ی حسگر بی سیم مطرح گردیده و با هدف بهبود پارامترهای کیفیت سرویس این مسائل با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی حل گردیده اند.

ابتدا مسئله پوشش محیط در شبکه های حسگر را با استفاده از غیر فعال نمودن نودهای غیر ضروری و فعال نگه داشتن بهینه نودها حل می گردد. تا در مصرف انرژی صرفه جویی به عمل آمده و عمر شبکه افزایش یابد و بدین ترتیب به چند پارامتر کیفیت سرویس در شبکه های حسگر به طور همزمان توجه می گردد. سپس به مسئله خوشه بندی در شبکه حسگر پرداخته شده و با استفاده از آتوماتاهای یادگیر, شبکه های حسگر به گونه ای خوشه بندی می شوند که انرژی به صورت یکنواخت در شبکه بمصرف رسیده وعمر شبکه افزایش یابد. بنابراین در این روش خوشه بندی معیارهای کیفیت سرویس انرژی و طول عمر شبکه مد نظر قرار می گیرند. و بعد از ان با استفاده از آتوماتاهای یادگیر یک روش تجمیع داده های محیط حسگری پیشنهاد می گردد که در مصرف انرژی شبکه صرفه جویی به عمل آورده و عمر شبکه را افزایش می دهد ولذا به معیارهای انرژی شبکه, طول عمر و تعداد نودهای فعال توجه می گردد.

بررسی شبکه های بی سیم

نیاز روز افزون به پویایی کارها ، استفاده از تجهیزاتی مانند تلفن همراه ، پیجرها و ...بواسطه وجود شبکه های بی سیم امکان پذیر شده است .

اگر کاربر یا شرکت یا برنامه کاربردی خواهان آن باشد که داده و اطلاعات مورد نیاز خود را به صورت متحرک در هر لحظه در اختیار داشته باشند ، شبکه های بی سیم جواب مناسبی برای آنها است.اخیرا شبکه های محلی بیسیم به عنوان جایگزین و یا مکمل شبکه های معمولی دارای سیم مطرح شده اند. به دلیل عدم نیاز به سیم واتصالات برای برقراری ارتباط, این شبکه ها آزادی تحرک بیشتری ایجاد می کنند , ساده تر و مطمئن تر هستند و از همه مهمتر ارزانتر تمام می شوند. شبکه محلی بی سیم حتی می تواند جایگزین شبکه تلفن داخلی ,البته با امکانات بسیار بالاتر شود. علاوه بر این نصب و نگهداری آنها آسان ,ساده و سریع است, تقریبا هر محل کاری که بیش از یک نفر در آن مشغول به کار است , دارای یک شبکه محلی است.شبکه های محلی برای منظورهای مختلفی بکار گرفته می شوند, ازجمله دسترسی به اطلاعات اداری مشترک , استفاده مشترک از نرم افزارها و پرینترها و اتصال به اینترنت. اتصال به شبکه های محلی تاکنون از طریق سیم شبکه صورت می گرفته است. سیمی که باید از محل کامپیوتر شما تا مرکز اتصال کلیه سیم های شبکه به یکدیگر (hub) بر روی دیوارها , سقف ها واز داخل کانال هاامتداد می یافته است. طبیعتا هر کامپیوتر برای اتصال به شبکه محلی باید نزدیک به یک پریز شبکه باشد.البته با پیشرفت هایی که اخیرا در تکنولوژی ارتباطات بی سیم حاصل شده است ,دیگر احتیاجی به سیم و پریز نیست.

علاقه مند شده اید؟پس ادامه دهید.

فهرست:

عنوان صفحه

مقدمه .......................................... 1

فصل اول

بررسی اجمالی شبکه های بی سیم و کابلی

1-تشریح مقدماتی شبکه های بی سیم و کابلی 3

2- عوامل قابل مقایسه شبکه های بی سیم و کابلی ... 3

3- جدول مقایسه ای بین شبکه های بی سیم و کابلی .. 5

4- انواع شبکه های بی سیم ..................... 6

فصل دوم

امنیت در شبکه های بی سیم

1-سه روش امنیتی ................................ 9

2- انواع استاندارد11 ,802 ...................... 9

3- معماری شبکه های محلی بی سیم ................ 13

1-3 همبندی های 11 ,802 ......................... 13

2-3 خدمات ایستگاهی ............................ 15

3-3 خدمات توزیع ............................... 16

4-3 دسترسی به رسانه ........................... 17

5-3 لایه فیزیکی ................................ 18

6-3 استفاده مجدد از فرکانس .................... 23

7-3 آنتن ها ................................... 23

4-استاندارد b 11 ,802 .......................... 24

1-4 اثرات فاصله ............................... 25

2-4 پل بین شبکه ای ............................ 26

3-4 پدیده چند مسیری ........................... 26

5- استاندارد a11 ,802 .......................... 26

1-5 افزایش پهنای باند.......................... 28

2-5 طیف فرکانسی تمیزتر......................... 29

3-5 کانال‌های غیرپوشا........................... 29

6- همکاری Wi-Fi................................. 29

7-استاندارد بعدی IEEE 802.11g.................... 30

فصل سوم

بررسی شبکه Bluetooth

1-Bluetooth .......................................................................................................... 34

1-1 غولهای فناوری پیشقدم شده اند............... 35

2-1 چگونگی ایجاد بلوتوث وانتخاب نام برای این کنولوژی 35

2- نگاه فنی به بلوتوث.......................... 37

3- باند رادیویی................................ 37

4- جهشهای فرکانسی.............................. 38

5- تخصیص کانال................................. 38

6- ساختمان توپولوژی توزیع شده شبکه های محلی شخصی بلوتوث 43

7- پیکربندی.................................... 45

8- کاربردهای بلوتوث............................ 46

9- پشته پروتکلی بلوتوث......................... 49

10- لایه رادیویی در بلوتوث...................... 50

11- لایه باند پایه در بلوتوث.................... 51

12- لایه L2CAP در بلوتوث........................ 52

13- ساختار فریم در بلوتوث...................... 53

14- امنیت بلوتوث........................ 54

15- سرویسهای امنیتی بلوتوث..................... 55

16-ویژگی امنیت به عنوان یکی از مشخصه های بلوتوث 55

فصل چهارم

Bluetooth و سایر فن آوریهای بی سیم

مقدمه.......................................... 57

1- سایر فن آوری های بی سیم..................... 58

2- مقایسه ارتباطات بی سیم Bluetooth و IrDA....... 58

3- مقایسه ارتباطات بی سیم Home RF و Bluetooth... 60

4- فن آوری WPAN بطور خلاصه..................... 61

فصل پنجم

زبانهای برنامه نویسی Markup بی سیم

1- Compact HTMAL............................... 63

2-آینده Basic XHTMAL .......................... 64

3- ویرایشگرهائی برای ایجاد مضامین I-mode........ 64

4-ویرایشگرهای متن ساده......................... 64

5- ویرایشگرهای کد ............................. 65

فصل ششم

کاربردهای آینده برای فن آوری بی سیم Bluetooth

1- حوزه های کاربردی آینده...................... 68

2- خرده فروشی و e-Commerce موبایل............... 68

3- پزشکی....................................... 68

4- مسافرت...................................... 69

5-شبکه سازی خانگی....................... 70

فصل هفتم

PAN چیست؟

1-شبکه محلی شخصی و ارتباط آن با بدن انسان...... 74

2- PAN چگونه کار می کند؟................ 75

3-تکنولوژی بی سیم بلوتوث وشبکه های محلی شخصی در خانه ودر جاده 76

4- لایه های پروتکل معماری بلوتوث.................. 78

5- PAN تغییرات اتصالات در آینده................. 82

6- بلوتوث یک تواناساز برای شبکه های محلی شخصی.. 83

1-6- مقدمه .................................... 83

2-6- AD HOCیک انشعاب شبکه ای.................. 83

3-6- شبکه سازی بلوتوث ......................... 84

4-6- معماری تابعی برای زمانبندی اسکترنت........ 90

فصل هشتم

Wireless Network Security

80211, Bluetooth and Handeld Devices