دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق

گرایش : مخابرات سیستم

عنوان :  بررسی الگوریتم‌های ‌مسیر‌یابی در شبکه‌های رادیوشناختی

دانشگاه شیراز 

دانشکده واحد بین الملل

 پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق،مخابرات سیستم

 بررسی الگوریتم‌های ‌مسیر‌یابی در شبکه‌های رادیوشناختی

و ارائه روشی برای بهبود برون دهی شبکه

 اساتید راهنما:

دکتر علیرضا کشاورز حداد

دکتر عزیز اله جمشیدی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

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)

چکیده:

تکنولوژی رادیوشناختی برای اولین بار توسط دکتر Mitola در سال 1999 بیان شد و در سال‌های اخیر تحولی نو‌ظهور در زمینه ارتباطات رادیویی ایجاد کرده که می تواند با بکارگیری منابع طیفی موجودبه صورت هوشمندانه و مؤثر سرویس‌های بی‌سیم سریع‌تر و با قابلیت اعتماد بالاتر را فراهم آورد. البته این استفاده پویا از طیف، با پیچیدگی‌های بسیاری در زمینه طراحی پروتکل‌های ارتباطی در لایه‌های مختلف همراه است. در این پایان‌نامه مطالعات انجام شده پیرامون روش های مسیر‌یابی کارا در شبکه‌های رادیو‌شناختی و ایده‌های اساسی که منجر به ارائه این الگوریتم‌ها گردیده، را بررسی نموده ایم. با توجه به کاستی‌های موجود در طرح‌های پیشین و همچنین عوامل مؤثر در یک طراحی بهینه به استخراج یک الگوریتم مسیر‌یابی کارا برایCRAHN[1] بر مبنایAODV[2] می پردازیم که از دو تکنیک ارسال‌های چند‌کاناله و چند‌مسیره برای مقابله با فعالیت متغیر با مکان و فرکانسPU[3]‌ها بهره می‌برد. در این روش با آگاهی از تغییرات توپولوژی شبکه، اطلاعات محلی مرتبط با حفره‌های فرکانسی و مشخصه‌ های آماری الگوی عملکرد  ‌‌‌‌‌PU‌ها به انتخاب بهترین بخش از پهنای باند می‌پردازیم. همچنین متریک بهبود‌دهنده برون‌دهی را به منظور افزایش هر چه بیشتر راندمان با استراتژی انتخاب کانال مناسب ترکیب می کنیم. در ادامه شبیه‌سازی واقع‌گرایانه‌ای برای شبکه‌های رادیو‌شناختی اقتضایی ارائه شده‌است و مدلی واقعی و انعطاف‌پذیر از فعالیت کاربران اولیه و نیز چرخه رادیو‌شناختی (تشخیص، تحرک و به‌اشتراک‌گذاری طیفی) که توسط هر SU[4] انجام می‌پذیرد، پیاده‌سازی گردیده‌است. همچنین این ضمیمه امکان تبادل داده‌های میان‌لایه‌ای میان پروتکل‌های لایه‌های مختلف شبکه را فراهم می‌آورد. ایده‌های مربوط به روش پیشنهادی از طریق نرم‌افزار [5]NS2 بررسی شده است .شبیه‌سازی‌ها بهبود قابل ملاحظه‌ای را در جهت افزایش راندمان انتها به انتها نسبت به روش‌ پیشین نشان می‌دهد.

کلمات کلیدی:تکنولوژی رادیوشناختی، CRAHN، الگوریتم مسیریابی، تکنیک ارسال های چندگانه

لیست اختصارات  
ad hoc on demand distance vector AODV
automatic repeat request ARQ
bandwidth footprint product BFP
base transceiver station BTS
common control channel CCC
cognitive radio  CR
cognitive radio ad hoc network CRAHN
cognitive radio network CRN
carrier sense multiple access with collision avoidance CSMA/CA
Channel selection scheme based on minimum collision rate algorithm CSS-MCRA 
Channel selection scheme based on minimum handoff rate algorithm CSS-MHRA 
Dual diversity cognitive ad hoc routing protocol D2CARP
Differentiation factor DF
dynamic source routing DSR
expected transmission time EET
exclusive expected transmission time EETT
expected transmission time ETT
expected transmission count ETX
farthest neighbor routing FNR   
hop count HOP
Identically independent distribution i.i.d
medium access control MAC
nearest neighbor routing NNR
network simulator 2 NS2
path spectrum availability PSA
primary user  PU
radio frequency RF
route discovery message RREQ
round trip time RTT
software defined radio SDR
Signal to noise ratio SNR
secondary user SU

فهرست مطالب

 عنوان                                               صفحه

 فصل اول: مقدمه

1-1- کلیات.. 2

1-2- تکنولوژی سیستم­های رادیوشناختی. 4

1-2-1-قابلیت هوشمندی. 5

1-2-2-قابلیت دوباره شکل دهی. 5

1-3- معماری فیزیکی شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 6

1-4 – شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 7

1-4-1- اجزای شبکه. 7

1-4-2- ناهمگونی طیف.. 10

1-4-3- چارچوب مدیریت طیف.. 11

1-4-4- اشتراک‌گذاری طیف.. 12

1-5-تفاوت CRN با شبکه‌های چند‌رادیویی و چند‌کاناله متداول گذشته. 13

1-6- طبفه بندی الگوریتم‌های ‌مسیر‌یابی. 14

1-6-1- دسته بندی روشهای مسیر یابی در شبکه های رادیو شناختی اقتضایی. 16

 فصل دوم: مروری بر فعالیت‌های گذشته در پاسخ به چالش‌های ‌مسیر‌یابی

2-1- راه‌حل‌های ارائه ‌شده در پاسخ به چالش‌های شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 18

2-1-1- روش‌های مبتنی بر تداخل و توان ارسالی. 20

2-1-2- روش‌های مبتنی بر میزان تأخیر 21

2-1-3- روش‌های مبتنی بر پایداری مسیر 22

2-1-4- روش‌های مبتنی بر ماکزیمم کردن برون‌دهی 23

2-2- معیار‌های کمی متداول ‌مسیر‌یابی در شبکه‌های اقتضایی. 26

2-2-1- دسته‌بندی معیار‌های کمی ‌مسیر‌یابی. 27

2-2-2-منتخب گروه اول، HOP. 28

2-2-3- زمان رفت و برگشت به هاپ(RTT) 30

2-2-4- دفعات ارسال مورد انتظار (ETX) 31

2-2-5-زمان ارسال مورد انتظار (ETT) 33

2-2-6- زمان انحصاری ارسال مورد انتظار(EETT) 34

2-2-7- پیاده‌سازی چهار معیار انتخابی در الگوریتمAODV.. 36

2-2-8- نکات مهم در طراحی معیار کمی بهینه. 39

2-3-استراتژی‌های انتخاب کانال در CRN.. 40

2-3-1- دسته‌بندی استراتژی‌های انتخاب کانال. 41

 فصل سوم: استخراج یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با بهره گرفتن از تکنیک‌های دایورسیتی دوگانه در شبیه‌ساز NS2-CRAHN.. 44

3-1- مقدمه‌ای بر چالش‌های پیش رویCRAHN.. 44

3-2- فرضیات و مدل سیستم. 46

3-2-1-الگوی فعالیت PU‌ها 48

3-2-2- اساس عملکرد SU‌‌ها 49

3-3- مدل‌سازیCRAHN به کمک شبیه‌سازNS2. 51

3-3-1- فایل مرتبط با فعالیت PU‌ها 53

3-3-2- فایل مرتبط با رویداد‌های کانال. 53

3-3-3-مدیریت منابع طیفی. 54

3-3-4- فعالیتSU‌ها 57

3-4- ارائه یک الگوریتم مسیریابی کارایCRAHN مبتنی بر تکنیک ارسالهای چند مسیره و چند کاناله  58

3-4-1- پروتکل AODV.. 59

3-5- ارائه یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با بهره گرفتن از روش ارسال‌های دوگانه در شبکه‌های رادیوشناختی اقتضایی  67

3-5-1-الگوریتم مرحله RREQ.. 68

3-5-2-الگوریتم مرحله RREP. 70

3-5-3- پروسه  نگهداری از مسیر 71

 فصل چهارم:شبه سازی

4-1- مقایسه کارایی AODV،D2CARP و الگوریتم پیشنهادی. 74

4-2- تأثیر الگوی عملکرد PU‌ها بر راندمان شبکه. 78

4-2-1- تحلیل عملکرد 85

4-3- آنالیز ناهمگونی طیف.. 89

4-4- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب زمان تشخیص طیف.. 91

4-5- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب سرعت حرکت گره‌ها 93

4-6- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب نرخ بسته‌های RREQ.. 94

 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری. 97

5-2- پیشنهادات.. 100

فهرست منابع و مآخذ: 101

 

– کلیات

به علت افزایش تقاضا برای ظرفیت بیشتر باید شبکه‌های مخابراتی و منابع در دسترس بی‌سیم نظیر طیف (پهنای باند) به صورت کارآمدتر مورد استفاده قرار گیرند. الگوهای طراحی شبکه و تکنولوژی‌های جدید ارتباطی هم چون شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی در سال‌های اخیر پدیدار شده‌اند که دارای  قابلیت بهره­برداری از منابع طیفی  به صورت هوشمندانه  و مؤثر ‌می‌باشند.

تکنولوژی رادیو شناختی برای اولین بار توسط دکتر Mitola  در سال 1999 بیان شد [1]. و در سال­های اخیر تحولی نوظهور در زمینه ارتباطات رادیویی‌ایجاد کرده که ‌می‌تواند با بکارگیری کارآمد منابع طیفی موجود سرویس‌های بی‌سیم سریعتر و با قابلیت اعتماد بالاتر را فراهم آورد. تفاوت قابل توجه شبکه‌های رادیوشناختی با شبکه‌های بی‌سیم متداول گذشته در این است که کاربران این شبکه‌ها باید از فضای رادیویی اطراف خود آگاهی داشته و پارامترهای داخلی خود مانند توان ارسالی، فرکانس ارسالی و نوع مدولاسیون را با آن منطبق سازند، بطور کلی رویکرد سازوکارهای متداول اشتراک و مدیریت طیف درگذشته بر مبنای این فرض بود که تمام کاربران شبکه بی قید و شرط در یک فضای ثابت با هم همکاری ‌می‌کنند که این در یک شبکه‌رادیو‌شناختی پیاده نمی‌شود. اندازه گیری‌های وسیع نشان ‌می‌دهند که تخصیص ثابت فرکانس منجر به بکارگیری ضعیف طیف‌های دارای مجوز در حدود 6 درصد در بیشتر اوقات ‌می‌شود [2].

شکل1-1  نمودار به کارگیری طیف فرکانسی،  [2]

در شبکه‌های رادیوشناختی باندهای طیفی میان کاربران اولیه ([1]PU‌ها( کاربران ثانویه (SU[2]‌ها) به صورت اولویت­بندی شده به اشتراک گذاشته ‌می‌شوند همچنین کاربران هوشمند هستند و قابلیت زیر نظر داشتن، یادگیری و عملکرد بهینه  به منظور افزایش راندمان خود را دارند. اگر آن‌ها متعلق به حوزه‌های مختلفی باشند و اهداف مختلفی را دنبال کنند همکاری کامل با سایر کاربران ارمغانی برای آن‌ها نخواهد داشت، یک کاربر تنها وقتی با دیگر کاربران همکاری ‌می‌کند که این همکاری سود بیشتری را برای او فراهم آورد، علاوه بر آن فضای رادیویی اطراف کاربر به دلیل ماهیت پویا و انتشاری کانال‌های رادیویی، تحرک کاربر، وضعیت جغرافیایی، تغییرات توپولوژی و تبادل اطلاعات دائما در حال تحول است.

1-2- تکنولوژی سیستم­های رادیوشناختی

 روش‌های پویای دستیابی به طیف از طریق تکنولوژی‌های رادیو شناختی تحقق ‌می‌یابند. این سیستم‌ها دارای قابلیت اشتراک‌گذاری کانال‌های بی‌سیم به صورت فرصت‌طلبانه با کاربر اولیه بوده; در ساختارهای ناهمگون شبکه ‌می‌توانند پهنای باند بیشتری را برای کاربران فراهم کنند، این هدف تنها ‌می‌تواند به واسطه تکنیک‌های مدیریت کارآمد طیفی و روش‌های پویا تحقق یابد. نیز به موجب ماهیت پویای دسترسی به منابع طیفی و همچنین با در نظر گرفتن کیفیت سرویس‌های مختلف بسته به کاربردهای متفاوت، شبکه‌هایCRN با چالش‌هایی، مواجه ‌می‌شود. به منظور رویارویی با این چالش‌ها هر SU در شبکه باید:

  • حفره‌های فرکانسی را تعیین نماید.
  • بهترین کانال در دسترس را انتخاب کند.
  • با دیگر کاربران برای دسترسی به این کانال‌ها رقابت کند.
  • در صورت حضور ناگهانی PU‌ها، آن کانال را تخلیه نموده بخش دیگری از طیف را برای مخابره انتخاب نماید.

این قابلیت‌ها از طریق ساختارهای مدیریتی طیف تحقق ‌می‌یابند که چهارچالش عمده تشخیص طیف، تصمیم‌گیری در طیف، اشتراک‌گذاری و تحرک‌پذیری طیف را عنوان ‌می‌کنند.

تصمیم‌گیری در یک شبکه CR به صورت شکل 2 انجام‌می‌گیرد:

شکل1-2  بلوک دیاگرام  یک SUکه قابلیت شناخت هماهنگی و یادگیری از محیط را دارد. [4]

در این بخش ساختارها و چالش­های موجود در مدیریت طیف این نوع از شبکه‌ها، به ویژه توسعه شبکه‌های هوشمندی که در آن نیازی به تغییر شکل شبکه‌های اولیه نمی‌باشد عنوان شده‌است. یک سیستم رادیویی هوشمند ‌می‌تواند پارامترهای فرستنده اش را بر اساس تغییرات محیط اطرافش تنظیم کند از این رو دو تعریف در مشخصه و ساختار اصلی  CRN‌می‌توان تعریف کرد:

1-2-1-قابلیت هوشمندی

 قابلیت هوشمند بودن ‌می‌تواند بواسطه تشخیص تغییرات لحظه‌ای در محیط‌های رادیویی مشخص شود که در آن قسمت­هایی از طیف در زمان یا موقعیت خاص مورد استفاده قرار نگرفته­اند، این قابلیت به راحتی و با بازبینی توان برخی از باندهای فرکانسی حاصل نمی‌شود بلکه به روش­های پیچیده­تری برای تعیین تغییرات موقت فضایی فرکانسی، در این محیط‌ها نیازمند است، با این قابلیت ‌می‌توان حفره‌های فرکانسی را در زمان یا موقعیت خاص تعیین کرده و نتیجتاً بهترین بخش از طیف را با پارامترهای عملیاتی مناسب­تر انتخاب نمود.

1-2-2-قابلیت دوباره شکل دهی

 هوشمندی ‌می‌تواند شکل­دهی مجدد اطلاعات طیفی را به صورت پویا و با در نظر گرفتن انطباق با محیط برای مخابره روی فرکانس­های مختلف برنامه ریزی کند، همچنین یکSU‌ می‌تواند از روش­های دستیابی مختلفی که توسط طراحی سخت افزاری اش ساپورت شده ‌استفاده کند. هدف نهایی سیستم­های ‌رادیو‌شناختی انتخاب بهترین طیف از طریق قابلیت­های هوشمندی و دوباره شکل دهی ‌می‌باشد، از آنجایی که بیشتر طیف‌ها قبلا تخصیص داده شده‌اند مهمترین چالش، اشتراک‌گذاری طیف­های مجاز بدون ‌ایجاد تداخل آزاردهنده برای PU‌ها است که در شکل 3 نشان داده شده‌است. رادیوی هوشمند امکان استفاده فرصت‌طلبانه از حفره‌های طیفی را دارد، بنابراین بهترین بخش از پهنای باند آزاد  ‌می‌تواند انتخاب و با سایر SUها به اشتراک گذاشته شود و بدون ‌ایجاد تداخل با کاربران اولیه مورد استفاده قرار گیرد [3].

1-3- معماری فیزیکی شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی

 معماری کلی فرستنده گیرنده یک رادیوی هوشمند در شکل 4 نشان داده شده ‌است برای فراهم سازی این قابلیت‌ها ، SUبه یک ساختار فرستنده / گیرنده [3]RF نیاز دارد. مولفه‌های اصلی و اجزای سازنده یک فرستنده گیرنده SU عبارتند از نرم افزار رادیویی و واحد پردازشگر باند پایه که نرم افزار مشخص شد هرادیویی [4] برای آن پیشنهاد شده و در شکل 4 نشان داده شده‌است. در نرم افزار رادیویی سیگنال دریافت شده تقویت، مخلوط و تبدیل به دیجیتال ‌می‌شود، در واحد پردازش باند پایه سیگنال مدوله و دمدوله ‌می‌شود. هر جزء سازنده ‌می‌تواند از طریق یک مسیر کنترلی در تطبیق با محیط رادیویی متغیر با زمان مجددا شکل دهی شود. مشخصه‌ های جدید فرستنده گیرنده‌هایSU، نرم افزارهای رادیویی پهن باندی هستند که قابلیت تشخیص محدوده وسیعی از فرکانس‌ها را داشته باشند. این ساختار به طور عمده به تکنولوژی‌های سخت افزاری RF مثل آنتن‌های پهن باند، تقویت کننده‌های توان و فیلترهای تطبیقی وابسته است. سخت افزارهای RF برای SU باید قابلیت تنظیم شدن روی هر قسمتی از رنج بزرگ طیف را داشته باشد، اما برای فرستنده / گیرندهSU  سیگنال‌هایی از فرستنده‌های مختلف را که در سطح توان‌های پهن باند و موقعیت‌های مختلف عمل ‌می‌کنند داشته باشد، نرم افزار RF باید قابلیت آشکار سازی یک سیگنال ضعیف در یک رنج دینامیکی بزرگ را داشته باشد، از این رو این یک چالش بزرگ طراحی فرستنده گیرنده‌های  RF‌می‌باشد.

1-4 – شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی

1-4-1- اجزای شبکه

 اجزای سازنده یک شبکه CRN  درشکل 5 نشان داده شده‌اند، این اجزا را ‌می‌توان به دو گروه شبکه‌های اولیه وثانویه(CR) طبقه بندی کرد.

شکل 1-4 معماری شبکه‌رادیو‌شناختی،[3]

 – شبکه اولیه یا شبکه مجاز

– اجزای شبکه اولیه

کاربران اولیه: کاربران اولیه مجاز به انجام عملیات روی باندهای طیفی معینی هستند. اگر شبکه اولیه ساختار یافته باشد، کاربران اولیه از طریق یک ‌ایستگاه پایه کنترل ‌می‌شوند. به موجب این که کاربران اولیه برای دسترسی به طیف اولویت دارند، لذا عملکرد آن‌ها نباید تحت تاثیر کاربران ثانویه قرار گیرد. به عنوان مثال، شبکه‌های سلولی معمول و پخش TV از جمله کاربران اولیه هستند.

ایستگاه پایه اولیه:‌ ایستگاه پایه اولیه یا ‌ایستگاه پایه مجاز[5] یک جزء ثابت شبکه ساختار‌یافته ‌می‌باشد که دارای طیف مجاز در سیستم سلولار است. بطور کلی،‌ ایستگاه پایه اولیه هیچگونه قابلیتی را برای اشتراک‌گذاری با کاربران ثانویه ندارد.

تعداد صفحه :128

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

  *