سایت مرجع دانلود پایان نامه -پشتیبانی 09199970560

پایان نامه رشته هوش مصنوعی : ارتباط بین ربات های شبکه ای در موقعیت های جستجوی زیر آب

ارسال شده در سایت پایان نامه

دانلود متن کامل پایان نامه با فرمت ورد

همانطور که در فصل قبل بیان شد، UWSNها، شبکه­ای از حسگرها هستند. این حسگر­ها در محیط زیرآب به منظور جمع­آوری داده­های محیطی قرار می­گیرند و از امواج صوتی برای برقراری ارتباط استفاده می­کنند. در ادامه به معرفی و بررسی محدودیت­های امواج صوتی خواهیم پرداخت. پس از آن اجزا و معماری­های ارتباطی متداول در شبکه­ی حسگر بی­سیم زیر آب مورد بررسی قرار گرفته است و در انتها به بررسی پژوهش­های مرتبط با کنترل توپولوژی در این شبکه­ها خواهیم پرداخت.

 

2-2- امواج صوتی و محدویت­ های آن

صوت در آب به صورت دنباله­های متحرک جبهه­های فشار که “امواج” نامیده می­شوند، حرکت می­کند. این جبهه­های فشار در آب با سرعت مشخصی حرکت می­کنند. این سرعت محلی “سرعت محلی صوت” نامیده می­شود.  فاصله­ی فیزیکی جبهه­های فشار در یک صوت متحرک “طول موج نامیده” می­شود.  تعداد جبهه­های فشار گذرنده از یک نقطه در محیط و در زمان واحد یک ثانیه “فرکانس موج” نامیده می­شود. هر موج صوتی مقدار مشخصی از “انرژی صوتی” را با خود حمل می­کند. این مقدار توسط دستگاهی به نام هیدروفن[1] اندازه­گیری می­شود. این دستگاه هنگامی که جبهه­های فشار یک موج صوتی حرکت می­کنند، نوسان در فشار را اندازه­گیری می­کند. اندازه­ی این نوسان “دامنه­ موج” نامیده می­شود. هرچه انرژی صوت بیشتر باشد دامنه موج بیشتر است. فاصله­ی بین جبهه­های یک موج “طول موج” نامیده می­شود. [5]

امواج صوتی در زیرآب قابلیت شنیده شدن را دارند. صدای موج­ها، قایق­ها، کشتی­ها با وضوح مشخصی حتی در فواصل دور قابل شنیده ­شدن است. صوت در آب بسیار موثرتر از هوا حرکت می­کند. امواج صوتی برای ارتباطات زیرآب گزینه­ی بهتری نسبت به امواج الکترومغناطیسی و نوری هستند. جدول 2-1مقایسه­ای بین سه تکنولوژی موجود را نشان می­دهد. [15]

 

جدول 2-1- مقایسه ی سه تکنولوژی برای ارتباطات زیر آب

 امواج صوتیامواج الکترومغناطیسامواج نوری
سرعت انتشار1500 متر بر ثانیه300 هزار کیلومتر بر ثانیه300هزار کیلومتر بر ثانیه
پهنای باندچند کیلو هرتزچند مگا هرتز10 تا 150 مگا هرتز
باند فرکانسیدر حد کیلو هرتزدر حد مگا هرتزبین 1013 تا 1014 مگا هرتز
اندازه آنتن10 سانتی متر50 سانتی متر10 سانتی متر
برد موثرچند کیلومتر10 متر10 تا 100 متر

 

چالش های عمده ارتباطات صوتی زیر آب عبارتند از: [15]

هنگامی که یک موج صوتی پخش می­شود مقداری از انرژی خود را از دست می­دهد، بخشی از انرژی به دلیل گرمای به وجود آمده از بین می رود. انرژی از دست رفته توسط موج های منتشر شده را میرایی یا تضعیف می نامند. هنگامی که یک موج صوتی می­میرد دامنه موج آن کاهش می­یابد و به صفر می­رسد. سطح میرایی یک موج صوتی در آب وابسته به فرکانس آن موج است. هر چقدر فرکانس سیگنال بالاتر باشد، میزان میرایی سریعتر است.

  • تاخیر انتشار[3]

تاخیر انتشار صوت در زیر آب پنج مرتبه کمتر از سرعت تاخیر انتشار امواج الکترومغناطیس است. سرعت تاخیر انتشار امواج صوتی در زیر آب ثابت نیست و وابسته به میزان فشار، دما و شوری آب دارد. معادله 2- 1 یکی از معادلات معروف مدل کردن سرعت تاخیر انتشار امواج صوت در زیر آب است.

2- 1

در رابطه فوق، t دما بر حسب درجه سانتی گراد و s میزان شوری بر حسب قسمت در هزار است.

  • اتلاف تراگسیل[4]

این پدیده به علت کاهش میزان فشار صوتی منتشر شده امواج از منبع صوت رخ می­دهد. اتلاف انتشار صوت در آب دریا به دو دلیل است: اولا تضعیف که تابعی از فرکانس و برد است، ثانیا پخش که تابعی از برد است.

  • نویز

عموما در محیط زیر آب دو نوع نویز وجود دارد:

نویز انسانی: این نوع نویز ناشی از نویز ماشین­آلات (مثل پمپ­ها و…) و فعالیت­های کشتی­­رانی می­باشد.

نویز محیطی: ناشی از فعالیت­های هیدرودینامیکی­ (حرکت آب شامل جذر و مد، باران، طوفان و …) پدیده­های لرزه­ای و بیولوژیکی می­باشد.

پراش فرآیندی است که بر اثر آن انرژی صوتی در برخورد با اجسام یا قسمت­هایی از اجسام که دارای ابعادی بسیار کوچکتر از طول موج صوت هستند تغییر جهت می­دهد. علاوه بر پراکندگی از سطح و کف آب، پراکندگی در اثر اشیاء معلق در آب نیز رخ می­دهد.

  • انعکاس[6]

انعکاس هنگامی رخ می­دهد که صدا به سطح دریا، کف دریا و یا با موانع بزرگی داخل آب برخورد کند. در صورتی که سطح منعکس کننده برای مسافتی طولانی در مقایسه با طول موج صدا صاف باشد، قسمتی از انرژی صوتی موج برخورد کننده با زاویه­ای نسبت به خط قائم منعکس می شود که مساوی با زاویه برخورد است.

  • چند مسیرگی[7]

این پدیده نتیجه بروز انعکاس و پراش در امواج صوتی می­باشد. این پدیده وقتی رخ می­دهد که هنگام ارسال امواج صوتی، ممکن است این امواج در اثر برخورد با اجسام دیگر و یا سطح و کف آب از مسیر های متفاوتی به مقصد برسند و همین مسئله باعث می­شود تا برخی از این امواج نقش نویز را بازی کنند و گیرنده قادر به دریافت سیگنال صوتی اصلی نباشد. این پدیده در لینک های عمودی(گیرنده و فرستنده نسبت به هم عمود هستند) کمتر از لینک های افقی(گیرنده و فرستنده هم سطح اند) است و بستگی به عمق و فاصله بین فرستنده و گیرنده دارد.

  • اثر داپلر[8]

این پدیده بر اساس تفاوت در ادراک یک فرستنده فرکانس با گیرنده همان فرکانس به وجود می­آید. اگر گیرنده و یا فرستنده در حال ارسال یا دریافت در حال نزدیک شدن یا دور شدن از یکدیگر باشند، گیرنده نمی­تواند فرکانس ارسالی را به درستی تشخیص دهد. این مسئله نیز بر کارایی ارسال و دریافت امواج صوتی اثر سوء دارد.

کلیه عوامل گفته شده باعث می­شود تا پهنای باند ارسالی توسط امواج صوتی کاهش یابد. لینک­های صوتی زیر آب با توجه به فاصله­ای که بین فرستنده و گیرنده وجود دارد، می­توانند مطابق جدول زیر به پنج دسته تقسیم شوند. همانطور که در جدول مشاهده می­شود، با افزایش فاصله، باید پهنای باند کاهش یابد.

 

جدول 2-2- تاثیر فاصله پهنای باند در امواج صوتی

 محدوده(کیلومتر)پهنای باند(کیلو هرتز)
خیلی طولانی1000کمتر از یک
طولانی10 تا 1002 تا 5
متوسط1 تا 1010
کوتاه0.1 تا 120 تا 50
خیلی کوتاهکمتر از 0.1بیشتر از 100

 

2-3- اجزاء شبکه­ حسگر بیسیم زیرآب

معمولا شبکه های حسگر بیسیم زیر آب از اجزای زیر تشکیل می شود.

  • گره حسگر زیر آب[9]

گونه­ای حسگر است که قادر است امواج صوتی را دریافت، پردازش و ارسال نماید. درون این نوع حسگر­ها از مودم صوتی زیرآب استفاده می­شود. این مودم عمل تبدیل سیگنال صوتی به الکتریکی و بالعکس را انجام می­دهد.

گره سینک، گرهی است که مسئولیت جمع­آوری داده­ها از سایر گره­های حسگر را به عهده دارد. این گره­ها قابلیت پردازشی بیشتری نسبت به سایر گره­ها دارند. همچنین انرژی ذخیره شده در این نوع گره­ها بیشتر است. سینک­های زیرآبی مسئول هدایت داده­ها از شبکه­ی کف اقیانوس به ایستگاه­های سطحی[11] می­باشد. برای انجام عمل دریافت از حسگرها و ارسال به گره مستقر در سطح، مجهز به دو نوع گیرنده فرستنده [12] صوتی هستند. از گیرنده فرستنده افقی برای ارتباط با گره­های حسگر و از گیرنده فرستنده عمودی برای ارسال اطلاعات و دریافت فرامین از ایستگاه مستقر در سطح آب استفاده می­کند. در آب­های عمیق، گیرنده فرستنده عمودی باید محدوده ارسال زیادی داشته باشد.

  • زیرآبی­­های خودمختار [13](AUVs)

AUVها، زیرآبی­های خودمختار و هوشمندی هستند که قادر به پیمایش در زیر آب و انجام عملیات در محدوده وسیع، بدون نیاز به اپراتور انسانی هستند. این تجهیزات مجهز به انواع حسگرها جهت جمع­آوری داده در محیط زیر آب می­باشند. AUV­ها می­توانند آزادانه در محیط سه بعدی زیر آب حرکت کنند [4]. استفاده از چندین AUV در سیستم سبب مقاوم بودن آن در برابر شکست[14] و موثرتر بودن آن نسبت به حالت استفاده از یک AUV باشد [16]. در بسیاری از منابع موجود از مزایای استفاده تیمی AUVها استفاده شده است.  در [12] یک برنامه­ریز برای AUVهای همکار معرفی شده است. الگوریتم ارائه شده  قادر به شناسایی و ردیابی اهداف در محیط­های غیر پویا و پویا است. AUVها در ابتدا محیط را پوشش می­دهند. با یافتن هدف، برای اهداف غیر متحرک آن را طبقه­بندی[15] و برای اهداف متحرک، آن را ردیابی می­نمایند. در [17] از یک برآوردگر حالت[16]  چند AUV  برای تعیین موقعیت سه بعدی یک ماهی برچسب زده شده  با فرستنده صوتی استفاده شده است.

 

2-4- معماری­ های ارتباطی شبکه­ های حسگر بی­سیم زیرآب

در این قسمت، معماری­های متداول ارتباطی شبکه­ها­ی حسگر بی­سیم زیرآب توضیح داده می­شود. به طور خاص معماری شبکه­های زیرآبی دو بعدی و سه بعدی مورد توجه قرار گرفته است. در ادامه چند معماری ارتباطی زیرآبی معرفی شده است.

[1] Hydrophone

[2] Attenuation

[3] Propagation Delay

[4] Transmission Loss

[5] Diffraction

[6] Reflection

[7] Multi path

[8] Doppler spread

[9] Underwater Sensor Node

[10] Sink Node

[11] Surface Station

[12] Transceiver

[13] Autonomous Underwater Vehicles (AUVs)

[14]  Rubust to failure

[15]  Classify

[16]  State-stimator

 

مطالب مشابه را هم ببینید

141985615752731

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه ، تحقیق ، پروژه و مقالات دانشگاهی در رشته های مختلف است. مطالب مشابه را هم ببینید یا اینکه برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید فروش آرشیو پایان نامه روی دی وی دی

aca@

academicbooks@

پایان نامه ارائه ی مدل برنامه ریزی استراتژیک برای جاذبه های گردشگری
پایان نامه مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبیولوژیکی با هدف تولید انرژی و تصفیه فاضلاب
پایان نامه بررسی کارایی و مکانیسم تأثیر اوجنول در تعدیل فعالیت خودبخودی
پایان نامه مقایسه سبکهای هویت و سیستمهای فعال سازی بازداری رفتاری و سبکهای مقابله ای در معتادان و اف...
پایان نامه بررسی ارتباط انتقال مهارت های مدیریتی به زیردستان و جانشین پروری در سازمان منطقه ویژه اقت...