الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
دپارتمان علوم کامپیوتر، دانشگاه فنیاستانبول، ترکیه
دپارتمان علوم کامپیوتر UCLA، لس آنجلس، ایالات متحده
مرجع به انگلیسی
Istanbul Technical University, Computer Engineering Department, Istanbul, Turkey; UCLA Computer Science Department, Los Angeles
کشور
ایالات متحده – ترکیه
موضع یابی با کمک ربات زیرآبی خودکار برای شبکه های حسگر زیرآبی
چکیده
در این مقاله ما نسبت به ارائه یک طرح موضع یابی یا تعیین موقعیت برای شبکه های حسگر آکوستیک / صوتی زیرآبی (UWSN) اقدام می نماییم که نیازی به زیرساختار ماقبل یا سنکرون سازی / همزمانی بین گره ها ندارند،. یک ربات زیرآبی خودکار (AUV) قابلیت کمک به ما در زمینه موضع یابی گره های حسگر، به هنگام سیر در امتداد فیلد حسگر زیرآبی، را خواهد داشت. هدف از مقاله جاری تشریح چگونگی استقرار گره ها با استفاده از AUV و تشریح روابط شامل شده، همانند نسبت گره های استقرار یافته و دقت موضع یابی، می باشد. ما نشان می دهیم که میزان موفقیت در امر موضع یابی با توجه به افزایش مدت فرآیند موقعیت یابی AUV قابل ارتقاء می باشد. به علاوه، ما با استفاده از دو روش اقدام به بررسی امر موضع یابی می نماییم، روشهای جعبه محاطی و روش سه گوش سازی. روش اولی در عین آنکه سبب حاصل آوردن نسبت موضع یابی سطح بالاتری می شود از خطای بیشتری نیز برخوردار است. در برخی از سناریوهای مشخص، ما قابلیت استقرار ۱۰۰% گره ها با تنها ۳% خطا را خواهیم داشت.
حسگر زیرآبی موضع یابی ربات
۱- مقدمه
شبکه های حسگر زیرآبی (UWSN ها) شامل حسگرهای موبایل / متحرک با هزینه نسبتا پایینی می باشند که می توان از آنها جهت نظارت روزمره بر حیات اقیانوسی، رخدادهای اضطراری با اهداف نظامی، تحقیقات محیطی و غیره استفاده نمود.
موضع یابی به عنوان یک مسئله اصلی و یک مضمون چالش برانگیز برای UWSN ها به شمار می آید. این سیستم برای اعمال روتین های برچسب زنی / نشانه گذاری داده ها و مسیریابی جغرافیایی الزامی می باشد. طرح های موضع یابی UWSN ها می بایست پارامترها . مسایل ذیل را مد نظر داشته باشند: ۱) عدم وجود GPS، ۲) فضای سه بعدی، ۳) مسئله تحرک / جایجایی، ۴) تبادل حداقلی پیام، ۵) و سعی بر بروز کارایی و توانمندی تحت چرخه های توقف و راه اندازی مجدد (یا خواب و بیدار شدگی). فی نفسه، چالش های اصلی موضع یابی ناشی از محدودیت های لایه فیزیکی می باشد. برخلاف شبکه های زمینی، شبکه های زیر زمینی از سیستم های ارتباطاتی صوتی بهره می گیرند. کانال های آکوستیک / صوتی دارای پهنای باند اندک، تاخیر انتشار بالا و نرخ خطای بیت زیادی می باشند. سرعت صدا تقریبا ۱۵۰۰ متر در ثانیه می باشد، اما چنین موردی با توجه به دما، فشار و شوری آب متفاوت خواهد بود. با این حال محدودیت انرژی در شبکه های حسگر بی سیم زمینی نیز وجود دارد و ما باید این مشکل را نیز مدنظر قرار دهیم.
در سیستم ما، یک ربات زیرآبی خودکار در حالیکه شناور می باشد قابلیت دریافت سیگنال های GPS را خواهد داشت. پس از دریافت این سیگنال ها سیستم تا عمق ثابت مشخص شده به زیر آب فرو رفته و در امتداد گره های حسگر به حرکت می پردازد. به هنگامی که این سیستم گشت خود را در کل میدان مشخص شده حسگرها انجام می دهد، به راحتی قابلیت انتشار پیام ها را خواهد داشت. در این مقاله، ما به چنین پیام هایی به عنوان یک بیکن یا سیگنال راهنما اشاره خواهیم داشت. این بیکن ها / سیگنال های راهنما شامل اطلاعات مختصات می باشند. با توجه به اهمیت بالسویه می توان اذعان داشت که این بیکن ها همچنین برای برآورد فاصله نیز مورد استفاده قرار می گیرند. از طریق دریافت چندین بیکن، گره های حسگر می توانند مختصات خود را ارزیابی نمایند.
حسگر زیرآبی موضع یابی ربات
۲- بکارگیری فن آوریهای جدید در طرح های موضع یابی
شبکه های حسگر صوتی زیرآبی ( UWSNها) به عنوان مباحث تحقیقاتی اخیر مطرح شده و توجه بسیاری را به خود جلب نموده اند. معماری های مختلفی نیز در ارتباط با نواحی کاربردی ارائه شده اند. معماری های شبکه های حسگر صوتی زیرآبی را می توان به گروه های ذیل طبقه بندی نمود: ۱) شبکه های حسگر قرار گرفته بر روی کف اقیانوس، ۲) شبکه های حسگر صوتی زیرآبی همراه با حسگر های متصل شده به لنگرهایی در کف اقیانوس یا متصل شده به سطح شناورها، ۳) شبکه های دارای حسگرهایی که به صورت آزادانه بر روی آب معلق می باشند (شبکه های حسگر متحرک زیرآبی)، ۴) معماری های هیبرید یا ترکیبی، ۵) شبکه های حسگر صوتی زیرآبی با کمک ربات خودکار زیرآبی جهت تامین پشتیبانی بیشتر برای هریک از معماری های فوق الذکر.
مسئله موضع یابی دارای ویژگی های مختلفی در هر یک از معماری های فوق الذکر می باشد. در نوع اول شبکه های حسگر صوتی زیرآبی، امر موضع یابی از اهمیت چندانی برخوردار نمی باشد. برای نوع دوم معماری های متصل شده به هم، که شامل حسگرهای متصل شده به وسیله سیم به سطح شناور می باشد، می توان این امر را در نظر گرفت که موقعیت های لنگر از طریق GPS شناخته شده می باشند و بنابراین می توان نسبت به استقرار نوعی سیستم موضع یابی حسگر با تلاش اندک اقدام نمود.
حسگر زیرآبی موضع یابی ربات
۳- موضع‌یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی
در این بخش، ما نسبت به تشریح تکنیک موضع یابی با استفاده از ربات خودکار زیرآبی اقدام می‌نماییم. به هنگامیکه نیازی جهت بهره‌گیری از شبکه‌های حسگر صوتی زیرآبی می‌باشد، نظیر موارد اضطراری، گره‌های حسگر را می‌توان به اعماق اقیانوس فرستاده و برای چندین روز در همان محل حفظ نمود. از آنجائیکه این گره‌ها به یک شئ یا اشیاء ثابتی محکم نشده‌اند و امواج می‌توانند آنها را به حرکت درآورند، آپدیت یا بروزرسانی موقعیت مقطعی را می‌توان از طریق ارسال ربات خودکار زیرآبی در بین حسگرها اعمال داشت. بر این مبنا، ما هیچگونه زیرساختار یا سیستم‌های همزمان سازی قبلی را مدنظر قرار نمی‌دهیم.
طرح موضع یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی از سه پیام استفاده می‌نماید: پیامهای بیدار باش، درخواست و پاسخ. AUV یا همان ربات خودکار زیرآبی در ابتدا یک علامت یا بیکن بیدارباش را جهت مشخص سازی حضور آن به سنسورها در محدوده ارتباطاتی ارسال می‌نماید. ما در نظر می‌گیریم که این گره‌ها سنکرون نشده‌اند، بنابراین ما از یک جفت پیام درخواست – پاسخ جهت برآورد تأخیر انتشار سیر رفت و برگشتی (RTPD) استفاده می‌نماییم. حسگرهایی که پیام بیدارباش را دریافت می‌دارند اقدام به برآورد محدوده از طریق ارسال پاکت درخواست موقعیت می‌نمایند.
حسگر زیرآبی موضع یابی ربات
۴- نتایج شبیه‌سازی
ما با استفاده از شبیه‌ساز Qualnet اقدام به پیاده‌سازی موقعیت‌یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی نمودیم. ما برای گره های ایستا، با در نظر گیری آنکه هیچگونه جریانی وجود ندارد، روش خود را مورد تست قرار می دهیم. گره‌های حسگر بصورت تصادفی در یک حجم فضای سه بعدی ۱۰۰۰ متر در ۱۰۰۰ متر در ۱۲۰ متر استقرار می‌یابند. AUV نیز بعنوان یک بیکن متحرک شناخته می‌‌شود. پس از آن این سیستم با یک سرعت و عمق ثابت زیر آب غوطه‌ور شده و کل مجموعه سطح مورد بررسی با توجه به زمان شبیه‌سازی را در بر می‌گیرد. بر این مبنا ما دو خط سیر مختلف را برای AUV در نظر می‌گیریم که عبارتند از خطوط سیر شبکه‌ای و خطوط سیر حلقوی یا مارپیچی. ما مشخص می‌سازیم که AUV می‌تواند با یک خطای نسبی اندک d یک خط سیر مشخص شده را طی نماید، که در آن صادق است.
۱-۴٫ خط سیر شبکه ای
در این مجموعه شبیه سازی ها، یک سیستم خودکار زیرآبی در یک عمق متوسط با توجه به فضای سه بعدی مشخصه غوطه‌ور شده و یک خط سیر شبکه مانند را آغاز می‌نماید که پوشش دهنده مجموع سطح میدانی حسگر x-y می‌باشد. با وجود آنکه چنین مسیری بعنوان یک مسیر بهینه محسوب نمی‌شود، چنین موردی را صرفاً جهت سادگی مدنظر قرار داده‌ایم. سیستم خودکار زیرآبی به نظر قابلیت پیگیری این خطی سیر ساده با خطاهای کمتری را خواهد داشت.
ما اقدام به بررسی طرح خود با توجه به سرعت‌های مختلف سیستم‌های خودکار زیرآبی نمودیم. با توجه به یک طول سیر ثابت، مقادیر دارای سرعت پایین سبب طولانی‌تر شدن فرآیند موقعیت‌یابی می‌گردند. این میزان می‌تواند نهایتاً تا دو ساعت نیز بطول انجامد. البته چنین اندازه‌ای برای انواع باصلابت و ایستای UWSN ها قابل پذیرش می‌باشد اما برای سناریوهای متحرک نمی‌توان آن را مقبول دانست. برای مقایسه ما نتایج هر دوی این پارامترها را شامل نمودیم.
۲-۴٫ خط سیر مارپیچی
در این بخش، ما تأثیر خط سیر را مورد بررسی قرار می‌دهیم. ما در نظر می‌گیریم که سیستم خودکار زیرآبی در یک عمق متوسط به سیر می‌پردازد اما این سیر با یک مارپیچ ارشمیدوسی همراه است. این حالت مارپیچی به شرح ذیل تعریف می‌گردد:
حسگر زیرآبی موضع یابی ربات
۵- نتیجه گیری
در این مقاله ما یک سیستم موضع یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی (AUV) را مطرح نمودیم که قابلیت تعیین موقعیت گره‌های حسگر در یک شبکه حسگر صوتی زیرآبی (UWSN) را خواهد داشت. این روش سبب بکارگیری قابلیت تحرک یا جابجایی AUV جهت فائق آمدن بر مشکل عدم وجود GPS و برقراری ارتباط با گره های حسگر در بخشهای قطع شده شبکه خواهد شد.
ما یک رابطه بده بستان بین زمان اتمام فرآیند موضع یابی و تعداد موارد موفق گره های استقرار یافته را مشخص نمودیم. ما نشان دادیم که نسبت گره های استقرار یافته به هنگامی که مدت فرآیند موضع یابی افزایش می‌یابد ارتقاء خواهد یافت. این امر عمدتاً بواسطه حرکت کمتر ربات خودکار زیرآبی (AUV) می‌باشد که سبب ارسال موفقیت آمیز بیشتر پیامها خواهد شد. بعلاوه، ما نشان دادیم که خطای میانگین در موضع یابی و سربار ارتباطاتی به میزان معنی داری تحت تاثیر این مدت نخواهد بود. علاوه بر این، ما یک رابطه بده بستان در سربار ارتباطاتی را مشخص ساختیم که به صورت تناسبی با توجه به تعداد گره ها افزایش می‌یابد. ما همچنین یک رابطه بده بستان بین الگوریتم جعبه محاطی و الگوریتم سه گوش‌سازی با توجه به موفقیت و دقت موضع یابی را مشاهده نمودیم. الگوریتم جعبه محاطی نسبت بالاتر گره های استقرار یافته را فراهم می‌سازد در حالیکه الگوریتم سه گوش‌سازی خطای میانگین کمتری را ایجاد می‌نماید.
برای تحقیقات آتی ما در یک حالت متحرک سعی در مطالعه عملکرد موقعیت یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی (AUV) خواهیم نمود. ما همچنین مبحث تعمیم تحقیقات خود و مشارکت با طرح های خواب و بیدارباش را نیز مد نظر قرار می‌دهیم. در صورتیکه یک گره نتواند اقدام به دریافت بیکن های موضع یابی در نتیجه یک چرخه خواب نماید، این گره می‌تواند بصورت واکنشی اقدام به درخواست حصول مختصات برای گره های استقرار یافته پیرامونی نماید. بعلاوه، ما سعی در ارزیابی عملکرد سیستم موضع یابی با کمک ربات خودکار زیرآبی (AUV) با توجه به مبحث مسیریابی جغرافیایی خواهیم داشت و بر این مبنا می بایست نسبت به اعمال بهینه سازی پارامترهای بین لایه ای اقدام نمائیم.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
