بخشی از مقاله
چکیده
یک شبکه حسگر از تعداد زیادی گرههای حسگر تشکیل شده که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمعآوری اطلاعات از محیط میپردازند. نکته مهم و کاربردی این ا ست کهلزوماً مکان قرار گرفتن گرهها، از قبلتعیینشده و مشخص نیست. یکی از مهم ترین چالشهای این شبکه ها کمبود منابع موجود در گره های حسگر است. با توجه به اینکه گره های حسگر در تعداد زیاد مورد استفاده قرار می گیرند، هزینه کم در تولید گره ها از اصلی ترین معیارهای طراحی شبکه های حسگر بی سیم است. از جمله منابع محدود در این شبکه منابع انرژی است و نیز از مزایای کاربردی این شبکه ها عدم نیاز به کابل کشی و عدم نیاز به ثابت بودن گره ها می باشد و باعث استفاده روزافزون از این نوع شبکه می باشد. معمولا در گره های حسگر از باتری استفاده می شود که قابل جایگزینی نیست. لذا استفاده کارآمد از انرژی باتری موجود در گره ها حیاتی است. دو روش کارآمد جهت بهبود کارآیی مصرف انرژی پوشش و زمانبندی فعالیت گره ها است. هرچه بتوان با تعداد گره کمتری ناحیه هدف را پوشش داد مصرف انرژی بیشتر کاهش می یابد. در کنار مسئله پوشش می توان با زمانبندی فعالیت گره های حسگر بصورتی کارآمد انرژی موجود در گره ها را مصرف نمود.در این مقاله یک روش برای افزایش طول عمر شبکه با استفاده از اتوماتای یادگیر ارائه شده است که در آن هر گره در شبکه را به اتوماتای یادگیر مجهز می کنیم.آتوماتای یادگیردرهرگره وظیفه انتخاب گره برای انجام عملیات پوشش لایه ای را بر عهده دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی روش پیشنهادی نشان می دهد که این روش طول عمر شبکه را نسبت به روش خواب مستقل تصادفی افزایش می دهد .
کلمات کلیدی :شبکه های حسگر بی سیم ، پوشش شبکه ،پوشش مبتنی بر پوشش لایه ای ، زمانبندی حسگر، اتوماتای یادگیر
.1 مقدمه
یکی از ملاک های مهم برای شروع پوشش این است که قادر باشیم یک شبکه حسگر موثررا طوری قرار بدهیم که استراتژی محل گره بهینه را پیدا کند . بخش گره ها در یک میدان دریافت بزرگ نیاز به کنترل توپولوژی موثر دارد . [1,2] هر یک از گره ها می توانند به صورت دستی در محل های از پیش تعیین شده قرار بگیرند یا از یک هواپیما پخش شوند . البته پس از این که حسگر ها به صورت تصادفی در محل های کاربردی زیادی پخش شدند ، یافتن یک استراتژی گسترش تصادفی به طوری که هزینه را کم کند ، ارتباطات و محاسبات را کاهش دهد ، خطاهای گره را بهبود بخشد ، و درجه بالایی از پوشش ناحیه را فراهم کند مشکل است . [3] هدف از پوشش ناحیه می تواند همانند یک معیاری از کیفیت سرویس - QOS - در شبکه حسگر معرفی شود . برای این منظور هر نقطه در میدان دریافت به وسیله محدوده های دریافت پوشش داده شود به خصوص وقتی گره ها در یک میدان دریافت پخش می شوند . انها به فرم یک شبکه ارتباطی هستند که می توانند به صورت پویا در هر لحظه از زمان تغییر کند ، وابسته به توپولوژی ناحیه جغرافیایی تفکیک میان گره ها ، توان باتری باقی مانده ، ایستا بودن و حرکت موانع ، حضور نویز و سایر فاکتورها می باشند . سازماندهی ادامه مقاله بدین صورت می باشد : در بخش 2اتوماتای یادگیر توضیح داده شده است .در بخش 3 روش پیشنهادی توضیح داده می شود و در بخش 4نتایج بدست امده از اجرای روش پیشنهادی توضیح داده می شود و بخش 5مربوط به جمع بندی می باشد .
-2اتوماتای یادگیر
اتوماتای یادگیر ماشینی با حالات محدود است که می تواند تعداد محدودی عمل را انجام دهد . هر عمل انتخاب شده ، توسط یک محیط تصائفی ارزیابی شده و پاسخی به اتوماتای یادگیر داده می شود . اتوماتای یادگیر از این پاسخ استفاده نموده و عمل خودرا برای مرحله بعد انتخاب می کند . در طی این فرایند ، اتوماتای یادگیر فرا می گیرد که چگونه بهترین عمل را از بین اعمال مجاز خود انتخاب کند . محیط احتمالی را میتوان بصورت ریاضی با یک سه تایی بیان نمود[4] در یک محیط ایستا2 مقادیر Ci بدون تغییر باقی میمانند، حال آنکه در یک محیط غیرایستا3 این مقادیر در طی زمان تغییر میکنند.حالت دیگر زمانی است که محیط تصادفی نباشد یعنی قطعی باشد، در اینصورت کافی است که اتوماتا تمام عملها را انجام دهد تا آن عملی را بیابد که حداکثر پاداش را دارد. در حالتیکه پاسخ محیط برای هر عمل تصادفی باشد، یک راه حل آن است که هر عمل را برای چندین بار انجام دهیم و میانگین پاسخ برای آن عمل را بدست آوریم. اشکال این روش نیز آن است که آزمایشات بسیاری برای عملهایی که مطلوب نیستند، به هدر میرود.ارتباط بین اتوماتای تصادفی با محیط به همراه الگوریتمهای یادگیری، اتوماتای یادگیر تصادفی را تشکیل میدهد:
اتوماتای یادگیر تصادفی را با پنج تایی زیر نمایش می دهند:
