دانشگاه شاهرود

دانشکده مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات

گروه هوش مصنوعی

پایان نامه کارشناسی ارشد

عنوان:

ارتباط بین ربات های شبکه ای در موقعیت های جستجوی زیر آب

استاد راهنما:

دکتر علی اکبر پویان

استاد مشاور:

دکتر هدی مشایخی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه و کلیات………………………. 1

1-1- مقدمه ای بر شبکه های حسگر بیسیم زیرآب…………………….. 2

1-1-1- چالش های طراحی شبکه های حسگر بیسیم زیر آب…………………….. 3

1-2- تعاریف ، فرضیات و ضرورت مسئله……………………. 3

1-2-1- تعاریف……………………… 4

1-2-2- فرضیات تحقیق…………………….. 4

1-2-3- ضرورت تحقیق…………………….. 5

1-3- هدف و نحوه رویکرد پژوهش………………………. 7

1-4- ساختار پایان نامه……………………. 8

فصل دوم: ادبیات موضوع و بررسی پژوهش های مرتبط…………………….. 11

2-1- مقدمه……………………. 12

2-2- امواج صوتی و محدویت های آن…………………….. 12

2-3- اجزاء شبکه حسگر بیسیم زیرآب……………………. 16

2-4- معماری های ارتباطی شبکه های حسگر بیسیم زیرآب…………………….. 18

2-4-1- شبکه های حسگر زیرآبی دوبعدی ایستا برای نظارت کف اقیانوس……………… 18

2-4-2- شبکه های حسگر زیرآب سه بعدی ایستا برای نظارت ستونی اقیانوس………… 19

2-4-3- شبکه سه بعدی با استفاده از زیرآبی های خود مختار……………………. 20

2-5- کنترل توپولوژی…………………….. 21

2-6- پوشش شبکه……………………. 22

2-6-1- پوشش سراسری…………………….. 22

2-6-2- پوشش مانعی…………………….. 23

2-6-3- پوشش جاروبی…………………….. 24

2-7- اتصال شبکه……………………. 25

2-8- دستیابی همزمان به پوشش و اتصال شبکه……………………. 26

2-9- الگوریتم ژنتیک و کاربرد آن در کنترل توپولوژی…………………….. 28

2-9-1- مفاهیم اولیه در الگوریتم ژنتیک…………………….. 28

2-9-2- کاربرد الگوریتم ژنتیک در شبکه حسگر و کنترل توپولوژی…………………….. 30

فصل سوم: روش پیشنهادی…………………….. 33

3-1- مقدمه……………………. 34

3-2- کنترل توپولوژی با هدف پوشش سراسری…………………….. 34

3-2-1- ساختار کروموزوم ها ……………………35

3-2-2- تابع برازندگی…………………….. 37

3-2-3- عملگر انتخاب…………………….. 39

3-2-4- عملگر تلفیق…………………….. 41

3-2-5- عملگر جهش………………………. 42

3-2-6- تحلیلی آماری برای محاسبه میانگین درجه ی همسایگی…………… 42

3-2-7- روند کلی…………………….. 44

3-3- کنترل توپولوژی با هدف پوشش حفاظتی از یک شئ…………………….. 45

3-3-1- تابع برازندگی…………………….. 45

3-3-2- تحلیل آماری برای محاسبه میانگین درجه ی همسایگی…………………….. 46

3-4- کنترل توپولوژی با هدف حفاظت از یک ورودی…………………….. 46

3-4-1- تابع برازندگی…………………….. 47

3-4-2- تحلیل آماری برای محاسبه میانگین درجه ی همسایگی…………………….. 47

فصل چهارم: پیاده سازی و ارزیابی نتایج…………………….. 49

4-1- مقدمه……………………. 50

4-2- معرفی شبیه ساز Aqua-Sim……………………..

4-3- معرفی معیارهای بررسی کارایی سیستم…………………….. 51

4-3-1- پوشش حجمی نرمال شده……………………. 52

4-3-2- میانگین مسافت طی شده (ADT)……………………

4-3-3- میانگین درجه ی همسایگی (AND)……………………

4-3-4- زمان استقرار (DT)……………………

4-4- نتایج کنترل توپولوژی با هدف پوشش سراسری…………………….. 54

4-4-1- آزمایش اول (به دست آوردن تعداد مناسب AUVها برای حداکثرسازی پوشش سراسری)….. 54

4-4-2- آزمایش دوم (مقایسه ی استفاده و عدم استفاده از میانگین درجه همسایگی)……… 56

4-4-3- آزمایش سوم (تاثیر از کار افتادن چند AUV)……………………

4-4-4- آزمایش چهارم (تاثیر خطای مکان یابی گرهها) ……………………66

4-4-5- آزمایش پنجم (تاثیر کاهش حرکت AUVها در هر گام) ……………………69

4-4-5- آزمایش ششم (مقایسه روشهای پیشنهادی با روش قبلی)…………………… 71

4-5- نتایج کنترل توپولوژی با هدف پوشش حفاظتی از یک شئ…………………….. 73

4-5-1- آزمایش اول (به دست آوردن تعداد مناسب AUVها برای محافظت شئ)…… 73

4-5-2- آزمایش دوم (محافظت از یک شئ)…………………… 75

4-6- نتایج کنترل توپولوژی با هدف پوشش حفاظتی از یک درگاه……………………. 79

4-6-1- آزمایش اول (محافظت از یک درگاه) ……………………79

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………….. 83

5-1- نتیجه گیری…………………….. 84

5-2- پیشنهادات…………………….. 85

فهرست منابع…………………….. 86

چکیده:

در سال­های اخیر استفاده از شبکه­ ­های حسگر بی­سیم زیر آب (UWSN)[1] برای بدست آوردن اطلاعات دقیق از دریاها و اقیانوس­ها توجه بسیاری از محققان را به خود جلب نموده است. در انجام ماموریت­های زیرآبی می­توان از تیمی از زیرآبی­های خودمختار[2](AUVs) استفاده نمود. این تجهیزات مجهز به انواع حسگرها جهت جمع­آوری داده در محیط زیر آب می­باشند. با استفاده از تکنیک­های هوش مصنوعی می­توان آن­ها را هوشمند نمود تا بدون نیاز به دخالت و کنترل انسانی عملیات مورد نظر خود را انجام دهند. ماموریت اصلی شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت اهداف و کشف وقوع رویداد است. به واسطه­ی خاصیت تصادفی رویدادها و پارامترهای محیط، نقاط مورد توجه[3] در محیط، باید توسط حسگرها پوشش داده شود تا رویدادها مشاهده و گزارش داده شوند. کنترل توپولوژی مشخص­کننده­ی نحوه­ی ارتباطات حسگرها در شبکه و میزان پوشش ناحیه­ی مورد سنجش توسط حسگرها است. محیط زیر آب به صورت پویا تغییر می­کند. بنابراین در محیط­ زیرآب استفاده از رویکرد متمرکز برای کنترل توپولوژی مناسب نیست. پهنای باند ارتباطی محدود و نرخ خطای بیتی بالا در ارتباطات زیر آب می­تواند منجر به محدودیت اطلاعات کسب شده توسط آن­ها از محیط اطرافشان گردد.

در این پایان نامه، یک الگوریتم کنترل توپولوژی توزیع شده با هدف حداکثرسازی پوشش POIها توسط AUVها، در محیط سه بعدی زیر آب ارائه شده است. این الگوریتم هر AUV را توانمند می­سازد که به صورت مستقل سرعت و جهت حرکت خود را بر اساس اطلاعاتی که از همسایگانش به دست می­آورد، تعیین نماید. کنترل توپولوژی ارائه شده بر مبنای الگوریتم ژنتیک است. هر AUV بهترین حرکت بعدی را در هر گام با اجرای الگوریتم ژنتیک به صورت مستقل به دست می­آورد. در تابع برازندگی این الگوریتم، از یک تحلیل آماری برای میانگین درجه­ی همسایگی با هدف تعیین حد بالای تعداد همسایگان یک AUV استفاده شده است. نتایج این پایان نامه نشان می­دهد، با محدود کردن تعداد همسایگان AUVها در محیط، POIها به میزان بیشتری پوشش داده می­شوند. موثر بودن الگوریتم ارائه شده با معیارهای مختلفی مانند میزان پوششPOIها، زمان استقرار[4]، میانگین مسافت طی شده [5]و میانگین درجه­ی همسایگی [6]مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که الگوریتم ارائه شده در زمان کوتاهی به میزان مطلوبی از پوشش POIها در محیط می­رسد. همچنین نشان داده شده، شبکه­ی متشکل از AUVها، می­توانند به صورت پویا خود را با شرایط از دست دادن چند AUV وفق دهند و به حداکثر پوشش مطلوب POIها در محیط دست یابند. همچنین ابهام در تشخیص دقیق موقعیت AUV مانع همگرایی و پوشش مناسب در محیط نشده است و تنها نیاز است آنها مسافت بیشتری را تا رسیدن به همگرایی طی نمایند.

فصل اول: مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه ای بر شبکه های حسگر بیسیم زیر آب

شبکه­های حسگر بی­سیم زیر آب[1](UWSN)، شبکه­ای متشکل از حسگرها هستند. این حسگر­ها در محیط زیرآب به منظور جمع­آوری داده­های محیطی قرار می­گیرند و از امواج صوتی برای برقراری ارتباط استفاده می­کنند. شبکه­ی حسگر بی­سیم زیر آب جهت بررسی آلودگی­های اقیانوس­ها، بررسی مناطق محتمل برای وجود نفت و گاز، بررسی زمین لرزه­های زیرآب، بررسی وجود ماهی­ها و مراقبت بر عبور زیردریایی­ها و شناور­ها استفاده می­شود. استفاده تیمی از زیرآبی­های خودمختار­­[2](AUVs) مجهز به حسگر، برای پیدا کردن منابع و دستیابی به اطلاعات جایگاه خود را در بسیاری از کاربرد­ها یافته است [1]، [2]، [3].

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 555