تشخیص رخداد با تحمل پذیری خرابی در شبکه های حسگر بی سیم

شبکه های حسگر بی سیم زمینه ای تحقیقاتی با رشد سریع و جذابیت بسیار را فراهم می کنند که توجهات زیادی را در چند سال اخیر به خود جلب کرده اند. این شبکه ها دارای کاربردهای وسیع در حوزه های مختلف نظامی، پزشکی، صنعتی و خانگی است. یکی از مهمترین کاربردهای این شبکه ها تشخیص وقوع یا عدم وقوع یک رخداد در محیط است. رخداد را در حالت کلی می توان تغییر در شرایط عادی محیط تعریف کرد. به عنوان نمونه، تغییر در پارامترهای فیزیکی محیط مانند تغییر دما، فشار، رطوبت و غیره. با توجه به دلایلی مانند محدودیت انرژی، استفاده از تجهیزات نرم افزاری و سخت افزاری با کیفیت نازل و قیمت پایین، قرار گرفتن گره های حسگر در محیط های خشن و پرخطر، حملات بدخواهانه و تسخیر گره ها توسط دشمن، این شبکه ها مستعد خطا و خرابی هستند. بنابراین کاربرد تشخیص رخداد در این شبکه ها همواره با مسئله تحمل پذیری در برابر خرابی مواجه بوده است. حوزه خرابی در شبکه های حسگر بسیار وسیع است و می تواند ازکارافتادگی موقتی یک گره در اثر فرآیند پخش کردن گره های حسگر تا تسخیر یک گره توسط دشمن و عملکرد معمولی و بدخواهانه آن در نظر گرفته شود. معمولاً قسمت هایی از شبکه حسگر که در تعامل و ارتباط با محیط هستند، بیشتر در معرض خرابی قرار دارند. به همین دلیل، خرابی حسگرها و رسانه ارتباطی بیشتر از سایر قسمت ها مورد توجه قرار دارند. در این پایان نامه دو نوع خرابی متقارن و نامتقارن یا بیزانتین مورد بررسی قرار گرفته است. در خرابی متقارن فرض می شود که گره حسگر فقط داده را بصورت نادرست از محیط حس کرده و بقیه قسمت های گره حسگر مانند پردازشگر، حافظه، فرستنده گیرنده رادیوئی و غیره سالم بوده و دیگر رفتارهای گره معیوب با تمامی گره های همسایه یکسان است. در خرابی بیزانتین، فرض می شود که گره سالم به تسخیر دشمن درآمده و قصد مختل نمودن عملکرد شبکه را دارد. گره معیوب بیزانتین، متعمداً داده های متفاوتی را در اختیار گره های مختلف قرار می دهد. رخداد بر اساس شعاعی از محیط که تحت پوشش قرار می دهد، به دو دسته رخداد فراگیر و رخداد غیر فراگیر تقسیم می شود. در لحظه وقوع رخداد، در رخداد فراگیر همه گره ها در ناحیه رخداد قرار داشته و در رخداد غیرفراگیر تنها درصدی از گره ها در ناحیه رخداد قرار داشته و بقیه گره ها در خارج از ناحیه رخداد قرار دارند. الگوریتم های تشخیص رخداد غیرفراگیر همواره با مشکل گره هایی که در مرز ناحیه رخداد قرار دارند مواجه هستند. در این پایان نامه از فرض رخداد فراگیر استفاده شده است. الگوریتم های تشخیص رخداد فراگیر با تحمل پذیری خرابی متقارن، از یک طرف به دلیل محدودیت انرژی در شبکه های حسگر باید از حداقل تبادل داده بین گره های حسگر استفاده کرده و از طرف دیگر به دلیل اهمیت تشخیص صحیح رخداد در کاربردهای شبکه های حسگر، باید دارای کمترین میزان خطا در تشخیص باشند. با توجه به دو معیار حداقل مصرف انرژی و حداکثر تشخیص صحیح، در این پایان نامه الگوریتمی به منظور تشخیص رخداد تحمل پذیر در برابر خرابی متقارن ارائه می شود. به منظور مقایسه الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های مشابه، 5 الگوریتم تشخیص رخداد که برگرفته از تحقیقات انجام شده در این زمینه هستند ارائه می گردد. کارایی الگوریتم پیشنهادی هم با تحلیل ریاضی و هم در محیط شبیه سازی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی در محیط شبیه ساز opnet نشان می دهد که از نظر معیار خطا در تشخیص، الگوریتم پیشنهادی بر الگوریتم های مشابه ارائه شده برتری دارد.