عنوان پایان‌نامه
استفاده از روش های برداشت انرژی در شبکه های هوشمند درونی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-سیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2382;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60850
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- حمید پناهی
- چکیده
- شبکه‌های هوشمند امروزه به مبحث داغ علمی روز تبدیل گردیده است و تحقیقات زیادی بر روی این شبکه‌ها در حال انجام است. نسل آینده شبکه‌های قدرت، این شبکه‌ها خواهند بود که در آن شبکه‌های حسگر بی‌سیم نقش کلیدی بر عهده خواهند داشت. شبکه‌های حسگر نسل جدیدی از شبکه‌ها هستند که به طور معمول، از تعداد زیادی حسگر ارزان‌قیمت تشکیل‌شده‌اند و ارتباط این حسگرها به صورت بی‌سیم صورت می‌گیرد. هدف اصلی در این شبکه‌ها، جمع‌آوری اطلاعاتی در مورد محیط پیرامون حسگرهای شبکه است. نحوه عملکرد کلی این شبکه‌ها به این صورت است که حسگرها اطلاعات مورد نیاز را جمع‌آوری می‌کنند و سپس آن‌ها را به سمت گیرنده ارسال می‌کنند. نحوه انتشار اطلاعات در این شبکه‌ها تا حد زیادی مشابه انتشار اطلاعات در شبکه‌های اقتضایی (ad-hoc) است به این معنی که انتقال اطلاعات به صورت حسگر به حسگر، صورت می‌پذیرد. تفاوت عمده شبکه‌های حسگر با شبکه‌های موردی، منابع انرژی محدود و قابلیت پردازشی نسبتاً پایین آن‌هاست که این موارد باعث شده تا انتشار اطلاعات، یکی از مسائل عمده و قابل‌بحث در این شبکه‌ها باشد. روش‌های برداشت انرژی در این شبکه‌ها کمک شایانی به بزرگ‌ترین مشکل این شبکه‌ها که بحث انرژی حسگر است، خواهد کرد. در کنار این روش‌ها باید پروتکل‌های MAC متناسب با وضعیت جدید که استفاده از انرژی محیط به جای انرژی باطری است طراحی گردد. در بخش اول این پایان‌نامه ابتدا پروتکل‌های MAC معرفی‌شده برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم را بررسی و مقایسه می‌کنیم. سپس عملکرد تعدادی از این پروتکل‌ها را در محیط‌های برداشت انرژی، بر اساس تعداد حسگرهای موجود در شبکه بررسی می‌کنیم. در ادامه مدل جدیدی برای رفتار حسگرهای موجود در شبکه‌های خطی ارائه خواهیم داد که شامل دو مدل صف است، یکی از این مدل‌ها برای توصیف رفتار حسگر در انتقال داده و دیگری جهت توصیف رفتار حسگر در مصرف انرژی بکار می‌رود. با استفاده از این مدل‌ها عملکرد حسگرها در یک شبکه با توپولوژی خطی در محیطی با قابلیت برداشت انرژی بررسی می‌شود و راهکارهایی جهت کاهش زمان انتظار و احتمال خطای سیستم ارائه می‌شود. نشان داده می‌شود که با استفاده از این راهکارها و مدل طراحی‌شده، می‌توان به رابطه‌ای مفید بین مصرف انرژی، نرخ برداشت انرژی و زمان سرویس داده‌ها و نیز سایز بافرهای داده و انرژی در حسگر دست یافت که در طراحی شبکه‌های حسگر بی‌سیم در محیط‌های برداشت انرژی با فاکتورهای دلخواه کمک شایانی خواهد کرد. کلمات کلیدی: شبکه‌های حسگر بی‌سیم، شبکه‌های هوشمند، برداشت انرژی، پروتکل لایه MAC، نظریه صف
- Abstract
- Smart grids have become one of the most attractive research topics due to their great advantages in power systems. A key component of the smart grids is wireless sensor networks (WSNs). WSNs are composed of cheap sensors that are connected to each other in a wireless fashion. These sensors measure the environmental conditions and send them to a sink (receiver) for further processing. The sensors are often distributed randomly in a region and thus build an ad hoc network. Sensors in WSNs have typically very limited processing and battery power. Therefore, appropriate energy harvesting strategies in these networks can significantly improve their lifetime. This, in turn, necessitates new medium access control (MAC) protocols which are designed in accordance to the so-called strategies. In this thesis, we first introduce several well-known MAC protocols for WSNs. Then, we compare the performances of these protocols in energy harvesting environments based on the number of available sensors. Next we propose a model for expressing the behavior of the sensors in a network with linear topology. Our model is composed of two queuing models: one expressing the sensor's data transmission behavior and the other its energy consuming trend. Using our model, we evaluate the performance of a WSN with linear topology making use of energy harvesting and propose solutions for reducing the error probability and waiting time. We show that using our proposed method, one can achieve a useful relationship between energy consumption, energy harvesting rate, service time of data packets, data buffer size and energy buffer size which help us to design a WSN with arbitrary factors in an energy harvesting environment. Keywords: Wireless Sensor Networks (Wsns), Smart Grids, Energy Harvesting, Medium Access Control (MAC) Protocols, Queuing Theory
