1-2- تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایان نامه   4

1-3- روش ها و فنون اجرایی طرح پایان نامه.. 5

1-4- ساختار فصل بندی پایان نامه.. 6

فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق 7
2-1- مقدمه.. 8

2-2-آشنایی با شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 8

2-2-1- اجزای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 10

2-2-2- معماری های مختلف شبکه های حسگر بی سیم زیرآب   11

2-2-3- چالش های شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 14

2-2-4- همزمان سازی ساعت در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب   15

2-2-5- مکان یابی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 19

2-3- تخمینگر حداقل مربعات.. 26

2-4- مرز پایین کرامر رائو.. 28

فصل سوم: مروری بر تحقیقات اخیر انجام شده 32
3-1- شبکه های حسگر بی سیم.. 33

3-1-1- مکان یابی.. 33

3-1-2- همزمان سازی.. 34

3-1-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان.. 35

3-2- شبکه های حسگر بی سیم زیرآب.. 37

3-2-1- مکان یابی.. 37

3-2-2- همزمان سازی.. 39

3-2-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان.. 40

فصل چهارم: روش پیشنهادی 43
4-1- مقدمه.. 44

4-2- روش پیشنهادی برای انجام همزمان سازی و مکان یابی توامان   44

4- 2- 1- تنظیمات سیستم و فرضیات.. 47

4-2-2- فاز اول: مکان یابی اولیه با استفاده از تکنیک TOA.. 49

4-2-3- فاز دوم: تدریجی کردن حرکت حسگرها 50

4-2-4- فاز سوم: تخمین اریب زمان سنجی و انحراف… 51

4-2-5- فاز چهارم: جبران اثر لایه بندی… 52

4-2-6- فاز پنجم: مکان یابی همراه با پالایش تکرار. 55

4-2-7- به کار گیری مرز پایین کرامر رائو برای روش پیشنهاد شده   58

فصل پنجم: شبیه سازی و ارزیابی نتایج 59
5-1- مقدمه.. 60

5-2- پارامترها، متریک ها و روش تحلیل.. 60

5-3- طراحی آزمایش.. 61

5-4- شبیه سازی و تحلیل نتایج.. 61

فصل ششم: خلاصه، نتیجه گیری و پیشنهادات آتی 70
6-1- خلاصه.. 71

6-2- نتیجه گیری.. 73

6-3- نوآوری روش ارائه شده.. 74

6-4- پیشنهادها.. 74

مراجع   76

پیوست ها   80

فهرست شکل‌ها

شکل 2-1 نمونه­ای از حسگرهای بی­سیم زیرآب…………………………………………………… 10

شکل 2-2 نمونه­هایی از AUV………………………………………………………………………… 11

شکل 2-3 معماری دو بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………….. 12

شکل 2-4 معماری سه بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب…………………………….. 14

شکل 2-5 مبادله پیام یکطرفه جهت همزمان­سازی ساعت………………………………………… 18

شکل 2-6 مبادله پیام دو طرفه جهت همزمان­سازی ساعت……………………………………….. 18

شکل 2-7 تخمین فاصله به روش TOA……………………………………………………………… 20

شکل 2-8 تخمین فاصله به روش TDOA…………………………………………………………… 21

شکل 2-9 محاسبه موقعیت به روش DV-Hop …………………………………………………….. 25

شکل 3-1 دسته­بندی روش­های مکان­یابی…………………………………………………………… 34

شکل 4-1 نمودار گردش کار الگوریتم پیشنهاد شده……………………………………………… 46

شکل 4-2 اثر لایه­بندی در شبکه­های حسگر بی­سیم زیرآب…………………………………….. 54

شکل 5-1 Perr برای واریانس خطای TOA (1/σ2)……………………………………………….. 64

شکل 5-2 میانگین مربعات خطای انحراف  ساعت در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² )… 65

شکل 5-3 میانگین مربعات خطای اریب زمان­سنجی در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² ). 67

شکل 5-4 Perrدر برابر تعداد نودهای مرجع با واریانس خطای TOA، db45 = 1/σ²………. 67

شکل 5-5 Perrدر برابر تعداد تکرارهای شبیه­سازی………………………………………………… 68

فهرست جدول‌ها

جدول 5-1 بازه اطمینان 95 درصدی برای Perr. 65

جدول 5-2 بازه اطمینان 95 درصدی برای انحراف  ساعت.. 66

فهرست نشانه‌های اختصاری

D˜I,Iʹ
خودبرآورد مربوط به مسافت بین موقعیت مکانی  Ji و  Jiʹ
Ji
مختصات دو بعدی مربوط به حسگر  معمولی
L
تعداد حسگر های مرجع
N
تعداد بسته­های انتقال یافته در مدت زمان پنجره مکان­یابی
Ol
انحراف
Pi
مختصات دو بعدی  مربوط به Lمین حسگر  مرجع
Ri
زمان محلی دریافت  Iمین بسته  ] ثانیه[
Sl
اریب زمان­سنجی حسگر  معمولی در ارتباط با  Lمین حسگر  مرجع
Ti
زمان محلی ارسال I مین بسته  ] ثانیه[
Tl
ساعت محلی مربوط به مرجع L
Tpdi
تاخیر انتشار مربوط به I مین بسته ] ثانیه[
W
مدت زمان پنجره مکان­یابی.
Δ
حد آستانه برای تدریجی  کردن موقعیت مکانی ]متر[
Σ2
وا یانس مربوط به خطای اندازه­گیری TOA
Σli
نسبت بین  Tpdi و تاخیر انتشار واقعی مربوط به بسته I
Ѱ˜I,Iʹ
خودبرآورد مربوط به زاویه بین  موقعیت مکانی  Ji و  Jiʹ ]رادیان[
فهرست کلمات اختصاری

ALS
Area Localization Schema
AOA
Angle Of Arrival
AUV
Autonomous Underwater Vehicle
CRLB
Cramer Rao Lower Bound
DV
Distance Vector
FTSP
Flooding Time Synchronization Protocol
GTLS
Generalized Total Least Squares
IMM
Interactive Multiple Model
LOS
Line-Of-Sight
MAC
Medium Access Control
ML
Maximum Likelihood
MSE
Mean Square Error
RMSE
Root Mean Square Error
SVP
Sound Velocity Profile
TDMA
Time Division Multiple Access
TDOA
Time Difference Of Arrivals
TLS
Total Least Squares
TOA
Time Of Arrival
UWSNs
Underwater Wireless Sensor Networks
فصل اول: کلیات
مقدمه
با گسترش روزافزون ابزارهای هوشمند کوچک وبا همگرا شدن ارتباطات بی­سیم با ابزارهای ریز، امکان پدید آمدن شبکه­های کم­هزینه و در ابعاد مختلف فراهم شده است، شبکه­هایی که بتوانند اطلاعات محیطی را برای انسان جمع­آوری کنند، شبکه­هایی که بدون زیرساخت و به سرعت برقرار شده و بتوانند خود را سازماندهی کنند و نیازی به انرژی خارجی نداشته باشند. مهمترین این شبکه­­ها، شبکه­های حسگر بی­سیم می­باشند و هر روزه کاربردها و استفاده­های جدیدی در زمینه امور نظامی و غیر نظامی  برای این نوع از شبکه­ها ارائه می­شوند و مورد استفاده قرار می­گیرند.

شبکه های حسگر بی­سیم زیرآب گونه ای از شبکه های حسگر هستند که در محیط زیر آب قرار می­گیرند و توسط امواج صوتی با یکدیگر ارتباط دارند. شبکه های حسگر بی­سیم در زیرآب برای مقاصدی چون جمع آوری داده های کف آب، نظارت بر آلودگی آبها، نظارت بر محیط ساحل، ناوبری و کاربردهای نظامی نظارت بر محیط به کار برده می شوند[1].

از ­آنجا که که در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، رسانه انتقال آب است، چالش­ها و مشکلات خاص خود را دارد که طراحی شبکه را تحت تاثیر قرار می­دهند، از جمله این چالش­ها می­توان به تغییر سرعت صوت با توجه به  عمق، دما و شوری آب، تحرک دائمی حسگرها، تاخیر انتشار طولانی و چندمسیری[1] را نام برد. بنابراین پروتکل­ها و پروتکل­ها و الگوریتم­های لایه­های شبکه­های حسگر زمینی برای شبکه­های حسگرزیر آب نامناسبند.

تاکنون پروتکل­ها و الگوریتم­های زیادی به خصوص در زمینه مسیریابی و در زمینه کنترل دسترسی به رسانه از جمله  Slotted FAMA ,UWAN-MACو… مطرح شده است [2] [3] [4] که در همه آن­ها مساله مکان­یابی و همزمان­سازی حسگرها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، برای مثال دسترسی چندگانه به وسیله تقسیم زمان (TDMA)[2] از مواردی است