عنوان پایان‌نامه
ارزیابی عملکرد و مدیریت منابع در کاربردهای مانیتورینگ واکنشی شبکه های سنسوری بی سیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی کامپیوتر -نرم افزار
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44068;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1704
- تاریخ دفاع
- ۲۷ بهمن ۱۳۸۸
- دانشجو
- امین محتشم
- استاد راهنما
- احمد خونساری
- چکیده
- در سال¬های اخیر با پیشرفت¬های حاصل در فناوری VLSI و تولید ادوات MEMS، شاهد فراگیر شدن شبکه های حسگر بی¬سیم و در راستای آن، نظارت بر سیستم¬های توزیع شده در مقیاس بالا بوده¬ایم. به طور کلی، در کاربردهای نظارتی، هدف اصلی می¬تواند به صورت نظارت بر روی خود شبکه (مانند تشخیص ناهنجاری درشبکه های داده¬ای) و یا نظارت بر روی محیطی که شبکه در آن تعبیه شده است (مانند نظارت بر حرکت اشیاء در شبکه¬های حسگر)، در نظر گرفته شود. به دلیل ویژگی¬های ذاتی در شبکه های حسگر از قبیل محدودیت منابع، می¬بایست نیازمندی-های خاصی از جمله کمینه کردن حجم ارتباطات، همواره مورد توجه قرار گیرد. در این پایان¬نامه، هدف ارائه رهیافت¬های بهینه برای دسته¬ای از کاربردهای نظارتی در شبکه¬های حسگر می¬باشد که در آنها به نظارت بر سرجمع¬های توزیع¬شده در شبکه با استفاده از سازوکارهای نظارت واکنشی پرداخته می¬شود. قید نظارتی برای چنین سرجمع¬هایی معمولاً به این صورت تعریف می¬شود که یک تابع خطی از مقادیر دریافتی حسگرها از محیط، از یک مقدار آستانه معین، تجاوز نکند. با توجه به اهمیت انرژی در شبکه¬های حسگر مبتنی بر باتری، محور اصلی در به¬کارگیری یک سازوکار نظارتی، اتخاذ خط مشی¬هایی است که با استفاده از آنها مصرف توان ناشی از اجرای سازوکار نظارتی، کمینه گردد. در این راستا، طراحی پارامترهای مورد استفاده در سازوکارهای نظارتی، به صورت یک مسأله بهینه¬سازی مقید بر روی توزیع تجمعی توأم پدیده-های تحت نظارت در شبکه مدل شده¬است. در این پایان¬نامه، مسأله بهینه¬سازی مذکور در ابتدا، برای سازوکار نظارتی Simple-Rate، با استفاده از نظریه دوگانی در بهینه¬سازی محدب برای دسته¬ای از توزیع¬های خوش رفتار تحلیل شده¬است که منجر به یک الگوریتم توزیع¬شده برای تنظیم پارامترهای نظارتی می¬گردد. در ادامه مسأله بهینه¬سازی بدست آمده برای سازوکار نظارتی Simple-Value برای یک شبکه حسگر با میدان تصادفی گاوسی، مورد بررسی قرار گرفته است که در آن با استفاده از روش بهینه¬سازی PSO، پارامترهای بهینه سازوکار مربوطه محاسبه شده¬اند و در پایان نیز مسأله بهینه¬سازی مذکور، برای دسته¬ای از توابع توزیع¬ احتمالی موسوم به تک¬مده، مورد بررسی قرار گرفته¬است که در آن توابع توزیع تجمعی حسگرها با استفاده از یک تابع سیگمویدی تقریب زده شده¬اند. همچنین با استفاده از شبیه¬سازی¬های متنوع، میزان بهبود کارایی روش¬های پیشنهادی در مقایسه با روش¬های سنتی، در هر فصل از این پایان¬نامه مورد اعتبارسنجی قرار گرفته¬اند. کلمات کلیدی: شبکه¬های حسگر بی¬سیم، نظارت واکنشی، الگوریتم¬های توزیع¬شده، بهینه¬سازی مقید
- Abstract
- In recent years, with advances in VLSI technology and production of MEMS tools, there has been a surge of interest in usage of wireless sensor networks and monitoring of high scale distributed systems. In general, in monitoring applications, the main objective can be monitoring the network itself (such as anomaly detection in data networks) or the environment which the network is deployed in (such as moving objects monitoring networks sensor). Due to inherent characteristics of sensor networks such as limited resources, special needs including minimizing communication burden, always should be considered. In this thesis, our goal is to present optimal approaches for a category of monitoring applications referred to as Aggregate Monitoring in WSNs. The monitoring criterion (constraint) for this kind of monitoring mechanism is usually defined as a linear function of sensors’ data which should be less than a pre-determined threshold. Considering the importance of energy in WSNs, an important issue in using a monitoring mechanism is to find policies that minimize the power consumption of the monitoring mechanism. Toward this end, parameter selection in monitoring mechanisms is formulated as a constrained optimization problem which is defined over CDF of monitoring phenomena. In this thesis, the mentioned optimization problem first is solved for Simple-Rate monitoring mechanism using duality theory in convex optimization. This solution was led to a distributed algorithm for parameter selection in monitoring mechanism for some well-behaviored CDFs. Then we analyzed optimization problem for Simple-Value monitoring mechanism to use in a Random Gaussian Field. This analysis resulted in a distributed parameter selection algorithm using PSO optimization. Finally, we used Sigmoid function to approximate CDF of some distributions called Unimodal distributions and solved optimization problem using this approximation. Using various simulation scenarios, the performance of proposed method in each chapter is evaluated. Keywords: Wireless Sensor Networks, Reactive Monitoring, Distributed Algorithms, Constrained Optimization
