دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران مرکزی
دانشکده فنی مهندسی، گروه برق
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد(M.Sc)

گرایش:الکترونیک
عنوان:
مدل سازی گره و محاسبه مصرف توان پردازشی شبکه های حسگر بی‌سیم به کمک شبکه عصبی
استاد راهنما:
دکتر فرداد فرخی
استاد مشاور:
دکتر رضا صباغی
پژوهشگر:
پونه پژوم
تابستان ۹۳

تقدیم به:
مادر، مهربانی مشفق
پدر، بردبار و حامی
و همسرم که نشانه لطف الهی در زندگی من است.
تشکر و قدردانی:
با تشکر فراوان از استاد گرامی جناب آقای دکتر فرخی که سخنانشان همواره چراغ راهم بوده و برایشان بهترین آرزوها را دارم.
همچنین از همه دوستان و اساتیدی که به نوعی مرا در انجام این مهم یاری نموده‌اند سپاسگزارم.
چکیده
شبکه حسگر بی سیم، شبکه ای است که از تعداد زیادی گره کوچک تشکیل شده است. گره از طریق حسگرها اطلاعات محیط را دریافت می‌کند. انرژی مصرفی گره‌ها معمولاً از طریق باتری تامین می‌شود که در اکثر موارد امکان جایگزینی این باتری‌ها وجود ندارد. بنابراین توان مصرفی گره‌ها موضوع مهمی در این شبکه ها است. و استفاده از روش‌های دقیق و سریع محاسبه توان مصرفی در طراحی سیستم‌های کم توان بسیار ضروری می‌باشد. روش تخمین توان به ۴ سطح تقسیم می‌شود: ۱)سطح سیستم، ۲)سطح RTL، ۳)سطح گیت، ۴)سطح جانمایی. دقت محاسبه توان در سطح گیت و جانمایی بین ۷۰ تا ۹۵% است. ولی مشکل محاسبه توان در این سطوح زمان شبیه سازی طولانی می‌باشد. محاسبه توان در سطح سیستم کمترین زمان شبیه سازی را دارا می‌باشد اما دقت آن بین ۴۰ تا ۷۵% است. پایین بودن دقت در سطح سیستم و طولانی بودن زمان شبیه سازی در سطح گیت و جانمایی سبب مهم شدن تخمین توان در سطح RTL شده است. در این پایان‌نامه شبیه سازی در سطح RTL انجام گرفته و توان مصرفی توسط تابع ماکرومدل پیش بینی می‌گردد. اجزای اصلی مصرف کننده توان در گره شبکه حسگر بی‌سیم در SystemC شبیه سازی شده، سپس مدار طراحی شده به بلوک های قابل سنتز در Verilog تبدیل می شوند. این بلوک ها و مجموعه های ورودی به نرم افزار Power Compiler داده شده و توان مصرفی محاسبه می شود. در روش پیشنهادی،به ازای مجموعه های مختلف ورودی ضرایبی محاسبه شده و توان پردازشی سیستم تخمین زده می‌شود. با مقایسه توان تخمینی و توان محاسبه شده، دیده می‌شود این روش از دقت خوبی برخوردار می باشد، اما در مورد بعضی از مجموعه‌های ورودی دچار اشکال است. برای یافتن ورودی مناسب جهت انجام طراحی و اطمینان از صحت تخمین انجام شده از شبکه عصبی استفاده شده است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: کلیات
۱-۱٫ توان در شبکه های حسگر بی سیم ………………………………………………………………… ۱
فصل دوم: شبکه حسگر بی سیم
۲-۱٫مقدمه ………………………………………………………………………………………………………….. ۶
۲-۲٫ مقایسه شبکه حسگر بی سیم و شبکه Ad hoc ………………………………………………… 8
۲-۳٫ کاربردها ……………………………………………………………………………………………………… ۹
۲-۴٫ عوامل مؤثر در طراحی شبکه حسگر ………………………………………………………………. ۹
۲-۵٫ توپولوژی های مختلف شبکه ………………………………………………………………………… ۱۱
۲-۶٫ لایه های شبکه ……………………………………………………………………………………………. ۱۴
۲-۷٫ پروتکل MAC……………………………………………………………………………………………. 16
۲-۸٫ استاندارد شبکه حسگر هوشمند …………………………………………………………………….. ۱۷
۲-۸-۱٫ استاندارد IEEE 1451.x …………………………………………………………………………… 17
۲-۸-۲٫ استاندارد IEEE 802.15.4 ………………………………………………………………………… 19
۲-۹٫ روش‌های کاهش مصرف انرژی در شبکه‌های حسگر ……………………………………….. ۲۲
۲-۹-۱٫ روش های چرخه وظایف …………………………………………………………………………. ۲۲
۲-۹-۲٫روش‌های داده‌گرا ……………………………………………………………………………………… ۲۳
۲-۹-۳٫روش‌های مبتنی بر قابلیت تحرک ……………………………………………………………….. ۲۳
فصل سوم: گره در شبکه حسگر بی سیم