بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای مش بیسیم بعنوان نوع ویژهای از شبکههای موردی بیسیم در نظر گرفته میشود. شبکههای مش بیسیم برمبنای همبندی مش هستند که در آن هر گره از طریق پیوندهای بیسیم به یک یا چند گره متصل میشود که امکان انتقال اطلاعات را در بیش از یک مسیر فراهم میسازد. افزونگی مسیر، ویژگی قوی همبندی مش است. کارایی و عملکرد خوب شبکههای مش بیسیم به میزان زیادی به قرارگیری گرههای مسیریابهای مش در سطح گسترش جغرافیایی برای دستیابی به اتصال شبکه، پایداری و پوشش کلاینت بستگی دارد. مسائل جایگذاری گره در بیشتر کاربردها، مانند مکانیابی تجهیزات، لاجیستیک و سرویسها مطرح میشوند.
در چنین مسائلی، تعداد مشخصی تجهیزات بالقوه برای سرویسدهی به مشتریان وجود دارد. هدف، یافتن مکانهای تجهیزات است طوریکه هزینهی سرویسدهی به تمام مشتریان برای برخی توابع معیار بهینه میشود. بنابراین در این پایاننامه یک راهکار تحلیل سلسلهمراتبی فازی برای جایگذاری گرههای مسیریاب در شبکههای مش ارائه میشود که میتواند هزینه مسیریابی را کاهش داده و کارایی شبکه را افزایش دهد. در این پژوهش از محیط متلب برای شبیه سازی و مقاسه روشها استفاده شده است. در این پژوهش، جایگذاری گره های مسیریاب در شبکه های مش بیسیم با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازی را با دو الگوریتم جایگذاری گرههای مسیریاب مش با استفاده از جستجوی ممنوعه و جایگذاری گره مسیریاب با بهینهسازی ازدحام ذرات با ضریب ساخت و آنالیز همگرا، مقایسه کردیم که استفاده از روش پیشنهادی، ضمن افزایش کارایی شبکه، هزینههای مسیریابی در شبکه را نیز بهمیزان قابل توجهی کاهش میدهد.
کلمات کلیدی: شبکه مش بیسیم، مسیریاب، جایگذاری گرهها، کارایی، هزینه مسیریابی، سلسله مراتبی.
.1 مقدمه
در این پژوهش یک راهکار جدید انتخاب و جایگذاری گرههای مسیریاب در شبکههای مش بیسیم، با استفاده از فرآیندهای تحلیل سلسله مراتبی فازی1 ارائه میشود. ایرادی که در روشهای قبلی وجود دارد، استفاده از یک یا دو معیار جهت جایگذاری گرههای مسیریاب در شبکههای مش بیسیم است؛ بنابراین در این پژوهش یک راهکار تحلیل سلسله مراتبی فرآیندهای فازی، به منظور جایگذاری بهینه گرههای مسیریاب، در شبکههای مش بیسیم ارائه میشود که از ترکیب محدویتهای همبندی و جغرافیایی بهمنظور انتخاب محل مناسب و گره مسیریاب مناسب، برای جایگذاری در شبکههای مش بیسیم، استفاده میکند. روش پیشنهادی با استفاده از روند تحلیل سلسله مراتبی فرآیندها، محدویتهایی از قبیل برد رادیویی، تراکم گرهها، توان عملیاتی گرههای مسیریاب و قابلیتاطمینان گرههای مسیریاب در ارسال اطلاعات را ترکیب نموده و با استفاده از آن مکان و گره مسیریاب مناسب را برای جایگذاری در شبکههای مش بیسیم تعیین میکند.
استفاده از روش پیشنهادی، ضمن افزایش کارایی شبکه، هزینههای مسیریابی در شبکه را نیز بهمیزان قابل توجهی کاهش میدهد. در این پژوهش ابتدا روند شبیه سازی بیان می شود، سپس نتایج حاصل از شبیه سازی در نرک افزار متلب ارائه می شوند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی به منظور مقایسه کارائی، سطح انرژی باقیمانده جهت ادامه مسیر، تعداد گره های مرده در شبکه و زمان اجرا با دو الگوریتم جایگذاری گره های مسیریاب با استفاده از الگوریتم جستجوی ممنوعه [11] و جایگذاری گره مسیریاب با بهینه سازی ازدحام ذرات با ضریب ساخت و آنالیز همگرا [9] مقایسه می شوند. و نتایج حاصل از مقایسه در قالب نمودار گرافیکی نشان داده خواهند شد.
.2 کارهای قبلی
روش جستجوی ممنوعه، بعنوان الگوریتم جستجوی محلی سطح بالا از مکانیزمهای مناسبی برای هدایت جستجو با هدف انجام کاوش هوشمند فضای جستجو استفاده میکند که در نهایت به جلوگیری از افتادن در دام بهینههای محلی کمک میکند. بنابراین، هدف، اصلاح یکی از بحث-های اصلی روشهای جستجوی محلی یعنی جستجوی بلااستفاده در همسایگی بهینههای محلی بدون بهبودهای قابلتوجه به دلیل ملاقات مجدد راهحلها یا مسیرهای راهحلهای قبلا کاوش شده است که با دادن وضعیت ممنوعه به راهحلهای ملاقات شده در جستجوی اخیر بدست میآید.[10,11]
ایدهی اصلی الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات، شبیهسازی رفتار اجتماعی مجموعه ذراتی است که به دنبال منبع غذا در فضای جستجوی چند بعدی هستند. چنین فرض میشود که هر ذره دارای یک مکان و سرعت است که در هر تکرار بروزرسانی میشوند. هر ذره در مسیر منبع غذا با راهنمایی بهترین مکان محلی مشخصاش و همچنین بهترین مکان سراسری مشخص حرکت میکند. منبع غذا با راهحل بهینه سراسری مسئله بهینهسازی مربوطه در ارتباط است، در حالیکه مکان هر ذره در فضای جستجو با راهحل کاندید در ارتباط است.
بنابراین، راهحل بهینه سراسری در صورتی بدست میآید که تقریبا تمام راهحل-های کاندید به سمت مکان یکسانی در فضای جستجو حرکت کنند. در روش پیشنهادی، ابتدا نمایش راهحل هر ذره سپس، تابع برازندگی استفاده شده در راهکار بهینهسازی ازدحام ذره و طرح بروزرسانی مکان-های هر ذره ارائه شده و در نهایت، الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذره برای مسئله جایگذاری گره مسیریاب پویا ارائه میشود.[9] الگوریتم ژنتیک یک راهکار قوی برای حل موثر مسئلهی جایگذاری گرههای مسیریاب مش در شبکههای مش بیسیم است. پارامترهای متعددی در الگوریتم ژنتیک نقش دارند: سایز جمعیت، سایز جمعیت میانی، تعداد گامهای تکامل، احتمال ترکیب، احتمال جهش و پارامترهایی برای استراتژیهای جایگذاری.
از طرف دیگر، تعدادی عملگر ژنتیک موجود است: عملگرهای ترکیب، عملگرهای جهش، عملگرهای انتخاب و عملگرهای جایگذاری. از آنجاییکه مقادیر با محدوده بزرگ بالقوهای برای پارامترها و نسخههای مختلف عملگرها وجود دارند، تنظیم دقیق آنها برای کارایی الگوریتم ژنتیک از اهمیت زیادی برخوردار است. عملگرهای انتخاب استفاده شده در روش پیشنهادی برمبنای تکنیک نگاشت مجدد برازندگی ضمنی هستند. باید توجه داشت که عملگرهای انتخاب عملگرهای کلی هستند و به رمزگذاری افراد وابسته نیستند.[6]
گروه تحقیقاتی خافا - Xhafa F., 2011 - ، راهکار تابکاری شبیهسازی شده را برای جایگذاری گرههای مسیریاب مش در شبکههای مش بی-سیم پیشنهاد کرده است. مدل بهینهسازی از دو هدف بیشینه سازی، یعنی سایز بزرگترین مولفه در شبکه و پوشش کاربر استفاده میکند. هر دو برای گسترش شبکههای مش بیسیم مهم هستند؛ اندازهی بزرگترین مولفه در شبکه برای دستیابی به اتصال شبکه مهم است، در حالیکه پوشش کاربر، شاخصی از کیفیت سرویس در شبکههای مش بیسیم است .[10]جدول 1 روشهای موجود را با هم مقایسه میکند.
.3 روش پیشنهادی
روند تحلیل سلسلهمراتبی، از روش تصمیمگیری چند شاخصه2 برای تصمیمگیری استفاده میکند و از بین چندین گزینه، یک گزینه را انتخاب میکند. این روش در روند تصمیمگیری استفاده میشود. روند تحلیل سلسله مراتبی نشان دهنده رفتار طبیعی و فکر انسان است. این روش، مسائل پیچیده را تجزیه و تحلیل کرده و آنها را به صورت ساده تغییر و پس از آن شروع به حل آنها میکند.[12] روند تحلیل سلسله مراتبی شامل مراحل زیر است:
در این مرحله، اهداف تصمیمگیری، به صورت سلسله مراتبی از عناصر تصمیم در نظر گرفته میشوند که با همدیگر در ارتباط هستند. عناصر تصمیم، معیارها و گزینههای تصمیمگیری هستند. شکل - 1 - ساختار روند تحلیل سلسله مراتبی را نشان میدهد. این مرحله بهعنوان اولین مرحله، نقش تعیین کنندهای در حل صحیح مسئله دارد، زیرا بعنوان شالودهای برای سایر مراحل است.
-1-3 مرحله ایجاد ماتریس تصمیم مقایسه زوجی
با توجه به هر معیار، ماتریس مقایسه زوجی گزینههای مختلف ساخته میشود و همچنین ماتریس مقایسه زوجی معیارها، برای بهدست آوردن وزن معیارهای تصمیمگیری ایجاد میشود. در این روش، عناصر موجود در هر سطح با عناصر مربوطه در سطح بالاتر دو به دو مقایسه و وزن آنها محاسبه میشود. این وزنها، وزن میانگین نامیده میشوند و برای دستیابی به وزن نهایی همه گزینهها باهم ترکیب میشوند. در ابتدا یک ماتریس n - ×n نشان دهنده تعداد معیارها - را در نظر گرفته میشود، ماتریس تصمیمگیری - ماتریس - A و ارتباط بین عناصر آن را به ترتیب میتوان با استفاده از روابط - 1 - و - 2 - تعریف کرد. عنصر سطر i و ستون j ام از ماتریس - aij - A، نشاندهنده چگونگی اهمیت هدفiنسبت به هدف j است، این اهمیت با یک مقدار صحیح از 1 تا 9 اندازهگیری میشود، این اعداد در جدول 2 نشان داده شدهاند مقادیر این جدول به صورت اختیاری بوده و میتوان مقادیر کمی تعریف شده در آن را که بیانگر اهمیت هستند، بسته به شرایط موجود در مسئله
