بحث متقدم
ترتيب حسب
فلترة حسب
إن البيوت المحمية ذات أهمية كبيرة في المجال الزراعي فهي تؤمن البيئة المناسبة والهامة لنمو وإنتاج النباتات المختلفة بغض النظر عن الظروف البيئية المحيطة, إن المراقبة والتحكم في هذه البيوت يعتبر أمر ضروري وهام من أجل توفير البيئة المطلوبة والحصول على أف ضل إنتاج, لذلك فان الغاية من هذا المشروع هي دراسة مراقبة هذه البيوت والتحكم بها باستخدام شبكات الحساسات اللاسلكية والتي تعتبر من الطرق الحديثة والبسيطة لما توفره من دقة في العمل وجهد قليل وبالتالي إنتاج أفضل وستكون الدراسة من أجل عدة تشكيلات وتصاميم لنموذج البيت المحمي وإجراء المحاكاة باستخدام برنامج ال OPNET لتحديد أي من التصاميم هو الأفضل للحصول على عمل أفضل على أرض الواقع.
يلعب تخفيض استهلاك الطاقة للعقد المختلفة في شبكات الحساسات اللاسلكية دوراً هاماً وأساسياً في إطالة عمر هذه الشبكات. وكي لا يكون استهلاك الطاقة في بعض العقد كبيراً، وفي بعض العقد أقل، أو حتى صغيراً، فإن اختيار خوارزميات توزيع أدوار العقد، بين عقد طرفي ة، وعقد توجيه، وتبديل هذه الأدوار، يلعب دوراً هاماً في إطالة عمر شبكات الحساسات اللاسلكية. يقدم هذا البحث خوارزمية لتوزيع الأدوار بما يسمح بتشكيل نماذج شجرية متعددة لشبكة واحدة. وهذا يقدم الإمكانية لمنسق الشبكة بتبديل أدوار العقد مركزياً بتبديل النموذج الشجري كلما دعت الحاجة حسب مؤشرات استهلاك الطاقة في العقد. وتظهر النتائج أن استخدام الخوارزمية يؤدي إلى تحسن كبير في زمن حياة الشبكة يتراوح بين 2 و 4 مرات، وذلك حسب السماح بنوم واستيقاظ العقد أو عدم السماح بذلك. وذلك من أجل معدلات إرسال مختلفة. وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية بالاعتماد على استخدام تقنية ZigBee، وباستخدام المحاكاة، اعتماداً على المحاكي الشبكي NS-2.
يشكل استخدام شبكات الحساسات اللاسلكية في مراقبة الزراعات المحمية، والتحكم بها، واحداً من المجالات التي لاقت رواجاً واسعاً في الآونة الأخيرة، لما تقدمه هذه الشبكات من خدمات، وتسهيلات، ووثوقية على مستوى المراقبة والتحكم. يسهم هذا البحث في دراسة تطبي ق هذه التقنية على البيوت البلاستيكية المنتشرة في بلدنا، وعلى مساحات واسعة. ويقدم حلولاً لعمل شبكات المراقبة والتحكم الخاصة بذلك في الزمن الحقيقي، وبما يضمن أداء جيداً وفقاً لمعايير تقييم أساسة، مثل تخفيض التأخير الزمني، وزيادة في النفاذية ، وزيادة نسبة تسليم الرزم، وتخفيض عدد الرزم المفقودة، مع زيادة حمل الشبكة. وضِع من أجل ذلك عدد من السيناريوهات التي تماثل واقع بناء وتشغيل البيوت البلاستيكية في منطقتنا، اعتماداً على تقنية ZigBee. وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية، باستخدام المحاكاة، بما يسمح باستنتاج التوصيات للاسترشاد بها حين العمل على تركيب مثل هذه الشبكات في أماكنها لتعمل بالشكل الأفضل، وذلك من أجل مساحات مختلفة وعدد كبير من الصالات
تظهر أهمية شبكات الحساسات اللاسلكية wireless sensor networks (WSN) باستخدامها في تطبيقاتٍ عديدة في مجالات الحياة المختلفة، كالرعاية الصحية، والمراقبة البيئية، والمجالات العسكرية والاقتصادية و الأتمتة الصناعية وتطبيقات عديدة أخرى. ويحتل تطوير هذه الشبكات وتحسين أدائها حيزاً هاماً من اهتمام مراكز الأبحاث والمعاهد العلمية المختصة. كما أن الاهتمام ببنى هذه الشبكات كمدخل إلى تحسين أدائها يعدُّ واحداً من أهم التقنيات والأساليب التي أعطت نتائجَ جيدةً في هذا المجال، وتُعدُّ البنية العنقودية واحدة من أهم البنى التي حظيت بالاهتمام المتزايد على مدى السنوات الأخيرة. اقتُرح في هذا البحث تعديل بنية شجرة العناقيد Cluster tree بتقسيم العناقيد المكونة لشجرة العناقيد إلى مجموعات فرعية، وكل مجموعة من هذه المجموعات الفرعية تعمل كشجرة صغيرة من العقد. وتشير النتائج التي تم الحصول عليها بطريقة المحاكاة، إلى تحسن كبير على صعيد تقليل استهلاك الطاقة ومن ثمَّ زيادة في زمن حياة الشبكة، أي ضمان عمل الشبكة لفترات إضافية أطول، وذلك مقارنة بشجرة العناقيد التقليدية. ولكن ذلك كان على حساب انخفاض معدلات الإرسال ونسبة التسليم قليلاً في هذه الشبكات. مما يدفعنا إلى التوصية باستخدام هذه الطريقة بناء الشبكات المستخدمة في مراقبة الزراعات المحمية وغيرها من الشبكات ذات معدلات الإرسال المنخفضة
ظهرت تقنية التحسس المضغوط compressive sensing حديثاً كتقنية واعدة من أجل ضغط البيانات الموزع في شبكات الحساسات. من الناحية النظرية، تسمح هذه التقنية بضغط بيانات شبكات الحساسات اللاسلكية بدقة ممتازة، حيث يكفي أن يرسل عدد قليل من الحساسات بشكل عشوائي ق راءاته إلى نقطة تجميع المعطيات حتى يمكننا إعادة بناء الإشارة كاملة ( أي تقدير قيم قراءات جميع الحساسات بما فيها تلك التي لم تقم بإرسال قيمها) و بذلك نكون قد قمنا بضغط الإشارة بنسبة تساوي عدد الحساسات التي قامت بالإرسال إلى العدد الكمي للحساسات. إلا أن الشروط التي تعطي في هذه التقنية الأداء المنشود ليست بالضرورة محققة في الواقع. تحتاج تقنية التحسس المضغوط إلى تحويل يجعل تمثيل الإشارة في الفضاء الجديد تمثيلاً مخخلا sparse أيضاً يجب أن يكون هذا التحويل ذو تماسك ضعيف مع مصفوفة التوجيه ، و هو شيء غير بديهي تحقيقه في شبكة حساسات حقيقية. قمنا في هذا البحث بدراسة مدى فعالية استخدام تقنية التحسس المضغوط مع تقنية تحميل المركبات الأساسية في إعادة بناء إشارات الحساسات من عدد صغير من القراءات، و قمنا باقتراح نظام جديد أطلقنا عليه تسمية CS-PCA يتضمن حلقة تغذية راجعة للتحكم بنسبة الضغط عبر تغير عدد الحساسات التي تقوم بإرسال قراءتها بناءً على قيمة مقدر الخطأ في إعادة بناء الإشارة. طرق استعادة الإشارة المدروسة في نظامنا هي : المسين ثنائي التوفقيات biharmonic Spline , التربيع الحتمي العادي الأقل DOLS , التربيع الاحتمالي العادي الأقل POLS , التحسس المضغوط مع تحليل المركبات الأساسية CS-PCA . و أظهرت النتائج تفوق الطريقة الأخيرة على جميع الطرق الأخرى في حال كانت الإشارة ذات ترابط مكاني و زماني كبير، لكن من أجل الإشارات ذات التغيرات السريعة (ترابط صغير أقل من 0.45 ) كان أداء طريقة POLS أفضل.
أدت كل من التكلفة المنخفضة و سهولة نشر شبكات الحساسات اللاسلكية إلى جعلها خياراً جذاباً للعديد من التطبيقات مثل تطبيقات مراقبة البيئة و التعقب في الزمن الحقيقي و الأمن و غيرها. و لكن في الواقع تتغذى عقد هذه الشبكات من البطاريات و تملك قيودا على الذاك رة , و عرض الحزمة المتاح , و القدرة على المعالجة, مما جعلها توصف بأنها شبكات ذات طبيعة مقيدة للموارد و هذا ما فرض مجموعة من التحديات على تصميم و أداء هذه الشبكات . إن سعة البطارية المحدودة في عقد الحساسات جعل موضوع استهلاك الطاقة بفعالية و كفاءة تحدٍ رئيسي في هذه الشبكات. لذا توجب على بروتوكولات التوجيه أن تستخدم الطاقة بفعالية بهدف إطالة عمر الشبكة . قمنا في هذه البحث بإجراء محاكاة لمجموعة من بروتوكولات التوجيه الهرمية و هي LEACH,SEP,DEEC,TEEN و تقييم أدائها مقارنة ببروتوكول النقل المباشر DT و ذلك في شبكات WSN المتجانسة و المتباينة باستخدام الماتلاب.
غالباً ما يتم نشر شبكات الحساسات اللاسلكية بشكل عشوائي باستخدام طائرة على سبيل المثال، لذا لا يمكن الحصول على مواقع غالبية هذه العقد بشكل مسبق. لذلك، سينتج لدينا ما يسمى مشكلة تحديد الموقع، أي كيف يتم الحصول على معلومات موقع العقد المجهولة، و يعد هذا الموضوع من أهم مواضيع هذه الشبكات. لا يمكن لشبكات الحساسات اللاسلكية أن تعمل بشكل صحيح دون معلومات الموقع. يعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نظام تحديد المواقع الأكثر استخداماً و نضجاً في الوقت الحاضر. و لكن لأن العقد عادة ما يكون عيبها هو ارتفاع نفقاتها، و حجمها الكبير، و ارتفاع تكلفتها، كما أنها تتطلب بناء قاعدياً خاصاً بالـ GPS، لذا فإن GPS غير قابل للتطبيق في هذه الشبكات التي هي بطبيعتها ذاتية التكوين منخفضة التكلفة، و كذلك فإنه من المستحيل أن يتم تثبيت GPS لكل عقدة حساس. سندرس في هذه البحث آليات تحديد الموقع غير المعتمدة على GPS و المستخدمة في شبكات الحساسات اللاسلكية، و سيتم اختبار فعالية استخدام خوارزمية ميوزيك MUSIC في تحديد زوايا ورود الإشارة اعتماداً على تكنولوجيا SDMA و هوائي ESPAR.
تعد بروتوكولات التوجيه الهرمية المعتمدة على العنقدة الديناميكية إحدى الطرق المستخدمة لحفظ الطاقة و إطالة زمن حياة شبكات الحساسات اللاسلكية، إلا أن أغلب الأبحاث تقوم بإهمال الطاقة المستهلكة خلال عمليتي انتخاب الرؤوس و تشكيل العناقيد في الشبكة. قمنا ف ي هذا البحث بدراسة طاقة الحمل الزائد الذي تتسبب به بروتوكولات التوجيه الهرمية المعتمدة على العنقدة الديناميكية كالبروتوكول LEACH، و دراسة أثره على فترة الاستقرار في شبكات الحساسات اللاسلكية. كما تم اقتراح حل للحد من استهلاك هذه الطاقة و ذلك من خلال تقليل الطاقة المستهلكة في عمليتي العنقدة و انتخاب الرؤوس. تبين لنا من خلال نتائج المحاكاة أن الطاقة المستهلكة في مرحلة الإعداد للبروتوكول LEACH تُنقِص من فترة الاستقرار و تزيد من عدد العقد الميتة في شبكات الحساسات اللاسلكية، و أن استخدام الحل المقترح قد عمل على الحد من استهلاك الطاقة أثناء عملية انتخاب الرؤوس و تشكيل العناقيد بشكل واضح مقارنةً بالطريقة العادية المتبعة في البروتوكول LEACH، مما زاد من فترة الاستقرار و عدد العقد الحية في الشبكة.
وجهّت العديد من الأبحاث الحديثة تركيزها على مسألة وثوقية شبكات الحسّاسات اللاسلكية المستخدمة في التّطبيقات المختلفة, و خاصّة في الكشف المبكّر عن حرائق الغابات لضمان وثوقية إنذارات التّنبيه المرسلة من قبل الحسّاسات و التّقليل من معدّل الإنذارات غير ال صّحيحة. لذا حاولنا في هذا البحث تقييم وثوقية هذه الشبكات المستخدمة للكشف المبكّر عن الحرائق في محميّة الشّوح و الأرز بشكل رئيسي, من خلال تصميم شبكة حسّاسات لاسلكية هجينة تُحاكي تضاريس المحميّة و نمذجتها باستخدام برنامج المحاكاة Opnet14.5. تمت المحاكاة وفقاً لعدّة سيناريوهات من حيث سماحية عطل متزايدة للشّبكة ناتجة عن اندلاع الحريق و انتشاره بدءاً بسماحية 0%, و مقارنة نتائجها مع نتائج تطبيق المعادلات الرّياضية للوثوقية وفق حالات السّيناريوهات ذاتها. إضافةً لحساب التّوافرية النّهائية من خلال اقتراح آلية لتحسين وثوقية الشّبكة المستخدمة باستخدام الفائضية، أي إضافة العقد الحسّاسة الاحتياطية و التي تحلُّ مكان العقد التّالفة نتيجة الحريق, و قد أثبتت النّتائج زيادة الوثوقية بشكل ملحوظ. كما تمّ التّنبؤ بوثوقية الشّبكة المصمّمة بناءً على قيم وثوقية مختلفة للعقد المستخدمة باستخدام أحد أدوات الوثوقية و هو المخطّط الصّندوقي.
تُنشَرْ شبكات الحساسات اللاسلكية في بيئات معادية, و تستعمل في التطبيقات الحرجة مثل مراقبة ساحة المعركة و المراقبة الطبية، لذا فإن ضعف الأمن يعد مصدر قلق كبير. إن القيود الصارمة على مصادر شبكات الحساسات اللاسلكية تجعل من الضروري البحث عن حلول أمنية مع الأخذ بالحسبان تلك المصادر. يعد البروتوكول المدروس (Implicit Geographic Forwarding Protocol) (IGF) عديم الحالة، أي أنه لا يحوي جدول توجيه و لا يعتمد على معرفة طوبولوجيا الشبكة أو على وجود أو غياب أحد العقد من شبكة الحساسات اللاسلكية. طُوِّرَ هذا البروتوكول بتقديم مجموعة من الآليات لزيادة الأمن فيه. بحيث تبقي على ميزات ديناميكية الربط, و تؤمن دفاعات فعالة ضد الهجمات المحتملة. أمنت هذه الآليات التصدي لعدة هجمات منها هجوم الثقب الأسود و هجوم سايبل و هجوم إعادة الارسال, و لكن المشكلة كانت في عدم قدرة الآليات السابقة على التصدي للهجوم الفيزيائي. يتناول هذا البحث دراسة مفصلة للبروتوكول SIGF-2 و تقترح تحسيناً له. يتضمن التحسين استخدام مفهوم معرفة الانتشار ضمن خوارزمية مجموعة المفاتيح العشوائية في إدارة المفاتيح للتصدي للهجوم الفيزيائي. و قد أثبت نتائج المحاكاة من خلال مجموعة من البارامترات أن الاقتراح المقدم قد حسن من أداء الخوارزمية المدروسة.
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها