دستیابی به کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی
یک شبکه حسگر بی سیم از تعداد زیادی از نودهای حسگر در یک ناحیه خاص تشکیل شده است که هر یک از آنها توانایی جمع آوری اطلاعات ازمحیط را دارا می باشد و داده های جمع آوری شده را به نود سینک ارسال می کند. هر چند که به طور کلی راجع به شبکه های حسگر بی سیم تحقیقات زیادی صورت گرفته است، در مورد کیفیت سرویس در این شبکه ها هنوز به اندازه کافی کار نشده است. کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم نسبت به شبکه های سنتی بسیار متفاوت است. از آنجایی که زمینه کاربرد این شبکه ها بسیار وسیع می باشد، پارامترهای کیفیت سرویس درآنها متفاوت است. بعضی از پارامترهایی که در ارزیابی کیفیت سرویس مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: پوشش شبکه, تعداد بهینه نودهای فعال در شبکه, طول عمر شبکه و میزان مصرف انرژی.
تکنیکی که ما جهت بهبود پارامترهای کیفیت سرویس در شبکه ها ی حسگر مورد استفاده قرار داده ایم, روش هوشمند اتوماتاهای یادگیر سلولی(CLA) می باشد. اتوماتای یادگیر سلولی یک رهیافت مکاشفهای برای حل مسایل بهینهسازی پیچیده میباشد که بررسیهای اخیر برروی آن، کارایی مناسب آن را به عنوان تکنیکی برای حل اینگونه مسائل نشان داده است.
در این پایان نامه تعدادی از مسائل اساسی شبکه ها ی حسگر بی سیم مطرح گردیده و با هدف بهبود پارامترهای کیفیت سرویس این مسائل با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی حل گردیده اند.
ابتدا مسئله پوشش محیط در شبکه های حسگر را با استفاده از غیر فعال نمودن نودهای غیر ضروری و فعال نگه داشتن بهینه نودها حل می گردد. تا در مصرف انرژی صرفه جویی به عمل آمده و عمر شبکه افزایش یابد و بدین ترتیب به چند پارامتر کیفیت سرویس در شبکه های حسگر به طور همزمان توجه می گردد. سپس به مسئله خوشه بندی در شبکه حسگر پرداخته شده و با استفاده از آتوماتاهای یادگیر, شبکه های حسگر به گونه ای خوشه بندی می شوند که انرژی به صورت یکنواخت در شبکه بمصرف رسیده وعمر شبکه افزایش یابد. بنابراین در این روش خوشه بندی معیارهای کیفیت سرویس انرژی و طول عمر شبکه مد نظر قرار می گیرند. و بعد از ان با استفاده از آتوماتاهای یادگیر یک روش تجمیع داده های محیط حسگری پیشنهاد می گردد که در مصرف انرژی شبکه صرفه جویی به عمل آورده و عمر شبکه را افزایش می دهد ولذا به معیارهای انرژی شبکه, طول عمر و تعداد نودهای فعال توجه می گردد.
کلمات کلیدی: کیفیت سرویس، شبکه های حسگر بی سیم، پوشش، خوشه بندی، تجمیع داده ها، آتوماتای یادگیر
فهرست مطالب
چکیده 8
1- مقدمه 9
1-1- شبکه های حسگر بی سیم 9
1-1-1- مسائل مطرح در شبکه های حسگر بی سیم 12
1-1-2- پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم 14
1-1-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم 15
1-1-4- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر 16
1-2- کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم 17
1-2-1- کیفیت سرویس در شبکه های داده ای سنتی 19
1-2-2- کیفیت سرویس در شبکه های حسگر بی سیم 21
1-3- آتوماتای یادگیر 24
1-3-1- آتوماتای یادگیر 26
1-3-2- معیارهای رفتار اتوماتای یادگیر 29
1-3-3- الگوریتمهای یادگیری 30
1-3-4- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر 34
1-4- آتوماتای یادگیر سلولی 35
1-4-1- آتوماتای سلولی 35
1-4-2- آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 39
1-5- اهداف پایان نامه و ساختار آن 42
2- پوشش محیط در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیرسلولی 44
2-1- مقدمه.................................. .................................. 44
2-1-1- اشکال مختلف طراحی 45
2-2- دسته بندی مسائل پوشش در شبکه های حسگر 46
2-2-1- پوشش ناحیه ای 47
2-2-2- پوشش نقطه ای 50
2-2-3- پوشش مرزی................................ ................................ 51
2-3- روش پوشش CCP 53
2-3-1- فرضیات مسئله 53
2-3-2- تشریح روش................................ ................................ 53
2-4- حل مسئله پوشش(k-پوششی ) با استفاده از آتوماتاهای یادگیر 55
2-4-1- فرضیات و مدل مسئله 57
2-4-2- روش تشخیص افزونه بودن نود حسگر 58
2-4-3- شبیه سازی................................ ................................ 68
2-5- جمع بندی............................... ............................... 75
3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی 76
3-1- مقدمه.................................. .................................. 76
3-2- کارهای انجام شده 80
3-2-1- پروتکل خوشه بندی LEACH 81
3-2-2- پروتکل خوشه بندی HEED 84
3-3- خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از آتوماتاهای یادگیر 89
3-3-1- روش خوشه بندی پیشنهادی 90
3-3-2- شبیه سازی................................ ................................ 98
3-4- جمع بندی............................... ............................... 103
4- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از آتوماتاهای یادگیر سلولی................... ................... 104
4-1- مقدمه.................................. .................................. 104
4-2- کارهای انجام گرفته 105
4-3- تجمیع داده ها در شبکه های حسگر با استفاده از اتوماتاهای یادگیر 108
4-3-1- بیان مسئله و مفروضات آن 109
4-3-2- تشریح روش پیشنهادی 111
4-4- شبیه سازی.............................. .............................. 115
4-4-1- ازمایش اول............................... ............................... 118
4-4-2- ازمایش دوم............................... ............................... 118
4-5- جمع بندی............................... ............................... 119
5- نتیجه گیری 120
6- پیوست الف: شبکه های حسگر بی سیم 121
6-1- تاریخچه شبکه های حسگر 121
6-2- ساختار هر گره حسگر 122
6-2-1- اجزاء درونی یک گره حسگر 122
6-2-2- محدودیتهای سخت افزاری یک گره حسگر 124
6-3- پشته پروتکلی 125
6-4- مزایای شبکه های حسگر بیسیم 126
6-5- کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم 128
7- پیوست ب:آتوماتای یادگیرسلولی 132
7-1- تاریخچه آتوماتای یادگیر 132
7-2- معیارهای رفتار اتوماتای یادگیر 133
7-3- آتوماتای یادگیر با عملهای متغیر 135
7-4- آتوماتای یادگیر تعقیبی 136
7-5- آتوماتای یادگیر سلولی (CLA) 145
7-6- آتوماتای یادگیر سلولی باز(OCLA) 148
7-7- آتوماتای یادگیر سلولی ناهمگام (ACLA) 149
8- پیوست ج: شرح نرم افزار jsim و پیاده سازی الگوریتمهای پیشنهادی با آن 151
8-1- مقدمه.................................. .................................. 151
8-2- شبیه ساز jsim 152
8-3- پیاده سازی الگوریتم خوشه بندی پیشنهادی 153
8-4- پیاده سازی الگوریتم پوشش پیشنهادی 175
مراجع 180
فهرست شکلها
شکل 3‑1) یک مدل ساده از QoS 18
شکل 2‑1) اتوماتای یادگیر تصادفی 28
شکل 2‑9) (الف) همسایگی مور – (ب) همسایگی ون نیومن برای اتوماتای سلولی 37
شکل 2‑10) قانون 54 42
شکل 4‑1) پوشش ناحیه ای 48
شکل 4‑2)پوشش نقطه ای 51
شکل 4‑3) پوشش مرزی 52
شکل 4‑4) نود حسگر موقعیت خود و همسایگانش را می داند 59
شکل 4‑5) مربع گریدی دربرگیرنده دیسک حسگری نود حسگر 59
شکل 4‑7) تعدادی از نقاط مربع گریدی افزونه بوده و درون دیسک حسگری قرار نمی گیرند 61
شکل 4‑8) انتخاب شکل گرید به صورت شعاعی و بر روی دوایر متحدالمرکز 61
شکل 4‑9) محاسبه مکان نقاط گرید بر روی دیسک حسگری با تغییر زاویه و شعاع 62
شکل 4‑10) انتخاب نقاط گرید با فواصل یکسان و بدون افزونگی 62
شکل 4‑11) ترتیب بررسی نقاط گرید در یک مثال نمونه با f =3 63
شکل 4‑12) تعیین اندازه گرید به صورت مناسب 65
شکل 5‑1) ارتباطات تک گامی و چندگامی بدون خوشه بندی 77
شکل 5‑2)ارتباطات تک گامی و چندگامی با استفاده از خوشه بندی 78
شکل 5‑3) شبه کد الگوریتم HEED 89
شکل 2‑2) پارامترهای الگوریتم تعقیبی پیوسته CPRP 138
شکل 2‑3) الگوریتم تعقیبی پیوسته CPRP 139
شکل 2‑4) پارامترهای الگوریتم تعقیبی گسسته DPRI 140
شکل 2‑5) الگوریتم تعقیبی گسسته DPRI 141
شکل 2‑6) پارامترهای الگوریتم تعقیبی پیوسته CPRI 142
شکل 2‑7) الگوریتم تعقیبی پیوسته CPRI 143
شکل 2‑8) الگوریتم تعقیبی گسسته DPRP 144
شکل 2‑10) قانون 54 148
شکل 2‑11) اتصال یک سلول نوعی با انواع محیطها و OCLA 148
ضرورت دستیابی به فناوری هسته ای
مقدمه
انرژی هستهای از عمدهترین مباحث علوم و تکنولوژی هستهای است و هم اکنون نقش عمدهای را در تأمین انرژی کشورهای مختلف خصوصا کشورهای پیشرفته دارد. اهمیت انرژی و منابع مختلف تهیه آن ، در حال حاضر جزء رویکردهای اصلی دولتها قرار دارد. به عبارت بهتر ، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعه اقتصادی و اجتماعی بررسی ، اصلاح و استفاده بهینه از منابع موجود انرژی در آن کشور است. امروزه بحرانهای سیاسی و اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت ذخایر فسیلی ، نگرانیهای زیست محیطی ، ازدیاد جمعیت ، رشد اقتصادی ، همگی مباحث جهان شمولی هستند که با گستردگی تمام فکر اندیشمندان را در یافتن راهکارهای مناسب در حل معظلات انرژی در جهان به خود مشغول داشته اند.
در حال حاضر اغلب ممالک جهان به نقش و اهمیت منابع مختلف انرژی در تأمین نیازهای حال و آینده پی برده و سرمایه گذاریها و تحقیقات وسیعی را در جهت سیاستگذاری ، استراتژی و برنامههای زیربنایی و اصولی انجام میدهند. هم اکنون تدوین استراتژی که مرکب از بررسی تمامی پارامترهای تأثیر گذار در انرژی و تعیین راهکارهای مناسب جهت تمیزتر و کاراتر نمودن انرژی و الگوی بهینه مصرف آن میباشد، در رأس برنامههای زیربنایی اکثر کشورهای جهان قرار دارد. در میان حاملهای مختلف انرژی ، انرژی هستهای جایگاه ویژهای دارد. هم اکنون بیش از 430 نیروگاه هستهای در جهان فعال میباشند و انرژی برخی کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هستهای تأمین میشود.
ذخایر و سرمایه گذاری جهانی انرژی
براساس گزارش وزارت صنایع فرانسه ، هزینه یک نیروگاه هستهای 1400 مگا واتی معادل 15.4 میلیارد فرانک ، یک نیروگاه گاز سوز با همین ظرفیت 4.3 میلیارد فرانک و یک نیروگاه زغال سنگ یوز با ظرفیت مشابه 9 میلیارد فرانک ارزش دارد. در مقابل ، این امتیاز برای گاز ارمغانی به همراه ندارد. زیرا هزینه تولید هر کیلو وات ساعت برق تا 70 درصد به قیمت سوخت بستگی دارد.
بر اساس مطالعات انجام گرفته ، 43 سال دیگر نفت ، 66 سال دیگر گاز طبیعی و 233 سال دیگر زغال سنگ تمام خواهد شد، اما هنوز میتوان ذخایر تازه کشف کرد. اورانیوم مورد نیاز تا 60 سال دیگر وجود دارد. رآکتورهایی که از نوترونهای سریع استفاده میکنند (سوپر _ فیکس در فرانسه) قادرند از یک واحد حجم اورانیوم ، هفتاد بار بیشتر از رآکتورهای کنونی انرژی بگیرند. نفت 34 درصد ، زغال سنگ 31 درصد ، گاز 22 درصد ، انرژی هستهای 6 درصد ، سایر انرژیها 7 درصد.
تکثیر هستهای به منظور کاهش هزینهها
در مورد تولید انرژی باید به این نکته توجه کنیم که این انرژی چه خدماتی را ارائه میکند و با کدام هزینه ، که اکثرا مردم به دنبال خدمات بیشتر با دستیابی آسان و ایمنی بالا با هزینه کمتر هستند. در حال حاضر تولید برق گازی ارزانتر از دیگر سوختها میباشد و با سوخت زغال سنگ بیشترین هزینه را دارد. البته اگر موضوع عوارض آلودگی گاز کربنیک را فراموش نکنیم. در صورت وضع این مالیات ، بهای تولید گازی برق افزایش مییابد. در این میان انرژی هستهای ، تقریبا از هرگونه بحران این چنینی به دور است.
برای ساخت یک بمب هستهای با کمترین هزینه ، علاوه بر داشتن تأسیسات مربوطه ، لازم است پلوتونیومی در اختیار داشت که میزان ایزوتوپ 240 آن بیشتر باشد. این پلوتونیوم را میتوان در یک رآکتور هستهای غیر نظامی نیز تولید کرد. به همین دلیل است که آژانس بینالمللی انرژی اتمی در وین ، پیوسته رآکتورهای جهان را کنترل میکند.
کاربردهای علوم و تکنولوژی هستهای
علیرغم پیشرفت همه جانبه علوم و فنون هستهای در طول نیم قرن گذشته ، هنوز این تکنولوژی در اذهان عمومی ناشناخته مانده است. وقتی صحبت از انرژی اتمی به میان میآید، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمی و یا راکتورهای اتمی برای تولید برق را در ذهن خود مجسم میکنند و کمتر کسی را میتوان یافت که بداند چگونه جنبههای دیگری از علوم هستهای در طول نیم قرن گذشته زندگی روزمره او را دچار تحول نموده است. اما حقیقت در این است که در طول این مدت در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران و مهندسین هستهای، این تکنولوژی نقش مهمی را در ارتقاء سطح زندگی مردم ، رشد صنعت و کشاورزی و ارائه خدمات پزشکی ایفاء نموده است.
مدیریت شهری در دستیابی به توسعه پایدار گردشگری شهری
مقدمه
مراکز شهری به علت دارا بودن جاذبه های تاریخی و فرهنگی، غالباً مقاصد گردشگری مهمی محسوب می شوند. شهرها با جاذبه های متنو شامل: موزه ها، بناهای یاد بود، سالن های تئاتر، استادی وم های ورزشی، پارک ها، شهربازی، مراکز خرید، مناط با معماری تاریخی و مکان هایی مربوط به حوادث مهم یا افراد مشهور، جاذب گردشگران بسیاری هستند. بنابراین، حجم زیادی از امکانات گردشگری نظیر: محل سکونت، سرو غذا، ارتباطات حمل و نقل و سایر خدمات گردشگری، در شهرها واقع اند که بازدید کنندگان از مناط اطراف، و خود شهر، از آن ها استفاده می کنند مپاپلی یزدی و سقایی امروزه مدیریت شهری در جهان تحول اساسی یافته است شهرها مدیریت می شوند تا بتوانند رفاه و آسایش ساکنان خود را تامین کنند مدیریت شهری دارای تشکیلات وسیعی است و نقش مهمی در موفقیت برنامه ها و طرح های توسعه شهری و هم چنین رفع نیاز جمعیت، جریان عبور و مرور در شهر، رفاه عمومی، مسکن، کاربری زمین، تفریا، فرهنگ، اقتصاد، تاسیسات زیربنایی و امثال آن ها بر عهده دارد. هدف مدیریت شهری، ارتقای شرایط کار و زندگی جمعیت ساکن، در قالب اقشار و گروه های مختلت اجتماعی و اقتصادی و حفاظت از حقوق شهروندان، تشویق به توسعه اقتصادی و اجتماعی پایدار و حفاظت از مدیریت شهری باید برای شهر برنامه ریزی کند، فعالیت های : محیط کالبدی است (سعیدنیا) شهری را سازمان دهد و بر فعالیت های انجام شده نظارت کند و حتی برای انجام بهینه امور انگیزه ایجاد کند انجام چنین مواردی به آگاهی از اصول مدیریت، برنامه ریزی، ارتباطات، انگیزش، سازماندهی، هدایت و رهبری و نظارت و کنترل باز می گردد.
سازمان گردشگری در بیانیه ی مانیل،گردشگری را نیاز اساسی در هزاره سوم معرفی کرده است. شهرها یکی از پربیننده ترین مقاصد گردشگری جهان به شمار می آیند که هر ساله پذیرای میلیون ها نفر گردشگرند . مدیریت گردشگری اکنون به فعالیتی مهم بدل گشته است که جریان کارها، اقدام های اجتماعی و تغییرات
فضایی فراوانی را به ویژه در کشورهای اروپایی شکل می دهد مکازس، 31:3113 . همه کشورها اعم از توسعه یافته، در حال توسعه و توسعه نیافته ها پذیرفته اند که هر توسعه ای تنها با برنامه ریزی امکان پذیر است. این موضوع ، به خصوص در ارتباط با توسعه پایدار بیش تر اهمیت می یابد. توسعه گردشگری پایدار، به دلیل اهمیت آن و آثار بالقوه مثبت و منفی اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، سیاسی و زیست محیطی که به همراه دارد، بدون برنامه ریزی امکان پذیر نخواهد بود. به طور کلی برنامه ریزی قادر است نقش کلیدی در حل تضادهایی که این توسعه می تواند ایجاد نماید، ایفا کند. توسعه گردشگری از ی سو می تواند آثار و منافع مثبت اقتصادی، اجتماعی فرهنگی و حتی زیست محیطی در جامعه ی گردشگر پذیر داشته باشد و از سوی دیگر، آثار منفی در ابعاد مختلت، به خصوص در بعد زیست محیطی، به دنبال داشته باشد. ایجاد تعادل در این زمینه به گونه ای که آثار مثبت بیش از آثار منفی باشد، نیازمند اتخاذ سیاستهای اصولی از طری فرآیند برنامه ریزی و مدیریت است. مدیریت گردشگری خصوصا گردشگری پایدار در بسیاری از کشورها، به منزله نمادی از هویت فرهنگی، طبیعی، انسانی از بخش های مهم اقتصادی محسوب می شود. از این رو، پایداری در گردشگری، مستلزم توجه نظام مند به ابعاد فنی، فرهنگی، سیاسی، اقتصادی، تاریخی و زیست محیطی در حرکت به سوی استفاده از جاذبه های گردشگری مطاب با نیاز امروز و حفظ و ماندگاری این منابع برای آینده است مموایی هشتجین و پژوهش حاضر به دنبال بررسی و سنجش متغیرهای ضروری عملکرد مدیریت شهری در رابطه با توسعه ی پایدار گردشگری شهری است، تا با ارزیابی این متغیرها، عملکرد مدیریت شهر کرمانشاه، در رابطه با توسعه ی پایدار گردشگری شهری بررسی گردد و راهکارهای عملی در جهت بهبود وضع موجود و در نتیجه ی توسعه شهر ارائه شود. هدف، شناسایی نکات و عواملی است که در ارتباط با عملکرد مدیریت شهری، در رابطه با توسعه ی پایدار گردشگری شهری، آثار مثبت دارند. یافته های پژوهش حاضر می تواند مدیران شهری را در با بردن سطا توسعه پایدار گردشگری شهری و افزایش رضایت محلی و هم چنین رضایت گردشگران با کم ترین آسیب محیطی، یاری رساند
چکیده
امروزه مدیریت شهری تحول یافته است . شهرها برای رفاه و آسایش بیش تر شهروندان مدیریت می شوند. مدیریت شهری، نقش مهمی در موفقیت برنامه ها و طرح های توسعه شهری، به عهده دارد. این موضو ، به خصوص در ارتباط با توسعه پایدار بیش تر اهمیت می یابد. شهرها به علت دارا بودن جاذبه های طبیعی، تاریخی و فرهنگی، از مقاصد گردشگری محسوب می شوند. توسعه گردشگری شهری آثار مثبت و منفی اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و زیست محیطی به دنبال دارد، ایجاد تعادل در این زمینه، به گونه ای که آثار مثبت بیش از آثار منفی باشد، نیازمند اتخاذ سیاستهای مدیریتی قوی است. بنابراین، پایداری در گردشگری شهری، مستلزم توجه نظام مند به ابعاد فنی، فرهنگی، سیاسی، اقتصادی، تاریخی و زیست محیطی است تا استفاده از جاذبه های گردشگری، مطاب با نیاز امروز و حفظ و ماندگاری این منابع برای آیندگان باشد. هدف مقاله ی حاضر، بررسی متغیرهای ضروری عملکرد مدیریت شهری، در ارتباط با توسعه گردشگری پایدار شهری در شهر کرمانشاه است. نتایج حاکی از آن است که بین مدیریت یک پارچه شهری و همکاریهای متقابل مدیران شهری و مردم محلی با دستیابی به توسعه ی پایدار گردشگری شهری رابطه مثبت و مستقیم وجود دارد، یعنی هر مقدار مدیریت شهری هماهنگتر باشد و ارتباطات بیش تر بین مدیریت شهری و مردم محلی برقرار شود، به همان اندازه امکان دستیابی به توسعه ی پایدار گردشگری شهری بیش تر خواهد شد.
واژگان کلیدی
مدیریت، توسعه پایدار، گردشگری شهری، کرمانشاه