بالاسری پیام بالایی دارد و در صورتی که حسگرها به صورت سریع حرکت کنند دچار خطا میشود.
لیو در [37] Mobi-Sync که یک روش همزمانسازی است و بطور خاص برای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب که در آن حسگرها دارای تحرک هستند را مطرح میکند که همزمانسازی را از طریق در نظر گرفتن ارتباطات فضایی بین الگوهای حرکتی حسگرهای همسایه انجام میدهد و از این نظر با روشهای قبلی متفاوت میباشد و باعث میشود که با صحت بالایی تاخیرهای انتشار پویای طولانی را تخمین بزند ولی چون از ارتباطات فضایی استفاده میکند فقط برای شبکههای متراکم قابل استفاده است.
لیو همچنین در [38] TSUM را نیز مطرح میکند که روشی همزمانسازی برای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب است که از اثر داپلر استفاده میکند و سرعت فرستنده و گیرنده را متحد63 میکند تا بتواند تخمین تاخیر انتشار پویا را بهبود بخشد، همچنین TSUM برای اینکه صحت همزمانسازی را افزایش دهد از فیلتر کالمن64 و فرایند کالیبراسیون استفاده میکند. البته باید به این نکته توجه کرد که TSUM از مدل خطی حرکتشناسی65 استفاده میکند که در عمل کارایی آن را محدود میکند.
مکانیابی و همزمانسازی به صورت همزمان
چن در [39] برای اولین بار به همزمانسازی و مکانیابی در کنار هم، در شبکههای صوتی زیرآب سهبعدی پرداخته است که برای این کار از حسگر های مرجعی که در سطح آب قرار دارند استفاده میکند و هر حسگر کنشپذیر66 در زیرآب برای این که بتواند مکان و زمان محلی خود را محاسبه کند باید بستههای همزمانی را از حداقل پنج حسگر مرجع دریافت کند و سپس از تکنیک مالتیلتریشن استفاده کند که در این روش از مالتی لتریشن اتمیک67 و مالتی لتریشن تکرار شونده68 استفاده شده است. مشکل این روش این است که تحرک حسگرهای زیرآب را در نظر نگرفته است و همچنین سرعت صوت در زیرآب را ثابت فرض کرده است در حالی که سرعت صوت زیرآب تحت شرایطی مانند شوری آب، دما، عمق و … تغییر میکند، مشکل دیگر این روش این است که اریب زمانسنجی را در همزمانسازی مد نظر قرار نداده است که این باعث تکرار همزمانسازی میشود.
لیو در [40] JSL را ارائه میدهد که همزمانسازی و مکانیابی را به صورت تلفیقی انجام میدهد به این گونه که دارای چها فاز مبادله پیام بین حسگر معمولی و حسگر های مرجع، همزمانسازی، مکانیابی و تکرار میباشد و در واقع همزمان سازی و مکانیابی در دو فاز جداگانه انجام میشوند و در فاز تکرار، خروجی مکانیابی به عنوان ورودی همزمانسازی مورد استفاده قرار میگیرد و بالعکس، این کار تا زمانی انجام میشود که مقدار تخمین زده شده برای موقعیت، اریب زمان سنجی و انحراف زمان به مقداری پایدار برسند.JSL همچنین بر خلاف تمام روشهای مکانیابی که قبلا مطرح شدهاند و فرض را بر این گذاشتهاند که انتقال امواج صوتی در زیر آب در یک خط مستقیم است، اثر لایهبندی69 را در نظر گرفته است که با تحت تاثیر قرار دادن تکنیکهای تعیین مسافت، باعث بهبود تخمین تاخیر انتشار70 و بالا بردن صحت در همزمانسازی و مکانیابی شده است. همچنین از یک روش پیگیری به نام مدل چندگانه تعاملی (IMM)71 استفاده میکند که خصوصیت تحرک را در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب در نظر گرفته است و تحرک حسگر را پیشبینی میکند و باعث افزایش صحت در مکانیابی میشود. این روش نسبت به روش مطرح شده در [39] کاملتر است و اریب زمانسنجی و تحرک را در نظر گرفته است ولی فرض کرده است که تمام حسگر های مرجع با هم همزمان هستند.
دیامنت در [41] یک الگوریتم ترتیبی برای اتصال مکانیابی و همزمانسازی تحت عنوان STSL مطرح کرده است که از یک روش دو مرحلهای استفاده میکند، به این صورت که ابتدا حسگرها با هم همزمان میشوند و سپس موقعیت مکانی حسگرها تخمین زده میشود. حسگرها در این روش این قابلیت رانیز دارند که در رابطه با صحت مکانیابی، خود را ارزیابی نمایند. STSL تحرک حسگرها را هم مدنظر قرار داده است، البته در یک بازه زمانی مشخص، حرکت حسگر نباید از یک مقدار تعیین شده بیشتر باشد. مزیتی که STSL نسبت به روشهای مطرح شده دیگر دارد این است که شرایط کاملتری را در نظر گرفته است، به این صورت که فرض میکند هیچکدام از حسگرها باهم همزمان نیستند و همچنین در طراحی خود این نکته را مدنظر قرار داده است که حسگر های مرجع هم تحرک دارند. از معایب این روش این است که سرعت صوت را ثابت فرض کرده است در حالی که سرعت صوت تحت تاثیر عمق، دما و شوری تغییر میکند. علاوه بر این فرض کرده است که امواج صوتی در یک مسیر مستقیم منتشر میشوند و دچار چندمسیرگی نمیشوند.
فصل چهارم: روش پیشنهادی
مقدمه
همانطور که قبلا نیز بیان شد امروزه شبکه های حسگر بی سیم زیرآب بسیار مورد توجه قرار گرفته است و در موارد بسیاری نظیر فاصلهیابی در زیرآب، ناوبری، نظارت بر محیط زیرآب، نظامی و اکتشافات زیرآبی بسیار مرسوم است. در همه این کاربردها زمان و مکان اتفاق یک رخداد در زیرآب بسیار حائز اهمیت میباشد، به گونهای که گرهها باید با یکدیگر هماهنگ باشند تا بتوانند دادههای جمعآوری شده را در زمان مناسب ارسال کنند و مکان اتفاق رخداد باید مشخص باشد تا در صورت انجام اعمال واکنشی به خصوص در امور نظامی، کاربران با خطا روبرو نشوند، از طرف دیگر انجام همزمانسازی و مکانیابی در کنار هم باعث افزایش چشمگیر در دقت کار و صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی خواهد شد.
تاکنون در زمینه مسیریابی و کنترل دسترسی به رسانه در زیرآب فعالیتهای بسیاری صورت گرفته است، اما همانطور که در فصل دو در قسمت پیشینه تحقیق دیده شد، تاکنون تحقیقات چندانی در رابطه با دو مبحث بسیار مهم همزمانسازی و مکانیابی در کنار یکدیگر، انجام نشده است. به همین دلیل پس از مطالعه و بررسی روشهای پیشین و پی بردن به ایرادهای هر روش، سعی شده است تا روشی ارائه گردد که با در نظر گرفتن چالشهای موجود در رسانه زیرآب، ایرادهای موجود در روشهای قبل را نداشته باشد و بتواند حسگرها را همزمان کرده و درعین حال موقیت حسگر را با میزان خطای بسیار پایین تخمین بزند.
روش پیشنهادی برای انجام همزمانسازی و مکانیابی توامان
روشی که دراین قسمت ارائه میشود شامل پنج فاز مکانیابی اولیه با استفاده از تکنیک TOA، تدریجی کردن 72حرکات حسگرها، تخمین اریب زمانسنجی وانحراف ، جبران اثر لایهبندی73و مکانیابی همراه با پالایش تکرار میباشد که در شکل 4-1 نشان داده شده است. هدف از چهار فاز اول، به دست آوردن تخمین تاخیر انتشار Tpdi برای هر iϵN ( N تعداد کل بستههای مبادله شده میباشد) میباشد که برای انجام این کار از مبادلات بسته به صورت دو طرفه استفاده میشود اما به دلیل حرکت دائمی حسگرها تاخیر انتشار Tpdi برای i ϵ Nr (تاخیر انتشار ارسال بسته از حسگر مرجع به حسگر معمولی) و تاخیر انتشار Tpdj برای jϵNs (تاخیر انتشار ارسال بسته از حسگر معمولی به حسگر مرجع) ممکن است که با هم برابر نباشند، بسیاری از الگوریتمهای همزمانسازی برای رفع این مشکل فرض کردهاند که حسگر دریافت کننده به محض دریافت بسته، پاسخ میدهد و حرکت در فاصله زمانی ارسال و دریافت، محدود میشود [42]. در این پایاننامه برای رفع این مشکل از روش تدریجی کردن که توسط دیامنت در [41] مطرح شده است، استفاده میشود.
علاوه بر این، الگوریتم مطرح شده، اجازه میدهد تا مکانیابی به آسانی به عنوان قسمتی از عملکرد یک شبکه ارتباطی انجام شود. به طور خاصتر در این روش برای انجام مکانیابی، از مبادله پیام به صورت دورهای، بین حسگر های شبکه استفاده میشود. این خصیصه باعث میشود روش پیشنهاد شده انعطافپذیری بیشتری داشته باشد و بالاسری74 کمتری در ارتباطات ایجاد کند. در ادامه تنظیمات سیستم و فرضیههای در نظر گرفته شده در پایاننامه بیان میشوند.
نمودار گردش کار75 الگوریتم پیشنهاد شده
4- 2- 1- تنظیمات سیستم و فرضیات
تنظیمات انجام شده برای پیادهسازی به این صورت میباشد که یک و یا چند حسگر معمولی به طور مستقیم با L ≥ 1 حسگر مرجع ارتباط برقرار میکنند. حسگر های مرجع و حسگر های معمولی – حسگر هایی که مکانیابی و همزمانسازی نشدهاند- در یک شبکه حسگر بی سیم زیرآب زمانبندی شده76 مانند TDMA، عمل میکنند به این صورت که هر حسگر عمل ارسال بسته را در آغاز مقطع زمانی77 ایجاد شده، انجام میدهد و از آنجایی که هر حسگر فرایند مکانیابی را مستقل از سایر حسگر ها انجام میدهد در ادامه مکانیابی مربوط به یک حسگر معمولی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
برای هر حسگر معمولی موقعیت مکانی دو بعدی تخمین زده خواهد شد که به صورت jN=[jNX, jNY]T بعد از یک پنجره مکانیابی از پیش تعیین شده که به مدت زمان W مقطع زمانی میباشد و از زمان محلی حسگر معمولی به مقدار0 tO= شروع میشود، نشان داده میشود. فرض میکنیم که حسگر ها همزمان نیستند. زمان محلی حسگر معمولی را با tO و زمان محلی حسگر مرجع را با tl نشان میدهیم و Sl و Ol به ترتیب اریب زمانسنجی و انحراف حسگر معمولی در ارتباط با l مین حسگر مرجع میباشند که l = 1, 2, 3, …, L و در طول پنجره مکانیابی ثابت هستند، بنابراین داریم:
tO = tl . Sl + Ol
N نیزبه تعدادکل بستههای مبادله شده بین حسگر معمولی و L حسگر مرجع در مدت زمان W پنجره مکانیابی اطلاق میشود و Nr تعداد بستههایی است که از طرف حسگر های مرجع به حسگر معمولی ارسال میشود و Ns تعداد بستههایی میباشد که حسگر معمولی ارسال میکند، به گونهای که (Nr U Ns = N)، li نیز اندیس حسگر مرجعیست که iمین بسته را ارسال و یا دریافت کرده است و Ti و Ri به ترتیب زمان محلی ارسال و دریافت این بسته هستند. همچنین Tpdi تاخیر انتشار مربوط به بسته i برحسب ساعت محلی حسگر مرجع li میباشد. (قابل توجه است که تاخیر انتشار مربوط به بسته i بر حسب ساعت حسگر معمولی، برابر است با Tpdi . Sl i).
برای مکانیابی از مبادله بسته به صورت دوطرفه بین حسگر های مرجع و حسگر معمولی استفاده میشود. به این صورت که بسته ϵ Nr i در زمان محلی Ti ارسال و در زمان محلی Ti + Tpdi + γi (γi خطای اندازهگیری تاخیر انتشار است که برای سادهسازی محاسبات ریاضی و پیاده سازی یک الگوریتم عملی یک متغیر تصادفی گوسی با توزیع برابر و مستقل(i.i.d 78) با معدل صفر و واریانس 2σ در نظر گرفته شده است) مربوط به حسگر مرجع li ، توسط حسگر معمولی دریافت میشود و از طرف دیگر بسته ϵ Ns i توسط حسگر مرجع li در زمان محلی Ri + γi دریافت و در زمان محلی Ri + γi – Tpdi مربوط به حسگر مرجع، توسط حسگر معمولی ارسال میشود. با توجه به این توضیحات میتوان معادلات زیر را نتیجه گرفت.
Ri = Sl i (Ti + Tpdi + γi) + Ol i i ϵ Nr
Ti = Sl i (Ri + γi – Tpdi) + Ol i i ϵ Ns
برای حالتی که تمام حسگر ها به واسطه توان خود و یا توسط جریان آب، دائما در حال حرکت هستند، فرض میشود که حسگر معمولی از یک سیستم اینرسی79 برای تخمین جهت خود استفاده میکند. این سیستم اینترسی، N موقعیت80 به صورت j˜N = [j˜XN , j˜YN]T در زمان ارسال (i ϵ Ns) ویا دریافت (i ϵ Nr) i مین بسته، برای مکانهای81 ji مربوط به حسگر معمولی، تخمین میزند. این مکانها به یک دنباله از بردارهای حرکت به صورت= [d˜ i,iʹ , ѱ˜ i,iʹ]T i,iʹω ترجمه میشوند که d˜ i,iʹ و ѱ˜ i,iʹ به ترتیب، مسافت و زاویه بین موقعیتهای تخمینزده شده j˜i و j˜iʹ میباشند. عناصر مربوط به یک

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه با موضوع(CH),، (Cq),، (2CH),

Written by 

دیدگاهتان را بنویسید