چکیده.1
فصل اول: مقدمه 2
1-1 مقدمه 3
1-2 هدف پایان نامه 4
1-3 ساختار پایان ­نامه 4
فصل دوم : معرفی شبکه ­های حسگر بی­سیم 5
2-2 کاربرد های شبکه حسگر بی­سیم 6
2-2-1 مانیتورینگ محیطی 6
2-2-2 کاربردهای نظامی 7
2-2-3 کاربردهای بهداشتی 8
2-2-4 کنترل فرایند صنعتی 8
2-2-5 نظارت و امنیت 9
2-2-6 هوشمندی خانه 9
2-3 دسته بندی شبکه‌های حسگر بی­سیم 9
2-4 معماری شبکه های حسگر بی­سیم 12
2-4-1 واحد حسگر 12
2-4-2 واحد پردازشگر 12
2-4-3 واحد ارتباطات 13
2-4-4 واحد توان 13
2-5 معماری‌های شبکه 13
2-5-1 معماری تخت 14
2-5-2 معماری سلسله مراتبی 15
2-6 اهداف طراحی شبکه 16
2-7 چالش های طراحی شبکه 18
فصل سوم: مروری بر روش های پیشین 20
3-1 انتشار داده­ ها 21
3-1-1روش همه پخشی 21
3-1-2روش شایعه پراکنی 22
3-1-3روش SPIN : 23
3-1-3-1 پیغام‌هایSPIN : 24
3-1-3-2SPIN : یک روش دست تکانی سه مرحله‌ای 24
3-1-4 روش پخش مستیقم 25
3-1-5 پرس و جو تودرتو 26
3-1-6 مقایسه روش انتشار مستقیم باروش SPIN: 27
3-1-7 روش مسیر یابی جغرافیایی (GEAR) : 28
3-1-8 روش انتشار بیرون دهنده 29
3-1-9روش انتشار جذب یک مرحله‌ای 30
3-1-10 روش خوشه­بندی 31
3-2 خوشه­بندی گره­ها 32
3-2-1 معماری‌های شبکه حسگر بی­سیم 32
3-2-1-1 شبکه‌های حسگرهمگون 32
3-2-1-2شبکه‌های حسگر نا همگون 33
3-2-1-3شبکه‌های حسگر ترکیبی 33
3-3ساختارهای خوشه بندی نودها 34
3-3-1 چیدمان نودها با استقرار منظم 36
3-3-2 چیدمان نودها با توزیع تصادفی 36

3-4 مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم 36
3-5 اتصال داده 37
3-5-1 دستیابی چند گانه مبتنی بر تقسیم بندی زمانی TDMA 38
3-5-2 دستیابی چند گانه مبتنی بر تشخیص حامل CSMA 38
3-6 لایه شبکه 38
3-7 سیستم­های فازی در شبکه ­های حسگر بی­سیم 39
3-7-1 مروری بر منطق فازی 39
3-7-1-1 مجموعه­های فازی 40
3-7-1-2 توابع عضویت 41
3-7-1-3 عملگرهای فازی 41
3-7-1-4 قوانین اگر- آنگاه 42
3-7-1-5 سیستم­های استنتاج فازی 42
3-8 الگوریتم LEACH 43
3-8-1 فاز راه انداز 44
3-8-2 فاز حالت پایدار 44
3-9 الگوریتم CHEF 44
3-9-1 انتخاب سرخوشه با بهره گرفتن از منطق فازی 45
3-10 کارهای مرتبط در زمینه تحرک ایستگاه پایه 46
3-11 مروری بر الگوریتم اجتماع ذرات 48
3-11-1 الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات 49
3-11-2 عملکرد کلی الگوریتم ذرات 50
3-11-3 محاسبه سرعت هر ذره 50
3-11-4 ضرایب شتاب و اعداد تصادفی 51
3-11-5 انتخاب سرعت ماکزیمم 51

3-11-6 انتخاب اینرسی وزنی 51
فصل چهارم: روش پیشنهادی 53
4-1 شرح مشکل 54
4-2 روش پیشنهادی 54
4-2-1 انتخاب سرخوشه 51
4-2-2 پارامترهای سیستم فازی دوسطحی 56
4-2-3 قوانین فازی 57
4-2-4 تعیین مقدار شانس سرخوش 59
4-2-4-1 گام اول: فازی­سازی 59
4-2-4-2 گام دوم: ارزیابی قوانین 61
4-2-4-3 گام سوم: تجمیع خروجی­ها 62
4-2-4-4 گام چهارم: غیرفازی­سازی 62
4-2-5 مدیریت حرکت ایستگاه پایه 63
فصل پنجم: نتایج شبیه­سازی 64
5-1 محیط شبیه­سازی و پارامترهای مورد استفاده 65
5-1-1 مدل شبکه 65
5-1-2 مدل مصرف انرژی 65
5-2 معیارهای ارزیابی 67
5-3 نتایج شبیه­سازی 68
5-4 نتیجه­گیری 76
5-5 پیشنهادات 76
منابع و مآخذ 77
چکیده انگلیسی


فهرست جداول
عنوان شماره صفحه

جدول 3-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب سرخوشه45
جدول4-1- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح اول).57
جدول4-2- جدول قوانین فازی مورد استفاده برای انتخاب اولویت سرخوشه (سطح دوم) .58
جدول5-1- پارامترهای مورد استفاده67
جدول5-2- طول عمر شبکه با ایستگاه پایه ثابت.68
جدول5-3- طول عمرشبکه 100*100 CHEF70
جدول5-4- طول عمرشبکه 100*100 LEACH 71
جدول5-5- طول عمر شبکه 60*60 الگوریتم اجتماع ذرات75












فهرست نمودارها
عنوان شماره صفحه

نمودار5-1- مقایسه طول عمر شبکه در مسیرهای مختلف69
نمودار5-2- زمان مرگ اولین گره 69
نمودار 5-3- مقایسه طول عمر سینک متحرک و ثابت 70
نمودار 5-4- زمان مرگ اولین گره 71
نمودار 5-5- مقایسه مسیرهای مختلف از نظر طول عمر شبکه 72
نمودار 5-6- زمان تمام شدن انرژی اولین گره 72
نمودار 5-7- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه CHEF 73
نمودار 5-8- مقایسه سینک ثابت و متحرک در سایزهای مختلف شبکه LEACH 73
نمودار 5-9- انرژی باقیمانده کل شبکه 74
نمودار 5-10- استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات 75

فهرست اشکال
عنوان شماره صفحه

شکل2-1- ساختار گره حسگر 12
شکل2-2- معماری شبکه حسگر 13
شکل2-3- معماری شبکه تک پرشه 14
شکل2-4- معماری شبکه تخت 14
شکل2-5- معماری خوشه­بندی تک پرشه 15
شکل2-6- معماری خوشه­بندی چندپرشه 16
شکل2-7- معماری خوشه­بندی چند لایه 16
شکل3-1- پدیده تصادم 21
شکل3-2- پدیده همپوشانی 22
شکل3-3- شایعه پراکنی 22
شکل3-4- الگوریتم دست­تکانی 25
شکل3-5- توپولوژی شبکه : الف)توپولوژی تخت و ب) توپولوژی سلسله مراتبی 32
شکل3-6- توپولوژی شبکه حسگر ناهمگون 34
شکل 3-7- توپولوژی شبکه حسگر ترکیبی 34
شکل3-8- ساختار خوشه در شبکه‌های سلولی 35
شکل3-9- مقایسه میزان مصرف انرژی در قسمت‌های مختلف گره حسگر 37
شکل3-10- ساختار اصلی سیستم فازی 40
شکل3-11- نحوه عملکرد عملگرها 41
شکل3-12- فلوچارت الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات 45
شکل4-1- توابع عضویت برای ورودی انرژی سرخوشه­ها. 59
شکل 4-2- توابع عضویت اعضای خوشه. 60
شکل4-3- توابع عضویت فاصله سرخوشه­ها با ایستگاه پایه .60
شکل4-4- توابع عضویت مرکزیت سرخوشه­ها 61
شکل4-5- توابع عضویت برای خروجی فازی 61
شکل4-6- ارزیابی قوانین 62
شکل4-7- تجمیع قوانین 62
شکل4-8- غیر فازی­سازی 63
شکل5-1- مدل رادیویی 66
شکل5-2- محل استقرار سینک ثابت و متحرک 68













چکیده
با پیشرفت فناوری، محبوبیت شبکه های حسگر بی سیم بیش از پیش شده است. این شبکه ها کاربردهای مختلفی دارند که از جمله آنها می توان به کاربردهای نظارتی،اتوماسیون،کشاورزی و امنیتی اشاره کرد. این گره ها دارای محدودیت های انرژی،پهنای باند،توان پردازشی و حافظه هستند. از این رو کاهش مصرف انرژی، افزایش طول عمر شبکه و مقیاس پذیری چالش های مسیریابی در شبکه های حسگر هستند.الگوریتم های بسیاری برای مسیر یابی در شبکه های حسگر ارائه شده اند. یک دسته از این الگوریتم ها الگوریتم های سلسله مراتبی مبتنی بر خوشه بندی هستند که هدف اصلی آنها کاهش مصرف انرژی ، توزیع انرژی مصرف شده در کل شبکه و افزایش مقیاس پذیری الگوریتم است.در بسیاری از الگوریتم های مسیریابی مبتنی بر خوشه بندی مشکلاتی وجود دارد که موجب عدم کارایی الگوریتم می شوند. از جمله از این مشکلات عدم آگاهی از سطح انرژی و مکان گره های سربار ناشی از خوشه بندی و فرستادن داده ها از سرخوشه به ایستگاه پایه است. در پروتکل های خوشه بندی سرخوشه انرژی بسیاری را برای ارسال مصرف می کند، چون علاوه بر ارسال داده های خود وظیفه ارسال داده های همسایه خود که جزئی از خوشه می باشند را نیز دارد، که این خود باعث تسریع در کاهش عمر سرخوشه و به طبع آن کاهش طول عمر و انرژی شبکه می­شود. یکی از راه­های بهبود طول عمر شبکه بحث حرکت ایستگاه پایه است. بطور خاص به کارگیری یک ایستگاه پایه متحرک برای جمع آوری داده ها می تواند انرژی مصرفی در میان گره های حسگر را متعادل کند و در نتیجه تا حد زیادی باعث افزایش طول عمر شبکه شود در این رساله الگوریتم جدیدی مبتنی بر مدیریت حرکت ایستگاه پایه بصورت کنترل شده با منطق فازی

ادغام شده، استفاده شده است. در بخش اصلی پروژه طراحی یک فیلتر دوبانده میان­نگذر مایکروویو با ساختار نوع دوم در باند فرکانسی GHz 7 – 3 برای کاربردهایی مثل عایق­های تداخل الکترومغناطیس انجام شده و نشان داده شده است که پاسخ فرکانسی فیلتر طراحی شده نسبت به تغییرات زاویه تابش و قطبش موج تابشی پایدار است. از ویژگی­های این فیلتر کم حجم بودن و مقرون به صرفه بودن آن می­باشد. چون فرمول دقیقی برای بدست آوردن مشخصات مناسب این فیلترها وجود ندارد، تاثیر پارامترهای یک سلول واحد از هر کدام از فیلترها به وسیله نرم­افزار CST بررسی شد. این پارامترها شامل دوره تناوب ساختار (p)، شعاع متوسط حلقه دایروی ® و ضخامت حلقه دایروی (w) می­باشند. از شبیه­سازی­های انجام شده، نتایج زیر حاصل شد:

مهمترین عامل برای تغییر پهنای باند فیلتر، تغییر w است.
حساسیت فرکانس تشدید فیلتر به پارامترهای r و p نسبت به w بیشتر است.
تاثیر پارامتر r در تغییر فرکانس تشدید ناشی از زوایای تابش صفر و 60 درجه، بیشتر از پارامترهای دیگر (r وw) است.
 
کلمات کلیدی: سطوح انتخابگر فرکانس، فیلتر دوبانده، فیلتر میان­نگذر مایکروویو، تئوری فلوکه
 
 
فهرست مطالب
 
فصل اول-مقدمه                                                                                                                         1
فصل دوم-سطوح انتخابگر فرکانس                                                                                           4
2-1 معرفی سطوح انتخابگر فرکانس   5
2-1-1 چگونگی کنترل پاسخ فرکانسی سطوح انتخابگر فرکانس   6
2-1-1-1 شکل سطوح انتخابگر فرکانس   6
2-1-1-2 ضریب هدایت اجزاء   7
2-1-1-3 زیر لایه دی الکتریک   8
2-1-1-4 زاویه تابش موج مسطح   9
2-1-2 جلوگیری از لوب ساینده   10
2-2 تحریک سطوح انتخابگر فرکانس   11
2-3 آرایه های مکمل   11
2-4 چگونگی تشکیل منحنی تشدید   12
2-4-1 سطوح متناوب پیاپی بدون دی الکتریک                                                                                         13
2-4-2 یک سطح متناوب با لایه های دیالکتریک   13
2-5 کاربردهای سطوح انتخابگر فرکانس   14
2-5-1 کاهش تداخلات الکترومغناطیسی   14
2-5-2 فیلترهای چند بانده   15
2-5-2-1 استفاده از چند سطح انتخابگر فرکانسی پیدرپی   16
2-5-2-2 استفاده گروهی از عناصر در یک سلول واحد   17
 
2-5-2-3 استفاده از چند عنصر ادغام شده در هم   18
2-5-2-4 استفاده از اجزاء مشدد حلقوی مربعی   19
 
فصل سوم-تئوری پایه­ای ساختارهای متناوب فضایی                                                               22
3-1 سری فلوکه و توابع مدی فلوکه   23
3-2 مودهای قابل انتشار ومیرا شونده فلوکه   26
 
فصل چهارم-طراحی فیلتر یک بانده مایکروویو                                                                        31
4-1 طراحی فیلتر میان نگذر برای کاربردهای باند مایکروویو                                                     32
4-1-1 شکل جزء   35
4-1-1-1 تاثیر ابعاد عنصر   37
4-1-1-1-1 پارامترهای تعیین کننده ابعاد عنصر   39
4-1-2 تاثیر دی الکتریک        49
 
فصل پنجم-طراحی فیلتر دو بانده مایکروویو                                                                       53
5-1 استفاده از دولایه سطح انتخابگر فرکانس پی درپی   55
5-2 استفاده از یک لایه سطح انتخابگر فرکانس با دو عنصر ادغام شده[27]   58
 
فصل ششم-نتیجه­گیری و پیشنهادها                                                                                    62
6-1 نتیجه گیری   63
6-2 پیشنهادها   64
مراجع                                                                                                                                    66

فهرست شکل­ها
 
شکل 2-1 ساختارهای سطح انتخابگر فرکانس: (الف) آرایه­ای از تکه­ها، (ب) آرایه­ای از پنجره­ها [1]                  5
شکل 2-2 چهار نوع فیلتر سطح انتخابگر فرکانس . مواد هادی با رنگ سیاه نشان داده شده اند [2]                6
شکل 2-3 انواع اجزاء [1]                                                                                                                                 7
شکل 2-4 تاثیر مقاومت بر عملکرد سطح انتخابگر فرکانس با اجزای حلقوی مربعی.                                       8
شکل 2-5 سطح انتخابگر فرکانس (الف) در داخل و (ب) روی لایه دی الکتریک [2]                                          9 شکل 2-6 فاصله طراحی شده بین اجزا با یک سیگنال تابشی مایل [2]                                                           9
شکل 2-7 انتشار لوب ساینده در جهت gη [1]                                                                                                 10
شکل 2-8   ساختارهای متناوب هادی­ها با (الف ) حالت غیرفعال، (ب) حالت فعال [1]                                       11
شکل 2-9 ساختار متناوب پیاپی [1]                                                                                                              13
شکل 2-10   ساختار صفحه متناوب با دو لایه دی الکتریک و منحنی انتقال این ساختار [1]                             13
شکل 2-11 تضعیف دیواربا ضخامت 35 سانتی متر، با انواع متفاوت مواد : سیمان، آجر.                                  15
شکل 2-12 الف) نمای بالای سلول واحد، ب) نمای سه بعدی سلول واحد[7]                                                    16
شکل 2-13 نتایج شبیه سازی و اندازه ­گیری فیلتر دوبانده[7]                                                                          17
شکل2-14 ساختار فیلتر سطح انتخابگر فرکانس با عناصر چند گانه[5]                                                           17
شکل 2-15 نتایج شبیه سازی فیلتر دوبانده با یک گروه از عناصر در یک سلول واحد[5]                                18
شکل 2-16 الف) شکل سلول واحد، ب) مدار معادل سلول واحد[13]                                                              19
شکل2-17 پاسخ فرکانسی فیلتر سه بانده[13]                                                                                               19
شکل 2-18 ساختار مشدد حلقوی مربعی [18]                                                                                                20
شکل2-19 ساختار فیلتر دوبانده با بهره گرفتن از عنصر مشدد حلقوی مربعی[19]                                               20

شکل 2-20 نتایج شبیه سازی فیلتر دوبانده با بهره گرفتن از عناصر مشددهای حلقوی مربعی[19]                         21           شکل 3-1 یک ارائه مسطتیلی با تناوب های a و b ]20[                                                                                  23
شکل 3-2 تابش یک موج تخت به سطح یک آرایه متناوب [20]                                                                     27
شکل 3-3 مکان هندسی مود‌های منتشر شونده [20]                                                                                       29
شکل4‑1 نمای سلول واحد در شبیه سازی با مودهای فلوکه                                                                           33
شکل4‑2 دو مود پورت فلوکه[ 21]                                                                                                                 34
شکل 4-3 نمای سلول واحد در شبیه سازی درون موجبری                                                                             34
شکل 4-4 ابعاد اجزاء حلقه دایروی                                                                                                                  36
شکل 4-5 پاسخ فرکانسی FSS1 با 1= rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                                   37
شکل 4-6 پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                                   38
شکل 4-7 تغییرات پهنای باند ( dB20) با افزایش دوره تناوب ساختار (p)                                                    40
شکل 4-8 تغییرات فرکانس تشدید با افزایش دوره تناوب ساختار (p) در تابش عمودی (°.=θ)                     40
شکل 4-9 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه.         41
شکل 4-10 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه.        41
شکل 4-11 تاثیر تغییر پارامتر p (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= rε .       42
شکل 4-12 تغییرات پهنای باند ( dB20) با تغییر شعاع متوسط حلقه دایروی ®                                           43
شکل 4-13 تغییرات فرکانس تشدید با تغییر شعاع متوسط حلقه دایروی ®                                                  43
شکل 4-14 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه .       44
شکل 4-15 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه.     44
شکل 4-16 تاثیر تغییر پارامتر r (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1r=ε.       45
شکل 4-17 تغییرات پهنای باند ( dB20) با تغییر ضخامت حلقه دایروی (w)                                                    46
شکل 4-18 تغییرات فرکانس تشدید با تغییر ضخامت حلقه دایروی (w)                                                        46
شکل 4-19 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه.     47
شکل 4-20 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه.     47

شکل 4-21 تاثیر تغییر پارامتر w (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= rε .     48
شکل 4-22 تاثیر دی الکتریک بدون تلقات بر پاسخ فرکانسی الف) FSS1 و ب) FSS2                                  49
شکل 4-23 تاثیر دی الکتریک تلفاتی بر پاسخ فرکانسی الف) FSS1 و ب) FSS2                                         50
شکل 4-24 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در دو طرف ساختار                               51
شکل 4-25 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در یک طرف ساختار                             51
شکل 4-26 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده دردو طرف ساختار                              52
شکل 4-27 پاسخ فرکانسی شبیه سازی شده برای FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در یک .         52
شکل4-28 تغییرات ثابت دی الکتریک موثر FSS2 بر حسب ضخامت زیرلایه                                                53
شکل 5-1 نمای یک سلول واحد از ساختار فیلتر دوبانده با دولایه سطح انتخابگر فرکانس                              56
شکل 5-2 پاسخ فرکانسی فیلتر دوبانده با 38/3= rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                 57
شکل 5-3 نمای یک سلول واحد از ساختار فیلتر دوبانده با یک لایه سطح انتخابگر فرکانس با دو .               58
شکل 5-4 تلفات تغبیه فیلتر دوبانده با سلول واحد نشان داده شده در شکل 5-3 .                                     59
شکل 5-5 تلفات تغبیه فیلتر دوبانده با تغییر ابعاد سلول واحد نشان داده شده در شکل 5-3 .                 60

فهرست جدول­ها
 
جدول شماره 2-1 عملکرد سطح انتخابگر فرکانس ها با اشکال متفاوت (یک سطح انتخابگر فرکانس.         7
جدول 4-1 ابعاد عنصر حلقه دایروی و فرکانس­های تشدید دو سطح انتخایگر فرکانس با تابش عمود         36
جدول 4-2 تغییرات فرکانس تشدید (Fr) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات.                 39
جدول 4-3 تغییرات فرکانس تشدید (Fr) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات.                 42
جدول 4-4 تغییرات فرکانس تشدید (Fr) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات.                45
جدول 4-5 تغییر ثابت دی الکتریک موثر با ضخامت زیرلایه برایFSS2                                                    53
جدول 5-1 ابعاد عنصر حلقه دایروی و فرکانس­های تشدید دو سطح انتخایگر فرکانس در تابش عمود         56
جدول 5-2 تغییر ابعاد سلول واحد فیلتر دوبانده برای رسیدن به فرکانس­های تشدید مد نظر .               60

فهرست اختصارات
 

فهرست اشکال یازده
چکیده 1
1                                   فصل اول : مقدمه 2
1-1 مقدمه 2
1-2. مشخصه­های اساسی LTE 3
1-3 چالشه­های موجود و اهداف پایان ­نامه 4
1-3-1. دو هدف مهم این پایان نامه 5
1-4. ساختار پایان ­نامه 5
2                                    فصل دوم : معرفی LTE 6
2-1 مقدمه 6
2-2 بررسی کلی ساختار شبکه LTE 6
2-2-1. بخش هسته شبکه 7
2-2-2. بخش E-UTRAN 8
2-3 ساختار فریم 9
2-3-1    FDD 9
2-3-2     TDD 10
2-3-3 ساختار بلوک منبع 12
2-4. لایه­ی فیزیکی 12
2-4-1. روش دسترسی OFDMA 13
2-4-2 روش دسترسی SC-FDMA 14
2-5. کیفیت سرویس و کلاس‌های سرویس در LTE 15
2-5-1. مدل حامل 15
2-5-2   QCI 17
2-5-3    ARP 18
2-6 مدل ترافیکی 18
2-6-1 مدل ترافیکی ارسال صدا از طریق اینترنت 18
2-6-2 مدل ترافیکی صفحات 19
2-6-3 مدل ترافیکی ویدئو 20
3                                   فصل سوم زمانبندی در شبکه ­های LTE 21
3-1 مقدمه 21
3-2. روش های زمانبندی در زیرلایه­ی MAC شبکه­هایLTE در جهت فروسو 22
3-3 استراتژی­های زمانبندی برای شبکه ­های LTE در جهت فروسو 23
3-3-1. استراتژی ناآگاه از کانال 24
3-3-2. استراتژی آگاه از کانال/ناآگاه از کیفیت سرویس 27
3-3-3 استراتژی آگاه ازکانال /آگاه ازکیفیت سرویس 30
3-4 الگوریتم­های مورد استفاده در مقایسه 33
3-4-1 الگوریتم زمانبندی در دوسطح 34
3-4-2 الگوریتم M-EDF-PF 37
3-4-3 الگوریتم FBAQ 38
4                                   فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی و شبیه­سازی 44
4-1 مقدمه 44
4-2. بیان الگوریتم پیشنهادی برای تخصیص منابع 45
4-3 مقدمات و ملزومات الگوریتم 45
4-4 نوآوری های انجام شده 46
4-5 پیش­نیازهای الگوریتم 47
4-6 شرح الگوریتم پیشنهادی 50
4-6-1 تقسیم بندی کاربران بر اساس سرعت حرکت آنها 51
4-6-2 محاسبه­ی نرخ ارسال داده کاربران تا ایستگاه مبنا 51
4-6-3 محاسبه­ی اولویت هر صف 54
4-6-4 ساختار جدید فریم 56
4-6-5 محاسبه و تخصیص بلوک منابع مورد نیاز هر صف با توجه به تامین نیاز کیفیت سرویس کاربر 57
4-7. شبیه­سازی و نتایج 62
4-7-1 نحوه­ی محاسبه­ی مقادیر محور افقی نمودارها 62
4-7-2 ترافیک اعمالی به شبکه 65
4-8 بررسی نتایج حاصل از شبیه­سازی 66
5                                   فصل پنجم نتیجه­گیری و پیشنهادها 71
5-1. خلاصه 71
5-1-1. روش­های تخصیص بلوک منابع 72
5-2. پیشنهادها 73
منابع و مآخذ 75
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
عنـــوان                                                             صفحه
شکل ‏2‑1 ساختار شبکه­ی LTE 7
شکل ‏2‑2 ساختار E-UTRAN 9
شکل‏2‑3 ساختار فریم در حالت FDD 9
شکل‏2‑4 ساختار فریم در حالتTDD 11
شکل‏2‑5 ساختار یک بلوک منبع 12
شکل‏2‑6 مثالی از نحوه­ی تخصیص بلوک منابع در حالت چندگانگی فرکانسی 14
شکل‏2‑7 حامل و پارامترهای کیفیت سرویس اختصاص یافته 15
شکل‏2‑8 مدل ترافیکی ارسال صدا از طریق اینترنت 18
شکل‏2‑9 مدل ترافیکی صفحات اینترنت 19
شکل‏2‑10 مدل ترافیکی ویدئو 20
شکل ‏3‑1بلوک منابع و بازه­های زمانی ارسال 22
شکل‏3‑2 ساختار مصور الگوریتمTLS 34
شکل ‏3‑3 نحوه­ی تخصیص بلوک منبع در الگوریتم FBAQ 42
شکل‏4‑1 ساختار گسترده­ی فریم 48
شکل‏4‑2 محور زمان در ساختار 51
شکل‏4‑3بازه­های ارسال سیگنال به نویز به ایستگاه مبنا 53
شکل‏4‑4 مدل سیستم درنظرگرفته شده 54
شکل‏4‑5 شبه­کد مربوط به تعیین اولویت هر صف 56
شکل‏4‑6 یک زیر فریم از ساختار جدید فریم در جهت فراسو 57
شکل‏4‑7 شبه کد مربوط به تخصیص بلوک منبع برای بیت­های ضروری 60
شکل‏4‑12 تاخیر بسته­های وب نسبت به بیشینه تاخیر 68
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
چکیده
با رشد سریع کاربران اینترنت و سرویس­های بلادرنگ نظیر صدا و تصویر و نیاز به برآورده کردن کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران از نسل بعدی شبکه ­های سلولی انتظار می­رود که دسترسی در همه نقاط را برای کاربران موبایل فراهم کند. LTE یک تکنولوژی دسترسی رادیویی جدید می­باشد که به منظور یک حرکت به سمت نسل بعدی سیستم­های بی­سیم پیشنهاد شده است. از دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی عمود بر هم[1] در جهت [2]استفاده می­ کند. دسترسی مالتی پلکس فرکانس عمود بر هم کل پهنای باند را به چندین زیرکانال با باند باریک تقسیم می­ کند و به کاربران براساس نیازهایشان این زیرحامل­ها را تخصیص می­دهد. یکی از ویژگی­های اصلی LTE استفاده از روش­های مدیریت منابع رادیویی پیشرفته به منظور بهینه کردن عملکرد سیستم است به نحوی که بیشترین تعداد بیت ارسال گردد.
برای فراهم کردن کیفیت سرویس کاربران، الگوریتم­های زمان­بندی برای رفع نیاز­های کاربران، طراحی شده ­اند. زمان­بندی[3] در شبکه­هایLTE مسئول توزیع منابع میان کاربران فعال به منظور فراهم آوردن کیفیت سرویس مورد نیاز می­باشد.در این الگوریتم­ها، معمولا کاربرد سرویس­های بلادرنگ ودر بعضی دیگر از الگوریتم­ها کاربرد هر دو نوع سرویس بلادرنگ و غیربلادرنگ در نظر گرفته شده است. در مواردی هم که هر دو کاربرد بلادرنگ و
غیر بلادرنگ در نظر گرفته شده، به سرعت های متفاوت کاربران هیچ توجه­ای نشده و فقط برای گروه کاربران با سرعت های حرکت پایین (حداکثر30 کیلومتر بر ساعت) توجه شده است. در صورتی که این مهم می­باشد که الگوریتم به گونه­ای عمل کند که با افزایش سرعت،کیفیت سرویس کاربر به مخاطره نیفتد. در این پایان نامه تلاش شده تا الگوریتمی طراحی شود که کیفیت سرویس را برای کاربران با سرعت های مختلف فراهم آورده و نرخ ارسال شبکه را افزایش دهد. همچنین در سرعت­های پایین در مقایسه با سایر الگوریتم­هاعملکرد بهتری داشته باشد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های موجود نشان دهنده­ی آن است که نرخ ارسال شبکه در الگوریتم پیشنهادی افزایش یافته و به دلیل انتخاب معیار مناسب برای تخصیص بلوک منبع به کاربر، پارامترهای کیفیت سرویس بهبود یافته اند.
کلمات کلیدی: LTE، زمان­بندی، مدیریت منابع رادیویی، کیفیت سرویس، OFDMA، سرویس­های بلادرنگ و غیر بلادرنگ
 

1               فصل اول
: مقدمه
 

1-1        مقدمه
اولین شبکه ­های مخابراتی سلولی موسوم به G1 در اوایل سال 1980 معرفی شدند. این نسل از مخابرات سلولی از مدولاسیون آنالوگ استفاده می­کرد. در اوایل سال 1990 نسل دوم مخابرات سلولی معرفی شدند. این نسل، اولین نسلی بود که از تکنیک­های مخابرات دیجیتال استفاده می­کرد. اولین سیستم تجاری نسل دوم با نام (GSM)[4] گسترش یافت. پس از چندی نسل سوم بعد از سال 2000 میلادی معرفی شد. نسل سوم افزایش سرعت اطلاعات را به همراه داشت. مهم­ترین اسم تجاری برای نسل سوم، (UMTS)[5] نام دارد. بعدها نسل 5/3 شبکه ­های سلولی تحت عنوان(HSPA)[6]مطرح گردید ولی برای استفاده­ی بهینه از باند فرکانسی و نرخ ارسال بالای داده، به سمت نسل­های بعدی موبایل یعنی (LTE)[7]و(LTE-Advance)[8] گام برداشته شد.
اولین سیستم تجاری LTE در دو کشور ناحیه­ی اسکاندیناوی، به نام­های نروژ و بلژیک در دسامبر سال 2009 توسط اپراتور TeliaSonera پیاده­سازی شد. این کار به کمک قطعات سخت­افزاری که توسط 3 شرکت بزرگ سامسونگ، اریکسون و هوآوی ساخته شده بود، انجام گرفت. در فوریه سال 2010 اپراتور EMT در کشور استونی تست LTE را انجام داد. سیستم مشابهی در جولای همان سال در کشور ازبکستان در شهر تاشکند توسط اپراتور MTS اجرا گردید. در آگوست همان سال اپراتور LMT سیستم LTE را به صورت آزمایشی در نیمی از کشور لتونی پیاده­سازی نمود. در 5 دسامبر 2010 اپراتور Verizon بزرگترین شبکه تجاری LTE را در آمریکای شمالی پیاده­سازی نمود. در سال 2011 اپراتورهای سعودی اعلام کردند که تا سال 2013 به کاربران خود خدمات شبکه LTE را ارائه خواهند داد. این روند همچنان ادامه یافته­است به­صورتی که تاکنون در کشورهایی نظیر آمریکا، برزیل، فیلیپین، عمان، استرالیا، رومانی، هلند و. شبکه LTE راه­اندازی شده است. طبق آمار تا سال 2012حدود 5 میلیاردکاربر مخابرات سلولی اعم از سیستم­های دسترسی چندگانه تقسیم کد پهن باند[9]، GSM، HSPA وLTE در دنیا وجود داشته اند که سهم کاربران شبکه­ی LTE برابر 90.5 میلیون کاربر بوده است. با توجه به این­که نسل سوم تقریبا جوابگوی نیاز کاربران بوده ولی به دلایل زیر نسل چهارم بوجود آمده و نسل سوم به نسل چهارم تغییر یافته است]1[:

بهبود نرخ داده
بهبود بهره­ی طیفی
کاهش توان مصرفی ترمینال
افزایش نرخ داده در لبه­­های سلول
کاهش تاخیر در ارسال و پایه­گذاری یک اتصال
کاهش هزینه­ها
1-2         مشخصه­های اساسی LTE
با توجه به افزایش کاربران استفاده کننده از شبکه­ی LTE ، محققان و مراکز صنعتی در تلاش برای یافتن
راه­حل­های جدید و ابتکاری به منظور تجزیه و تحلیل و بهبود عملکردشبکه­هایLTE می­باشند. همانطور که بیان گردید هدف از طراحی شبکه­­ی LTE فراهم آوردن نرخ بالای اطلاعات، کاهش تاخیر و مهیا نمودن کارایی طیف بالا می­باشد. برای رسیدن به این اهداف مدیریت منابع رادیویی، از عملکردهای لایه­ی فیزیکی و زیرلایه­ی کنترل دسترسی[10] استفاده می­ کند. از جمله­ی این عملکردها می­توان به، اشتراک گذاشتن منابع، گزارش نشان­دهنده­ی کیفیت کانال[11] و روش AMC[12] اشاره نمود. در حقیقت استفاده­ی موثر از منابع رادیویی برای نایل آمدن به اهداف عملکرد سیستم و راضی کردن نیازهای کاربر مطابق با کیفیت سرویس­­شان مهم می­باشد. به صورت خلاصه مشخصات شبکه­ی LTE در جدول1-1 آمده است]2[:
جدول ‏1‑1 اهداف طراحی شبکه LTE

ویژگی مشخصه
مشخصات
فروسو:100مگا بیت بر ثانیه، فراسو:50 مگا بیت بر ثانیه
حداکثر نرخ اطلاعات
2تا 4 برابر سیستم­های نسل سوم
کارایی پهنای باند
– برای تحرک پایین تا 15 کیلومتر بر ساعت بهینه شده است
– برای سرعت­های تا 120 کیلومتر بر ساعت عملکرد بالایی دارد
تحرک
از 4/1مگاهرتز تا 20 مگاهرتز
پهنای باند قابل مقیاس
– ضمانت برای کیفیت سرویس انتها به انتها افزایش یافته است
 
مدیریت منابع رادیویی
 
در واقع نرخ داده بالا در LTE با پوشش خوب و قابلیت تحرک پذیری همراه می­باشد. در شبکه LTE نه تنها نرخ ارسال و دریافت داده برای کاربران عادی افزایش پیدا کرده، بلکه برای کاربرانی که در لبه­ی سلول قرار دارند نیز این افزایش مشاهده می­شود. منظور از تحرک­پذیری برقراری ارتباط برای موبایل در حال حرکت است که در استاندارد تا سرعت km/h350 و حتی با کمی افت کیفیت، تا سرعت km/h 500 قابلیت برقراری ارتباط وجود دارد. استاندارد LTE در مقایسه با استانداردهای دیگر این ویژگی را دارد که رنج وسیعی از پهنای باندهای فرکانسی را پوشش می­دهد.

1-3         چالش­های موجود و اهداف پایان ­نامه
سیستم OFDMA از تقسیم محور زمانی و زیرحامل­ها در حوزه­ فرکانس ایجاد می­گردد. در نتیجه این تقسیم روی محور زمان و فرکانس، بخش­هایی به نام بلوک تشکیل می­گردد. در واقع بلوک کوچکترین واحد
تشکیل­دهنده­ی سیستم OFDMA می­باشد. با توجه به اینکه در لایه­ی فیزیکی شبکه ­های LTE از OFDMA استفاده می­شود. باید به طریقی بلوک­های این سیستم بین کاربران تقسیم شود تا دو هدف مهم یعنی تامین کیفیت سرویس کاربران و افزایش نرخ ارسال شبکه برآورده شود. نحوه­ی تخصیص بلوک و زمان­بندی در شبکه ­های LTE به این صورت است که در هر یک میلی­ثانیه مطابق با الگوریتم زمان­بندی یک و یا چندین کاربر انتخاب شده و به یکی از دو روش چندگانگی چندکاربره[13] که برای کاربرانی مناسب است که در طول این یک میلی­ثانیه همبستگی کانالشان حفظ می­گردد و بلوک را در به صورت

استاد مشاور
دکتر نغمه سادات مؤیدیان
 
 
 
 
اردیبهشت 1392
 
 
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
 
فهرست
 
عنوان                                                                                                                                                                 صفحه
فهرست مطالب یک
فهرست اشکال پنج
فهرست جداول هفت
چکیده 1
1-                  فصل اول مقدمه                                      2
1-1مقدمه، چشم انداز شبکه‌های مش بی‌سیم.  2
1-2ضرورت تضمین کیفیت سرویس، چالش اصلی در شبکه‌های مش بی‌سیم        4
1-3تعریف مسئله             6
1-4بررسی پیشینه کار. 7
1-5 فصول بعدی این نوشتار          9
1-6جمع‌بندی                      9
2-فصل دوم شبکه‌های مش بی‌سیم  11
2-1چشم‌انداز                      11
2-2توپولوژی شبکه                      14
2-2-1توپولوژی نقطه به نقطه (PTP) . . 14
2-2-2توپولوژی نقطه به چند نقطه (PMP)                                                                           14
2-2-3توپولوژی مش.                                                                           15
2-3شبکه‌های بی‌سیم چندگامی   16
2-4معماری شبکه‌های مش بی‌سیم        17
2-4-1شبکه‌های مش بی‌سیم به عنوان شبکه‌ی زیر ساخت.                                                                                  17
2-4-2شبکه‌های مش بی‌سیم کاربران                                                                           18
2-4-3شبکه‌های مش بی‌سیم ترکیبی.                                                                           19
2-5مقایسه شبکه‌های مش بی‌سیم و Ad-hoc                                                              .19

یک
2-6مسائل مربوط به لایه‌های شبکه و زمینه‌های باز تحقیقاتی.                       21
2-6-1لایه فیزیکی                                                                                                21
2-6-2لایه‌ی دسترسی در شبکه‌های مش بی‌سیم.                                                                                     23
2-6-3MAC تک کاناله                                                                           24
2-6-4MAC چندکاناله                                                                           25
2-6-5لایه شبکه.                                                                           28
2-6-6لایه انتقال.                                                                           30
2-6-7لایه کاربرد.                                                                           31
2-7مدیریت شبکه.                      32
2-8طراحی بین لایه ای                      33
2-9 کاربردهای WMN                      33
2-9-1شبکه‌ی خانگی باند وسیع          33
2-9-2شبکه کردن اجتماعات و همسایگی ها                34
2-9-3شبکه کردن شرکت های تجاری        35
2-9-4شبکه های شهری                      36
2-9-5سایر شبکه‌ها. . 37
2-9-6 چند مثال موردی از شبکه‌های WMN          38
2-10جمع‌بندی.                      39
3-فصل سوم زمان‌بندی متمرکز در شبکه‌های مش بی‌سیم.    41
3-1مقدمه.                      41
3-2لایه فیزیکی استاندارد IEEE 802.16        42
3-2-1مدولاسیون دیجیتال                                                                           46
3-3لایه MAC استاندارد IEEE 802.16        48
3-3-1 تطبیق لینک.                                                                           49
3-4عملکرد مد مش در MAC استاندارد IEEE 802.16                  50

دو
3-4-1 ساختار فریم در مد مش استاندارد IEEE 802.16.                                                                          51
3-4-2زیرفریم کنترلی. .                                                                                            52
3-4-3زیرفریم دیتا.                                                                           54
3-4-4نحوه ورود یک گره‌‌‌ به شبکه                                                                           56
3-5الگوی زمانبندی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.16        57
3-5-1زمان‌بندی متمرکز. .                                                                           59
3-6جمع بندی.                  60
4-فصل چهارم مدل، چالش‌ها و روش‌های زمان‌بندی متمرکز در شبکه‌های مش بی‌سیم.                            61
4-1مقدمه.                      61
4-2نیازمند‌های طراحی الگوریتم های زمانبندی                               62
4-2-1تداخل میان لینکهای بی‌سیم                                                                           62
4-2-2سربار                                                                           64
4-2-3تأخیر                                                                           65
4-2-4استفاده مجدد فرکانسی                                                                           66
4-3دسته‌بندی الگوریتم‌های زمان‌بندی                               68
4-4معرفی الگوریتم‌های زمان‌بندی با رویکرهای‌مختلف                  70
4-5نتیجه‌گیری.                      76
5-                 فصل پنجم الگوریتم پیشنهادی بر پایه‌ی الگوریتم ژنتیک.                                      78
5-1مقدمه.                      78
5-2الگوریتم ژنتیک.                      79
5-2-1تاریخچه                                                                           79
5-2-2ساختار الگوریتم‏های ژنتیکی. 80
/>5-2-3عملگرهای الگوریتم ژنتیک                                                                           82
5-2-4کدگذاری و همگرایی الگوریتم ژنتیک                                                             86
5-3الگوریتم پیشنهادی.                      87

سه
5-4شبیه سازی                      96
5-4-1محیط شبیه سازی.                                                                           96
5-4-2نتایج حاصل از شبیه‌سازی.                                                                           98
5-5جمع بندی . 111 Error! Bookmark not defined.
فصل ششم نتیجه‌گیری و پیشنهادات.112
             مراجع114
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
 
عنوان صفحه
شکل ‏1‑1- شبکه‌ی مش بی‌سیم 3
شکل ‏1‑2- انتقال ترافیک SS به BS از طریق رله‌ها 4
شکل ‏2‑1- شبکه‌ بی‌سیم مش 12
شکل ‏2‑2- کاربران مش (چهار عکس سمت راست) و مسیریاب‌های مش (دو عکس سمت چپ)[3] 12
شکل ‏2‑3- شبکه مش BWN-Mesh تست شده در دانشگاه جورجیا[3] 13
شکل ‏2‑4- توپولوژی شبکه نقطه به نقطه[23] 14
شکل ‏2‑5 توپولوژی شبکه نقطه به چند نقطه[2] 15
شکل ‏2‑6- توپولوژی شبکه ی مش[2] 16
شکل ‏2‑7- تقسیم بندی شبکه‌های چند گامی[23] 16
شکل ‏2‑8- ساختار شبکه مش زیربنایی[22]. 18
شکل ‏2‑9- ساختار WMN کاربران [22] 19
شکل ‏2‑10- WMN ترکیبی [22]. 20
شکل ‏2‑11 – رادیو شناختگر 22
شکل ‏2‑12- مشکل ترمینال مخفی در A و C 23
شکل ‏2‑13- WMNها برای شبکه باند گسترده خانگی[22] 34
شکل ‏2‑14- WMNها برای یک شبکه مجتمع و همسایگی‌ها[22] 35
شکل ‏2‑15- WMNها برای یک شبکه تجاری[22] 36
شکل ‏2‑16- WMNها برای یک شبکه MAN[22] 36
شکل ‏2‑17- WMNها برای سیستم حمل و نقل [22] 37
شکل ‏2‑18- WMNها برای سیستم اتوماسیون یک ساختمان [22] 37
شکل ‏2‑19- موقعیت گره‌‌‌های بکار رفته 38
شکل ‏3‑1- اینترفیس های فیزیکی مختلف در استاندارد 802.16[36] 43
شکل ‏3‑2- باندهای فرکانسی در FDM. 44
شکل ‏3‑3 – باندهای فرکانسی در OFDM. 44
شکل ‏3‑4- باندهای فرکانسی در OFDMA 45
شکل ‏3‑5- گروه بندی در uplink[36] 46
شکل ‏3‑6- زنجیره فرستنده و گیرنده در WiMAX[36] 46

چهار
شکل ‏3‑7- مدولاسیون دیجیتال 47
شکل ‏3‑8- مدولاسیون BPSK 47
شکل ‏3‑9- مدولاسیون QPSK 48
شکل ‏3‑10- مدولاسیون 16-QAM. 48
شکل ‏3‑11-تطبیق لینک [37] 50
شکل ‏3‑12- ساختار عمومی فریم در مد مش IEEE 802.16. 51
شکل ‏3‑13- تخصیص پنجره های خرد در روش پارتیشن کردن 55
شکل ‏3‑14-مراحل ورود یک گره‌‌‌ به شبکه[36] 56
شکل ‏4‑1-انواع تداخل‌های موجود در شبکه‌های بی‌سیم 63
شکل ‏4‑2-درخت زمان‌بندی شبکه مش به همراه گراف تداخل 64
شکل ‏4‑3- نحوه‌ی محاسبه تأخیر انتها به انتها 65
شکل ‏4‑4- زمان‌بندی ارسال نمونه برای 3 گره‌‌‌ با 2 رله 66
شکل ‏4‑5- توپولوژی شبکه‌ی مش نمونه با 4 گره‌‌‌ رله 66
شکل ‏4‑6-توپولوژی شبکه مش زنجیره‌ای شامل ایستگاه مرکزی و گره‌‌‌های رله   67
شکل ‏4‑7-چهارچوب دسته‌بندی برای بررسی الگوریتم‌های زمان‌بندی 68
شکل ‏4‑8- چهارچوب دسته‌بندی برای بررسی الگوریتم‌های زمان‌بندی بر حسب شرایط اولیه 68
شکل ‏4‑9- چهارچوب دسته‌بندی برای بررسی الگوریتم‌های زمان‌بندی بر حسب ورودی‌ها 69
شکل ‏4‑10- چهارچوب دسته‌بندی برای بررسی الگوریتم‌های زمان‌بندی بر حسب اهداف 69
شکل ‏4‑11- چهارچوب دسته‌بندی برای بررسی الگوریتم‌های زمان‌بندی بر روش حل مسئله 70
شکل ‏4‑12-مثالی برای نشان دادن مفهوم مقیاس بلوک کردن b(path)=2+4+3+4=13[44] 74
شکل ‏5‑1- ساختار الگوریتم ژنتیک 81
شکل ‏5‑2- نحوه ارزیابی شایستگی در چرخ رولت[80] 83
شکل ‏5‑3- یک نمونه ترکیب 84
شکل ‏5‑4- روش ادغام دونقطه‌ای 85
شکل ‏5‑5- مثالی از جهش و نحوه‌ی کارکرد آن 86
شکل ‏5‑6- کد برنامه مجازی الگوریتم ژنتیک ساده و فلوچارت آن 87
شکل ‏5‑7- توپولوژی شبکه-خطوط ممتد: مسیر ارسال- خط چین بین گره‌‌‌ 2و1 تداخل نوع اول- 88
شکل ‏5‑8 – یک کروموزوم برای جواب مسئله شکل (5-7) 88
شکل ‏5‑9- کروموزومی دیگر برای جواب مسئله شکل (5-7) 88
شکل ‏5‑10- نمونه‌ای از کروموزوم ناسالم در عمل ترکیب کنترل نشده   89
شکل ‏5‑11- کروموزوم حاصل از عملگر جهش 90

پنج
شکل ‏5‑12 دیاگرام الگوریتم پیشنهادی 91
شکل ‏5‑13- نمایش فضای پویش تک بعدی و دوبعدی 92
شکل ‏5‑14- نمایش گسترش شبکه به ترتیب برای افزایش تعداد رله های شبکه از 1 تا 3 93
شکل ‏5‑15- نمودار سمت چپ : توپولوژی شبکه سمت راست- : بازدهی الگوریتم ژنتیک در درصد تضمین تاخیر انتها به انتها – آبی: دوبعدی قرمز تک بعدی- مدت زمان شبیه سازی دوبعدی: 6.12 تک بعدی 1.14 (ثانیه)   94
شکل ‏5‑16نمودار سمت چپ : توپولوژی شبکه سمت راست- : بازدهی الگوریتم ژنتیک در درصد تضمین تاخیر انتها به انتها – آبی: دوبعدی قرمز تک بعدی- مدت زمان شبیه سازی دوبعدی: 91.51   تک بعدی: 4.56 (ثانیه)   94
شکل ‏5‑17- نمودار سمت چپ : توپولوژی شبکه سمت راست- : بازدهی الگوریتم ژنتیک در درصد تضمین تاخیر انتها به انتها – آبی: دوبعدی قرمز تک بعدی- مدت زمان شبیه سازی دوبعدی: 321.56 تک بعدی 7.89 (ثانیه)   95
شکل ‏5‑18- مراحل تفسیر کروموزوم تک بعدی 96
شکل ‏5‑19 توپولوژی شبکه در سناریو 1- خطوط آبی : مسیر ارسال- خطوطو قرمز: تداخل ارسال 99
شکل ‏5‑20 تلاش الگوریتم LA-GA برای یافتن جواب‌های بهتر در سناریو 1   100
شکل ‏5‑21 توپولوژی شبکه در سناریو 2 خطوط آبی : مسیر ارسال- خطوطو قرمز: تداخل ارسال 100
شکل ‏5‑22 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط تأخیر مجاز در سناریو 2 101
شکل ‏5‑23 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط تأخیر مجاز ارسال در سناریو 2 102
شکل ‏5‑24 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 2 102
شکل ‏5‑25 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 2 103
شکل ‏5‑26 – توپولوژی شبکه در سناریو 3 خطوط آبی : مسیر ارسال- خطوط قرمز: تداخل ارسال 103
شکل   ‏5‑27 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط تأخیر مجاز در سناریو 3 104
شکل ‏5‑28 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط تأخیر مجاز ارسال در سناریو 3 104
شکل ‏5‑29 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 3 105
شکل ‏5‑30 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 3 105
شکل ‏5‑31- توپولوژی شبکه در سناریو 4 خطوط آبی : مسیر ارسال- خطوط قرمز: تداخل ارسال 106
شکل ‏5‑32 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط تأخیر مجاز در سناریو 4 106
شکل ‏5‑33 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط تأخیر مجاز ارسال در سناریو 4 107
شکل ‏5‑34 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 4 107
شکل ‏5‑35 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 4 108
شکل ‏5‑36 توپولوژی شبکه در سناریو 5 خطوط آبی : مسیر ارسال- خطوط قرمز: تداخل ارسال 109
شکل ‏5‑37 درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط تأخیر مجاز در سناریو 5 109
شکل ‏5‑38 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط تأخیر مجاز ارسال در سناریو 5 110
شکل ‏5‑39- درصد درخواست با تأخیر انتها به انتهای تضمین شده با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 5 110

شش
شکل ‏5‑40 متوسط تأخیر ارسال سایر گره‌‌‌های شبکه با افرایش متوسط پهنای باند در سناریو 5 111

ردیابی اشیاء متحرک چندگانه در تصاویر دوربین متحرک
 
به کوشش
 
محسن خیراندیش فرد
 
 
موضوع ردیابی اهداف یکی از مهمترین مسائل موجود در علم بینایی ماشین می باشد. مساله ردیابی اهداف چندگانه در تصاویر به دست آمده از دوربین متحرک در این پایان نامه مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای حل کردن این مساله دو روش کلی در این پایان نامه ارائه شده است. روش اول عمدتا بر پایه الگوریتم های تطبیق بلوکی می باشد. در این روش با بهره گرفتن از جبران سازی حرکتی و دسته بندی حرکت های مختلف موجود در تصویر، نواحی مربوط به اهدف و پس زمینه مشخص خواهند شد. سپس عملیات ردیابی با بهره گرفتن از فیلتر کالمن صورت گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده، این روش توانایی ردیابی اهداف با دقت بسیار زیاد را در بیش تر شرایط دارا می باشد. دومین روش پیشنهادی اساسا بر گرفته از الگوریتم تطبیق نقطه ای شناخته شده ای به نام SIFT می باشد. در این روش با ایجاد تطبیق میان نقاط کلیدی ناحیه هدف و نقاط متناظر در فریم بعدی، سعی در یافتن ناحیه هدف در فریم های متوالی می شود. مساله ردیابی نواحی هدف در دنباله فریم به وسیله فیلتر کالمن صورت می پذیرد. با توجه به این که هدف در این روش به صورت محلی بررسی می شود، این روش در موقعیت های مختلف ردیابی از قبیل محو شدگی دارای توانایی زیادی می باشد. با توجه به نمودارها و جدول های می توان نتیجه گرفت که این روش از نظر دقت در بسیاری از موارد ردیابی عملکرد به مراتب قوی تری نسبت به اکثر روش های موجود دارد.
 
فهرست مطالب
 

صفحه
عنوان
فصل 1     مقدمه-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد– 1
1-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 2
1-1-1-             ساختار سیستم های ردیابی —- 3
1-1-1-1-          دوربین -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——-   3
1-1-1-2-          هدف -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——— 5
1-1-2-             نحوه عملکرد سیستم های ردیابی ————- 6
1-1-2-1-     الگوریتم های فاقد خاصیت پیش بینی—————-   6
1-1-2-2-     الگوریتم های دارای خاصیت پیش بینی—————- 7
1-2-         تعریف مساله و مشکلات پیش رو – 8
1-3-         نحوه حل مساله ————- 10
1-4-         سر فصل ها —————- 11
 
فصل 2     مروری بر تحقیقات صورت گرفته ———— 14
2-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 15
2-2-         روش های مختص دوربین ثابت —————- 15
2-2-1-               روش تفریق پس زمینه —— 15
2-3-         روش های قابل استفاده در دوربین متحرک —— 17
2-3-1-   روش Mean Shift ————- 17
2-3-2-   روش CAM Shift ————- 20
2-3-3-   روش جریان بصری ————– 21
 
 
صفحه
عنوان
فصل 3     الگوریتم های ارائه شده به منظور آشکار سازی – 24
3-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 25
3-2-         الگوریتم پیشنهادی اول —— 26
3-2-1-               جبران سازی حرکتی به وسیله الگوریتم های تطبیق بلوکی بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——— 26
3-2-1-1-          مفهوم الگوریتم تطبیق بلوکی —— 27
3-2-1-2-          الگوریتم های جستجوی بلوک متناظر ————— 29
3-2-1-3-          به دست آوردن ناحیه متحرک تصویر —————- 33
3-2-2-               قطعه بندی تصویر به وسیله الگوریتم K-Means — 34
3-2-3-               نمودار جریان الگوریتم پیشنهادی اول ———– 37
3-3-         الگوریتم پیشنهادی دوم —— 39
3-3-1-               ساختن فضای مقیاس ——- 41
3-3-2-               استفاده از تقریب LoG — 44
3-3-3-               یافتن نقاط کلیدی در تصویر — 46
3-3-4-               حذف نقاط کلیدی غیر موثر — 47
3-3-4-1-          آشکارساز گوشه Harris – 47
3-3-4-2-          حذف نقاط با تفکیک پذیری کم با بهره گرفتن از بسط تیلور بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————- 51
3-3-5-               جهت دهی به نقاط کلیدی انتخاب شده ——— 53
3-3-6-               ایجاد خصیصه های SIFT —- 54
 
فصل 4     ردیابی توسط فیلتر کالمن – 56
4-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 57
4-2-         فیلتر کالمن ————— 57
4-3-         نوع حرکت اهداف ———– 61
4-4-         استفاده عملی از فیلتر کالمن — 62
 
 
صفحه
عنوان
فصل 5       شبیه سازی و مقایسه —— 66
5-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 67
5-2-         دنباله فریم های مورد استفاده – 68
5-2-1-   دنباله فریم اول —————- 69
5-2-2-   دنباله فریم دوم —————- 71
5-2-3-   دنباله فریم سوم —————- 73
5-2-4-   دنباله فریم چهارم ————– 75
5-2-5-   دنباله فریم پنجم ————— 78
 
فصل 6     نتایج و پیشنهادات ——- 82
6-1-         مقدمه -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 83
6-2-         نتیجه گیری ————— 83
6-3-         پیشنهادات —————- 84
فهرست منابع -بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 86
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
 

عنوان
صفحه
جدول 3-1 واریانس های مربوط به فیلتر های گاوسی بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————- 43
جدول 5-1 مقدار میانگین MSE در دنباله فریم شماره 1بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 69
جدول 5-2 مقدار میانگین MSE در دنباله فریم شماره 2بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——– 71
جدول 5-3 مقدار میانگین MSE در دنباله فریم شماره 3بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 73
جدول 5-4 مقدار میانگین MSE در دنباله فریم شماره 4بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 75
جدول 5-5 مقدار میانگین MSE در دنباله فریم شماره 5 بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 78
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
 

عنوان
صفحه
شکل شماره 2-1 الگوریتم تفریق پس زمینه —– 16
شکل شماره 2-2 الگوریتم Mean Shift ——— 19
شکل شماره 2-3 الگوریتم CAM Shift ——— 21
شکل شماره 2-4 الگوریتم جریان بصری ——– 23
شکل شماره 3-1 الگوریتم تطبیق بلوکی ——– 29
شکل شماره 3-2 الگوریتم جستجوی سه مرحله ای بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————– 32
شکل شماره 3-3 یک مرحله از الگوریتم جستجوی سه مرحله ای روی یک فریم ——- 33
شکل شماره 3-4 نمودار جریان مربوط به روش پیشنهادی اول بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—— 37
شکل شماره 3-5 پردازش نهایی الگوریتم پیشنهادی اول بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 38
شکل شماره 3-6 تصاویر خروجی مراحل مختلف الگوریتم پیشنهادی اول ————- 39
شکل شماره 3-7 ایجاد فضای مقیاس و استفاده از تقریب DoG بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 45
شکل شماره 3-8 تعیین نقاط اکسترمم ——— 47
شکل شماره 3-9 محاسبه جهت نقاط همسایه اکسترمم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———– 54
شکل شماره 3-10 محاسبه جهت نقاط در راستای 8 جهت اصلی و فرعی ————- 54
شکل شماره 3-11 ایجاد بردار توصیف گر SIFT — 55
شکل شماره 5-1 مقدار خطا با معیار MSE در دنباله فریم اول بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 69
شکل شماره 5-2 فریم های نمونه از دنباله فریم اول بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————– 70
شکل شماره 5-3 مقدار خطا با معیار MSE در دنباله فریم دوم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 71
شکل شماره 5-4 فریم های نمونه از دنباله فریم دوم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————– 72
شکل شماره 5-5 مقدار خطا هدف شماره 1 با معیار MSE در دنباله فریم سوم ——– 73
شکل شماره 5-6 مقدار خطا هدف شماره 2 با معیار MSE در دنباله فریم سوم ——– 74
شکل شماره 5-7 فریم های نمونه از دنباله فریم سوم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————- 74
عنوان
صفحه
شکل شماره 5-8 مقدار خطا هدف شماره 1 با معیار MSE در دنباله فریم چهارم ——- 76
شکل شماره 5-9 مقدار خطا هدف شماره 2 با معیار MSE در دنباله فریم چهارم ——- 76
شکل شماره 5-10 فریم های نمونه از دنباله فریم چهارم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 77
شکل شماره 5-11 مقدار خطا هدف شماره 1 با معیار MSE در دنباله فریم پنجم —— 79
شکل شماره 5-12 مقدار خطا هدف شماره 2 با معیار MSE در دنباله فریم پنجم —— 79
شکل شماره 5-13 فریم های نمونه از دنباله فریم پنجم بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———– 80
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 
 
 
مقدمه