ترجمه فارسی عنوان مقاله
مدیریت تحرک شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از منطق فازی
عنوان انگلیسی
Wireless sensor networks mobility management using fuzzy logic
کد مقاله | سال انتشار | تعداد صفحات مقاله انگلیسی |
---|---|---|
28368 | 2014 | 18 صفحه PDF |
منبع
Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)
Journal : Ad Hoc Networks, Volume 16, May 2014, Pages 70–87
فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
معرفی
پیشزمینه و کارهای مرتبط
کنترل تحرک مبتنی بر شبکه
کنترل تحرک مبتنی برMAC
راهاندازی تعویض کانال
کنترل تعویض کانال در WSN های صنعتی
تصمیمگیری تعویض کانال مبتنی بر آستانهی RSSI
تصمیم تعویض کانال مبتنی بر منطق فازی
نمودار 1: رفتار RSSI در بستر آزمایشی پالایشگاه
نمودار 2: اتلاف نقطه-به-نقطه، اتلاف لینک و نسبت RSSI.
کنترلر تحرک مبتنی بر منطق فازی - FLMC
انتخاب ورودی-خروجی و مقیاسگذاری
نمودار 3: کنترلر تحرک مبتنی بر منطق فازی (FLMC)
انتخاب پایگاه قاعده، متغیرهای زبانی و مقادیر
جدول 1. قواعد زبانی FLMC– پایگاه قاعده
انتخاب توابع عضویت
نمودار 4: ورودی زبانی RSSI
نمودار 5: ورودی زبانی اتلاف لینک
نمودار6: خروجی زبانی احتمال تصمیم
نمودار 7: سطح تصمیم
تصمیم تعویض کانال
ارزیابی عملکرد
سناریوی آزمایش
سناریوی تحرک
جدول 2. فرضیات/الزامات ایمنی پرسنل
برپاسازی سیستم و شبکه
نمودار 9: توپولوژی منطقی درخت
نمودار 10: قرارگیری گره
ارزیابی
جدول 3. پارامترهای تجربی
نمودار 11: عملکرد کنترلر تحرک فازی
نمودار12: مقایسهی میانگین اتلاف بستهی نقطه-به-نقطه
نمودار 13: مقایسهی مصرف توان
نمودار 14: راهاندازیها و تعویض کانالها برای راهکارهای تحرک
نمودار15: تأخیر تحویل بسته
مقایسه با راهکارهای سنتی مبتنی بر متریک منفرد
جدول 4. پارامترهای شبیهسازی
جدول 5. نتایج تجربی
پایداری و استواری سیستم
سیستم مبتنی بر منطق فازی
نمودار 17: RSSI در مقابل LL با استفاده از FLMC
نمودار18: RSSI در مقابل LL بدون FLMC
نمودار19: چگالی اتلاف لینک با FLMC
نمودار20: چگالی اتلاف لینک بدون FLMC
نمودار21: چگالی RSSI با FLMC
نمودار22: چگالی RSSI بدون FLMC
جدول 6: مقایسهی آمار اتلاف لینک
جدول 7: مقایسهی آمار RSSI
نتیجهگیری
معرفی
پیشزمینه و کارهای مرتبط
کنترل تحرک مبتنی بر شبکه
کنترل تحرک مبتنی برMAC
راهاندازی تعویض کانال
کنترل تعویض کانال در WSN های صنعتی
تصمیمگیری تعویض کانال مبتنی بر آستانهی RSSI
تصمیم تعویض کانال مبتنی بر منطق فازی
نمودار 1: رفتار RSSI در بستر آزمایشی پالایشگاه
نمودار 2: اتلاف نقطه-به-نقطه، اتلاف لینک و نسبت RSSI.
کنترلر تحرک مبتنی بر منطق فازی - FLMC
انتخاب ورودی-خروجی و مقیاسگذاری
نمودار 3: کنترلر تحرک مبتنی بر منطق فازی (FLMC)
انتخاب پایگاه قاعده، متغیرهای زبانی و مقادیر
جدول 1. قواعد زبانی FLMC– پایگاه قاعده
انتخاب توابع عضویت
نمودار 4: ورودی زبانی RSSI
نمودار 5: ورودی زبانی اتلاف لینک
نمودار6: خروجی زبانی احتمال تصمیم
نمودار 7: سطح تصمیم
تصمیم تعویض کانال
ارزیابی عملکرد
سناریوی آزمایش
سناریوی تحرک
جدول 2. فرضیات/الزامات ایمنی پرسنل
برپاسازی سیستم و شبکه
نمودار 9: توپولوژی منطقی درخت
نمودار 10: قرارگیری گره
ارزیابی
جدول 3. پارامترهای تجربی
نمودار 11: عملکرد کنترلر تحرک فازی
نمودار12: مقایسهی میانگین اتلاف بستهی نقطه-به-نقطه
نمودار 13: مقایسهی مصرف توان
نمودار 14: راهاندازیها و تعویض کانالها برای راهکارهای تحرک
نمودار15: تأخیر تحویل بسته
مقایسه با راهکارهای سنتی مبتنی بر متریک منفرد
جدول 4. پارامترهای شبیهسازی
جدول 5. نتایج تجربی
پایداری و استواری سیستم
سیستم مبتنی بر منطق فازی
نمودار 17: RSSI در مقابل LL با استفاده از FLMC
نمودار18: RSSI در مقابل LL بدون FLMC
نمودار19: چگالی اتلاف لینک با FLMC
نمودار20: چگالی اتلاف لینک بدون FLMC
نمودار21: چگالی RSSI با FLMC
نمودار22: چگالی RSSI بدون FLMC
جدول 6: مقایسهی آمار اتلاف لینک
جدول 7: مقایسهی آمار RSSI
نتیجهگیری
ترجمه کلمات کلیدی
شبکه های حسگر بی سیم - تحرک - کنترل دست به دست کردن - کنترل عملکرد - منطق فازی - ارزیابی صنعتی
کلمات کلیدی انگلیسی
Wireless sensor networks,Mobility,Handoff control,Performance control,Fuzzy logic,Industrial evaluation
ترجمه چکیده
این مقاله کنترلری نوآورانه و هوشمند را ارائه میکند، که تحرک در شبکههای حسگر بیسیم را پشتیبانی میکند. تمرکز این مقاله به خصوص روی گسترش چنین راهکار تحرکی در کاربردهای حساسی مثل امنیت پرسنل در محیط صنعتی میباشد. کنترلر تحرک مبتنی بر منطق فازیای پیشنهاد شده است تا حسگر گرههای متحرک (MN: Mobile Nodes) را در تصمیمگیری درمورد راهاندازی کردن یا نکردن فرآیند تعویض کانال و اجرا یا عدم اجرای تعویض کانال به یک موقعیت اتصال دیگر، یاری کند. برای این کار، ترکیبی از دو متریکی که در اختیار داریم، یعنی RSSI و اتلاف لینک را به کار میبریم، تا اتلافهای نقطه به نقطه را "پیشبینی" کنیم و فرآیند راهاندازی تعویض کانال را پشتیبانی نماییم. از یک تأسیسات صنعتی واقعی (پالایشگاه نفت) به عنوان محیط ارزیابی عملکرد استفاده شده است. بر اساس آزمایشات انجام شده در منطقهی مورد آزمایش در پالایشگاه نفت، کنترل تحرک پیشنهاد شده مزایای چشمگیری را در مقایسه با سایر راهکارهای سنتی در زمینهی اتلاف بسته، تأخیر تحویل بسته، مصرف انرژی، و نرخ تعویض کانالهای موفق نشان داده است،
ترجمه مقدمه
در سالهای اخیر، کاربردهای شبکههای حسگر در زمینههای بسیاری رشد داشتهاند و این از جهت قابلیت کاربرد و امکان ارتقای گستردهی آن، به خصوص در زمینهی شبکههای حسگر بیسیم (WSN) میباشد. تحقیقات روی WSN عمدتاً بر پروتکلها و الگوریتمهایی متمرکز شده است که برای کاربردهایی میباشند که معیار آنها پیادهسازی در ابعاد بزرگ، تصادفی و ایستا است و در آنها تحرک گره و اطمینان عملکرد شبکه، عواملی حیاتی در نظر گرفته نمیشوند. علاوه بر کاربردهای متنوع، شبکههای حسگر به علت آرایش ادهاک، عملکرد خودکار و تغییرات پویایی که دارند، در تعدادی از چالشهای فنی نقشی بیهمتا بازی میکنند. بیشتر کاربردهای حسگر، نیاز به بهکارگیری بدون زیرساخت و بدون دخالت بشر دارند. این مسئولیت شبکهی حسگر است که نسبت به هر تغییر فیزیکیای که در شبکه رخ میدهد، مثل اضافه شدن گرههای جدید یا نقص تعدادی از آنها، وفقپذیر باشد. علاوه بر این، منبع انرژی محدود است، و باید از آن به طور بهینه برای پردازش و ارتباطات استفاده کرد. امروزه حسگرهای کاربردی متعددی مثل مراقبت بهداشتی، اتوماسیون صنعتی، حسکردن/محاسبهی شهری، و شبکههای حسگر مربوط به وسائط نقلیه، استفاده از MN به صورت اتصال مستقیم (روی هاپ) از نقطهی جمعآوری داده (سینک) را در نظر گرفته و اجرا میکنند. با این حال انتظار میرود در آیندهای نه چندان دور، قابلیت تحرک شبکه و گرهها در شبکههای حسگر بیسیم نیز متداول گردد. بعلاوه، با وجود پتانسیلهای شبکههای WSN، بهکارگیری واقعی آنها به ندرت انجام شده و هنگامی که قابلیت حرکت کاربر لحاظ شود، مجازاً همهی آنها محدودیتهای قابل توجهی دارند. در میان سایرین، این محدودیتها شامل نیاز به تجهیزات سختافزاری اضافهای مثل آنتنهای جهتدار یا GPS، و/یا وجود روشهای موقعیتیابی میشوند. در محیطهای پرتنش، فراهم کردن نتایج مورد انتظار برای این راهکارها، به علت خصوصیات مدل انتشار ناشی از محیط فیزیکی، مشکل است [1]. گذشته از این، بیشتر راهکارهای کنونی بر پایهی نتایج شبیهسازی هستند؛ چیزی که به معنی عدم تطابق بین تحقیق و واقعیت است. پشتیبانی حرکتی انجام شده در این کار، در اصل با انگیزهی رفع نیاز به نظارت بر سلامت و وضعیت کارگران در حال حرکت در محیطهای صنعتی انجام گرفته است. فعالیتهای خطرناک بسیاری در واحدهای صنعتی وجود دارد که نظارت بر ایمنی در آنها ضروری است. به عنوان یک فعالیت این چنینی، میتوان از تمیزکاری و ارزیابی شرایط تانکرهایذخیره در پالایشگاه نفت نام برد. تانکرها محیطهای بسیار خطرناکی هستند که معمولاً دارای جوی سمی بوده و حاوی پسماند محتویات قبلی خود هستند. هنگامی که کارکنان وارد چنین محیطهای سمیای میشوند، ممکن است هوشیاری خود را از دست بدهند. بااستفاده از سیستم تعیین موقعیت و متصل کردن حسگرهای ضربان قلب یا فشار خون به کارکنان، میتوان بر وضعیت سلامت آنها نظارت نمود، تا در صورت وقوع وضعیت اورژانسی آلارمها فعال شوند. در اطراف تانکرهایی که در حال تمیز شدن هستند، حسگرهای معمول دیگری برای سایر سناریوهایی مثل نظارت بر تولید، کار گذاشته میشوند. هنگامی که یک کارگر متحرک به سمت تانکر حرکت میکند، پیامهای موقعیت از حسگر به سینک فرستاده شده، و از طریق گرههای میانی فوروارد میشود. داده ممکن است بسته به موقعیت کارگر متحرک، از طریق گرههای میانی متفاوتی ارسال گردد. برای این که به طور پیوسته اطلاعات مربوط به کارگر متحرک را دریافت کنیم، یک تکنیک مدیریت تحرک باید پیاده سازی شود، تا بدین ترتیب امکان تعویض کانال بین اکسسپوینتهای متفاوت فراهم گردد، در حالی که به طور همزمان ضمانت عملکرد بینقص را برای کاربردهای حساس حفظ کند.
پشتیبانی از گرههای متحرک در محیطهای صنعتی چیزی است که استانداردهای صنعتی کنونی مثل WirelessHart [2, 3] و ISA100 [4] توجهی خاصی به آن ندارند. WirelessHART و ISA100.11a رویکرد مدیریت شبکهی متمرکز را برای زمانبندی ارتباط و مدیریت مسیرها در به کار میگیرند. با وجود این که چنین رویکردی هنگامی که توپولوژی شبکه و الزامات کاربردی ساکن بوده و به طور سنگینی از پیش پیکربندی شدهاند مزایایی دارد، اما هیچ اطمینانی وجود ندارد که این استانداردها در شرایط پویا که شامل گرههای متحرک است چه عملکردی داشته باشند. عدم قابلیت کنترل مناسب تحرک ممکن است به مشکلاتی چون افزایش اتلاف بسته، تحویل با تأخیر داده، و افزایش زمان قطعی بیانجامد، که همهی آنها در نهایت باعث افزایش مصرف کلی انرژی میشوند.
بیهمتایی این کار سه برابر است. اول، یک کنترلر هوشمند مبتنی بر منطق فازی پیشنهاد میشود. این کنترلر به حسگر MN این قابلیت را میدهد که به صورت هوشمند تصمیم بگیرد که آیا باید فرآیند تعویض کانال را راه بیاندازند و عمل تعویض کانال به یک موقعیت جدید را انجام دهند یا خیر. دوم، یک مکان صنعتی واقعی (پالایشگاه نفت) برای ارزیابی محیط به کار گرفته شده است؛ چیزی که باعث بروز چالشهای جدیدی در زمینهی طراحی پشتیبانی تحرک میگردد. سوم، به علت این حقیقت که این سیستم بر اساس پارامترهای حالت شبکه که برای همهی حسگرهای MN در دسترس هستند طراحی شده، این رویکرد قابلیت اعمال بسیار بیشتری بر هر محیط WSN صنعتی یا مکان آزمایشی با الزامات تحرکی دارد. انتخاب سیستم منطق فازی به دو دلیل انجام شده است؛ سادگی، و این حقیقت که از آنجا که این سیستم قواعد تعریفشده توسط خبرهها که بر سیستم کنترل نظارت میکنند را پردازش میکند، میتواند برای بهبود عملکرد سیستم تغییر داده شود.
سیستم کلی در زمینهی پروژهی GINSENG سرمایهگذاریشده توسط EU ارزیابی و پیادهسازی شده است [5, 6]. کاربر نهایی این پروژه، کمپانی فعال در پالایشگاه نفت Petrogal در Sines پرتغال بوده است. پالایشگاه Petrogal تأسیسات صنعتی پیچیدهای است که شامل گسترهی وسیعی از واحدهای در حال کار میباشد، که نیاز به نظارت دقیق و کنترل عملیات حساس دارند. در حال حاضر این پالایشگاه کاملاً خودکار است، اما تماماً مبتنی بر اتصالات سیمی است. امکان ارتقای سیستم سیمی فعلی برای پشتیبانی از کاربرهای متحرک غیرممکن است. بنابراین، یک WSN واقعی در پالایشگاه به کار گرفته شده، که چندین سناریوی خاص که شامل نظارت بر کارگرهای متحرک میشوند را هدف گرفته است (سناریوی ایمنی پرسنل). در نهایت، تا آنجا که میدانیم، GINSENG تنها کاری است که استفاده از MN درون یک منطقهی صنعتی را درملاحظه میکند.
این مقاله به شکلی که در ادامه میخوانید منظم شده است. در بخش 2 اطلاعات پیشزمینه و کارهای مرتبط ارائه میشود، و در بخش 3 روشهای اساسی کنترل تعویض کانال در WSNهای صنعتی بحث شده است. بخش 4 رویکرد تحرک مبتنی بر منطق فازی پیشنهاد شده را مورد آزمایش قرار میدهد. در بخش 5 ارزیابی تجربی و آنالیز عملکرد ارائه شده است، و در نهایت در بخش 6 نتیجهگیری درمورد این کار را میخوانید.