دانلود رساله ارشد پروتکل مديريت هوشمند ازدحام در شبکه های حسگر بي سيم با كاربرد پزشکي

رساله ارشد با تعداد صفحات ۱۲۴ ، با عنوان ارائه یک پروتکل مديريت هوشمند ازدحام در شبکه های حسگر بي سيم با كاربرد پزشکي با فهرست مطالب زیر قابل خرید می باشد.  این رساله در سال تحصیلی ۹۴ گرد آوری شده است.

چکيده

يک شبکه حسگر بي سيم به عنوان مجموعه ای از گره های حسگر، قادر به حس كردن پديده های فيزيکي، پردازش محلي داده های حس شده و در نهايت ارسال آن ها به ايستگاه مركزی به نام[۱]sink است. اين شبکه ها با تنوع كاربرد های خود توانايي تغيير شيوه ی زندگي را دارند. يکي از اين كاربرد ها در حوزه ی پزشکي است. در محيط های پزشکي حسگرهايي برای مراقبت از بيماران بر روی نقاط حساس بدن آن ها نصب مي شود كه علائم حياتي مانند فشار خون، ضربان قلب و غیره توسط حسگرهای بي سيم به يک مركز پزشکي   (sink) منتقل مي شوند. يکي از چالش های موجود در اين شبکه ها محدوديت باتری مي باشد، گره های حسگر باتری دارند و از اين رو محدوديت انرژی خواهند داشت.

در صورتي كه بار ترافيکي در شبکه افزايش يابد ازدحام رخ خواهد داد و در اثر ازدحام شبکه نرخ اتلاف بسته ها افزايش مي يابد، از طرفي بسته های از دست رفته بايد مجدد ارسال شوند و اين ارسال مجدد باعث افزايش اتلاف انرژی مصرفي شده و كارايي شبکه را كاهش مي دهد و همچنين روی كيفيت سرويس تاثير مي گذارد. يکي از مهم ترين روش ها در تامين كيفيت سرويس و جلوگيری از ازدحام استفاده از مکانيسم های مديريت فعال صف ([۲]AQM) مي باشد كه به كمک اين مکانيسم ها ازدحام كنترل شده و نرخ اتلاف بسته و انرژی مصرفي نودها كاهش مي يابد و در نتيجه كارايي شبکه افزايش خواهد يافت . هدف از این تحقیق ارائه یک الگوریتم مدیریت فعال صف برای تشخیص ازدحام و به دنبال آن یک پروتکل برای مدیریت ازدحام می‌باشد. پروتکل پیشنهادی از سه بخش تشخیص ازدحام، اعلام ازدحام و واحد تنظیم نرخ تشکیل شده است. در بخش تشخیص ازدحام از الگوریتم مدیریت فعال صفRED[3]) ( استفاده شده است و علاوه بر بهبود این الگوریتم، کنترل کننده PID را بر روی این الگوریتم اعمال کرده و همچنین برای محاسبه هوشمند احتمال اتلاف بسته آن را فازی کرده ایم. در واحد اعلام ازدحام از اعلام ازدحام ضمنی و در واحد تنظیم نرخ برای تنظیم نرخ ارسال هر گره حسگر از سیستم فازی استفاده کرده ایم.

کليد واژه: مدیریت ازدحام، شبکه حسگر بی سیم، مدیریت فعال صف، الگوریتم RED، منطق فازی.

فهرست مطالب

فصل ۱       مقدمه    ۲

۱-۱-    موضوع تحقیق.. ۲

۱-۲-   اهمیت و ضرورت انجام تحقیق.. ۲

۱-۳-    جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق.. ۳

۱-۴-    اهداف تحقیق.. ۴

۱-۵-    ساختار رساله. ۵

فصل ۲-     شبکه های حسگر بی سیم.. ۶

۲-۱-    مقدمه ای بر شبکه های حسگر بی سیم.. ۶

۲-۱-۱-     گره حسگر  ۶

۲-۱-۲-     شبکه حسگر بی سیم.. ۷

۲-۱-۳-     خصوصیات شبکه حسگر بی سیم.. ۸

۲-۱-۴-     چالش های شبکه حسگر بی سیم.. ۸

۲-۱-۵-     کاربردهای شبکه حسگر بی سیم.. ۹

۲-۲-    مقدمه ای بر کاربرد شبکه های حسگر بی سیم در مراقبت پزشکی.. ۱۰

۲-۲-۱-     پتانسیل های تکنولوژی.. ۱۱

۲-۲-۲-     انواع حسگرهای بکار رفته در مراقبت پزشکی.. ۱۲

۲-۲-۳-     چالش های حسگر در مراقبت پزشکی.. ۱۳

۲-۲-۴-     چندین مثال از شبکه حسگر در مراقبت پزشکی.. ۱۶

۲-۳-    پروتکل های کنترل ازدحام در شبکه های حسگر بی سیم.. ۱۷

۲-۳-۱-     مقدمه ای بر کنترل ازدحام در شبکه های حسگر بی سیم.. ۱۸

۲-۳-۲-     پروتکل های کنترل ازدحام. ۱۸

۲-۴-    پروتکل های کنترل ازدحام برای کاربردهای پزشکی.. ۲۴

۲-۴-۱-     مقدمه ای بر کنترل ازدحام در کاربرد های پزشکی.. ۲۴

۲-۵-    مدیریت فعال صف (AQM) و مدیریت ازدحام. ۳۲

۲-۵-۱-     اجزاء AQM   ۳۲

۲-۵-۲-     اهداف کلی مدیریت فعال صف… ۳۵

۲-۵-۳-     مروری بر الگوریتم‌های کنونی مدیریت فعال صف ( AQM) 36

۲-۵-۴-     الگوریتم های مبتنی بر نظریه کنترل.. ۴۴

۲-۵-۵-     کارایی AQM   ۴۷

۲-۵-۶-     الگوریتم‌های AQM  مطلوب… ۴۸

۲-۵-۷-     عوامل تأثیرگذار بر کارایی AQM… 48

۲-۵-۸-     AQM  در سیستم‌های بی‌سیم.. ۴۹

۲-۵-۹-     AQM   در وایمکس…. ۴۹

۲-۵-۱۰-   AQM   در MANETs. 50

۲-۵-۱۱-   AQM   در WPAN.. 51

۲-۵-۱۲-   AQM   در شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) 51

۲-۶-    منطق فازی در شبکه های حسگر بی سیم.. ۵۱

۲-۶-۱-     سیستم‌های فازی: ۵۲

۲-۶-۲-     مجموعه فازی.. ۵۲

۲-۶-۳-     تابع و درجه عضویت… ۵۲

۲-۶-۴-     اجزا سیستم فازی.. ۵۳

۲-۷-    سایر کارها  و سوابق مربوطه. ۵۵

۲-۸-    خلاصه فصل.. ۵۸

فصل ۳-     معرفی روش پیشنهادی.. ۵۹

۳-۱-    مقدمه    ۵۹

۳-۲-    ساختار کلی پروتکل پیشنهادی.. ۶۰

۳-۲-۱-     واحد تشخیص ازدحام. ۶۲

۳-۲-۲-     تشخیص ازدحام مبتنی بر الگوریتم PI-IRED : 68

۳-۲-۳-     تشخیص ازدحام مبتنی بر الگوریتم PD-IRED : 70

۳-۲-۴-     تشخیص ازدحام مبتنی بر الگوریتم PID-IRED و FUZZY-PID-IRED.. 71

۳-۳-    واحد اعلام ازدحام. ۷۷

۳-۴-    واحد تنظیم نرخ.. ۷۷

۳-۵-    مزایا روش پیشنهادی.. ۸۱

۳-۶-    معایب روش پیشنهادی.. ۸۱

۳-۷-    خلاصه فصل.. ۸۲

فصل ۴-     ارزیابی کارایی پروتکل مدیریت ازدحام پیشنهادی.. ۸۴

۴-۱-    مقدمه    ۸۴

۴-۲-    ارزیابی الگوریتم RED و Adaptive RED و الگوریتم‌های پیشنهادی.. ۸۹

۴-۳-    ارزیابی کارایی پروتکل پیشنهادی.. ۹۳

۴-۳-۱-     تأخیر انتها به انتها  و Jitter 94

۴-۳-۲-     اتلاف بسته  ۹۶

۴-۳-۳-     طول صف      ۹۷

۴-۳-۴-     تنظیم نرخ فرستنده‌ها ۱۰۰

فصل ۵-     نتیجه‌گیری.. ۱۰۳

۵-۱-    نتیجه‌گیری.. ۱۰۳

۵-۲-    پیشنهادهایی برای کارهای آینده ۱۰۳

 

فهرست جداول

جدول ۲-۱: انواع حسگر ]۲[ ۱۳

جدول ۲-۲: تعدادی از پروتکل های کنترل ازدحام در شبکه های حسگر بی سیم.. ۱۹

جدول ۲-۳ تشخیص دهنده های ازدحام در الگوریتم های مدیریت فعال صف]۴۵[ ۳۴

جدول ۲-۴ تابع کنترل ازدحام در الگوریتم های مدیریت فعال صف]۴۵[ ۳۴

جدول ۲-۵ مکانیسم های بازخورد در الگوریتم های مدیریت فعال صف]۴۵[ ۳۵

جدول ۲-۶ پارامترهای احتمال حذف بسته ]۴۵[ ۳۷

جدول ۲-۷: مقایسه الگوریتم های مدیریت فعال صف  ]۴۵[ ۴۷

جدول ۲-۸: مقایسه غیر فازی ساز ها ۵۴

جدول ۳-۱: پایگاه قواعد فازی.. ۷۵

جدول ۳-۲: مقایسه الگوریتم های AQM ]76[ 76

جدول ۴-۱ : پارامترهای شبیه سازی کلی.. ۸۸

جدول ۴-۲ : پارامترهای اولیه شبیه سازی الگوریتم های RED, Adaptive Red, PI-IRED, PD-IRED, PID-IRED.. 89

 

فهرست شکل ها

 

شکل ۲-۱: اجزاء گره حسگر. ۷

شکل ۲-۲: اجزاء گره حسگر. ۷

شکل ۲-۳: معماری کلی کاربردهای شبکه های حسگر در مراقبت پزشکی.. ۱۶

شکل ۲-۴: تعدادی از پروتکل های انتقال موجود در شبکه های حسگر بی سیم ]۲۰[ ۱۸

شکل ۲-۵: نحوه تنظیم نرخ در پروتکل CCF. 22

شکل ۲-۶: ساختار کلی در پروتکل PBCCP. 29

شکل ۲-۷: ساختار یک حسگر پزشکی.. ۳۱

شکل۲-۸: مولفه های AQM در کنترل ازدحام. ۳۳

شکل۲-۹: احتمال دور ریختن بسته ها در RED.. 38

شکل۲-۱۰: احتمال دور ریختن بسته ها در GRED  ]۴۵[ ۴۱

شکل۲-۱۱: AQM و TCP به عنوان یک سیستم کنترلی حلقه بسته. ۴۴

شکل۲-۱۲: شبه کد الگوریتم RED با اعمال کنترل کننده PID.. 45

شکل۲-۱۴: ساختار  واحد کنترل ازدحام. ۵۶

شکل۲-۱۳: ساختار کنترل کننده فازی   ۵۳

شکل۳-۱: ساختار  کلی پروتکل پیشنهادی.. ۶۱

شکل۳-۲: فلوچارت پروتکل پیشنهادی.. ۶۲

شکل۳-۳: شبه کد الگوریتم RED.. 63

شکل۳-۴: avgL به عنوان تابعی از wq و L. 65

شکل۳-۵: تابع علامت‌گذاری PI-IRED.. 70

شکل۳-۶: بلوک دیاگرام مکانیسم کنترل ازدحام به عنوان یک سیستم کنترل فیدبک حلقه بسته   ۷۱

شکل۳-۷: سیستم فازی Fuzzt PID IRED.. 73

شکل ۳-۸: تابع عضویت سیگنال خطا e(n)، ورودی.. ۷۴

شکل ۳-۹: تابع عضویت ختلاف خطا Δe(n)، ورودی.. ۷۶

شکل ۳-۱۰: تابع عضویت مجموع خطا Σ e(n)، ورودی.. ۷۶

شکل ۳-۱۱: تابع عضویت احتمال حذف بسته p drop،خروجی _PID_RED.. 76

شکل۳-۱۳:سیستم فازی تنظیم نرخ.. ۷۸

شکل۳-۱۴: تابع عضویت نرخ اتلاف بسته  (pl) ، ورودی.. ۷۸

شکل۳-۱۵: تابع عضویت اندازه طول صف (QL) ، ورودی.. ۷۹

شکل۳-۱۶: تابع عضویت نرخ ارسال (TR)، خروجی.. ۷۹

شکل۳-۱۷: رابطه نرخ ارسال با طول صف… ۸۰

شکل۳-۱۸: رابطه نرخ ارسال با نرخ اتلاف بسته. ۸۰

جدول ۳-۲۰: مقایسه روش پیشنهادی با برخی از پروتکل کنترل ازدحام موجود در شبکه های حسگر بی سیم با کاربرد پزشکی.. ۸۰

شکل۴-۱: ماژول ها و دنباله بسته ها ۸۵

شکل۴-۲: مدل پراسس…. ۸۵

شکل۴-۳: ساختار سلسله مر اتبي شبيه سازي OPNET. 86

شکل۴-۴: توپولوژی بکار رفته در  شبيه سازي.. ۸۷

Fuzzy-PID-IRED  ۸۹

شکل۴-۵: ارزیابی طول صف در ترافیک سبک a: الگوریتم RED، b: الگوریتم Adaptive RED و c: الگوریتم پیشنهادی.. ۹۰

شکل۴-۶: ارزیابی طول صف در ترافیک سنگین a: الگوریتم RED، b: الگوریتم Adaptive RED و c: الگوریتم پیشنهادی.. ۹۱

شکل۴-۷: احتمال حذف (اتلاف) بسته در PD-REDدر ترافیک سبک… ۹۲

شکل۴-۸: احتمال حذف (اتلاف) بسته در Adaptive RED در ترافیک سبک… ۹۲

شکل۴-۹:  احتمال حذف (اتلاف) بسته در PD-REDدر ترافیک سنگین.. ۹۲

شکل۴-۱۰:  احتمال حذف (اتلاف) بسته در Adaptive RED در ترافیک سنگین.. ۹۳

شکل۴-۱۱: تاخیر انتها به انتها ۹۴

شکل۴-۱۲: کد محاسبه jitter 95

شکل۴-۱۳: jitter 95

شکل۴-۱۴: نرخ اتلاف بسته نسبت به زمان.. ۹۶

شکل۴-۱۵: احتمال اتلاف بسته. ۹۷

شکل۴-۱۶: میانگین طول صف در نزدیک گره به sink. 98

شکل۴-۱۷: طول لحظه ای صف در نزدیکترین گره به sink در پروتکل HOCA ]33   [ ۹۹

شکل۴-۱۸: طول لحظه ای صف در نزدیکترین گره به sink در پروتکل PHTCCP ]31   [ ۹۹

شکل۴-۱۹: طول لحظه ای صف در نزدیکترین گره به sink در پروتکل OCMP ]34   [ ۹۹

شکل۴-۲۰: طول لحظه ای صف در نزدیکترین گره به sink در پروتکل LACAS  ]۲۸   [ ۱۰۰

شکل۴-۲۱: طول لحظه ای صف در نزدیکترین گره به sink در پروتکل پیشنهادی.. ۱۰۰

شکل۴-۲۲: نرخ ارسال مبدا نسبت به زمان.. ۱۰۱

 

پاسخ دهید