شیوه مرسوم کدینگ منبع و کانال بدین گونه می باشد که هر کدام به طور جداگانه انجام می شود. در سال 1948، شانون ثابت کرد که می توان کدینگ منبع و کانال را به طور جداگانه و بدون ایجاد خللی در بهینه بودن کدینگ منبع و کدینگ کانال، انجام داد، و به قضیه جدا پذیری معروف می باشد. این قضیه بر اساس این فرض که کد های منبع دارای طول زیادی باشد و این طول به بی نهایت میل کند، استوار است که منجر به تأخیر بی نهایت و پیچیدگی سیستم می شود. این فرض در عمل به علت وجود محدودیت در تأٌخیر پردازش و توان محاسباتی، معمولاٌ بر قرار نیست، چرا که نیاز به تأَخیر کم و بلوک های کوچک که منجر به محدودیت در طول کد می شود، وجود دارد. در نتیجه نیاز به کدینگ توأَم منبع و کانال احساس می شود. اعوجاج کدینگ منبع با افزایش نرخ کدینگ کاهش می یابد، در حالی که اعوجاج کدینگ کانال با افزایش نرخ کدینگ افزایش می یابد. همچنین اعوجاج در گیرنده تابعی از فشرده سازی با اتلاف ویدئو و نیز خطای ناشی از کانال می باشد. در نتیجه می توان مسئله کدینگ توأَم منبع و کانال را به اختصاص بهینه بیت بین کدکننده منبع و کانال با توجه به تغییرات منبع و کانال، تقلیل داد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم ارائه شده در پایان نامه، نسبت به الگوریتم های موجود، از نظر معیارهای دیداری و عددی بهبود پیدا کرده اند.

مکان یابی گره ها یکی از مسائل مهم و مقدماتی در شبکه های سنسوری به شمار می آید که به دو شکل مستقیم و غیر مستقیم در کاربرد های این گونه شبکه ها موثر می باشد. در بسیاری از کاربردها تشخیص رویدادها بدون آنکه بدانیم آن رویداد در کجا واقع شده است امری بی معنی است. لذا در شکل مستقیم، هدف از مکان یابی فراهم آوردن برچسب مکانی برای هر یک از داده ها است. در شکل دوم، مکان یابی به عنوان یک زیر ساخت جهت اجرای الگوریتم هایی نظیر الگوریتم های مسیر یابی و الگوریتم های ردیابی اهداف عنوان می گردد. انتشار و انباشه شدن خطا در شبکه، جابجایی گروهی تخمین های مکانی، عدم تطبیق با مقیاس پذیری و حساسیت بالا نسبت به توپولوژی شبکه از مشکلات رایج در روش های مکان یابی موجود می باشد. در این پایان نامه، هدف، طراحی الگوریتمی جهت مکان یابی گره های ناشناخته شبکه های سنسوری بی سیم در جهت رفع هر چه بیشتر نقایص موجود می باشد. بدین منظور الگوریتمی دو مرحله ای پیشنهاد شده است که در آن در مرحله اول از روش aps و در مرحله دوم از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (pso) به عنوان هسته استفاده شده است. تعریف اولویت در انتخاب گره ها و استفاده از همسایگان مرتبه دوم در تابع ارزشی از تکنیک های مقابله با انتشار خطا در شبکه می باشد. الگوریتم ارائه شده بدلیل مکان یابی محلی گره ها از مقاومت بالا نسبت به تغییرات توپولوژی برخوردار می باشد. در پایان، نتایج شبیه سازی های مختلف در سه بخش ارائه شده است. در بخش اول شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی و بیان نتایج برای توپولوژی های منظم و نامنظم در شبکه هایی با میزان اتصالات متفاوت ارائه شده است. در دسته دوم میزان خطای مکان یابی به ازای تغییر در برخی از پارامتر های الگوریتم بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. در دسته آخر به منظور ارزیابی، خطای مکان یابی در الگوریتم پیشنهادی و الگوریتم های رایج مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده حاکی از کارایی بالای الگوریتم ارائه شده در فراهم آوردن موقعیت دقیق مکانی می باشد.

در شبکه های بی سیم تشخیص و محاسبه ی محدودیت های ارتباطی قابل دستیابی اعم از throughput و مصرف انرژی، به عنوان یک مشکل اساسی مطرح می باشد. عملکرد کلی شبکه های بی سیم و تأثیرات متقابل لایه های شبکه بر روی یکدیگر هنوز به طور کامل مطالعه نشده است و تحقیقات روی این موضوعات ادامه دارد. کاربردهای شبکه های بی سیم و ویژگی های ارتباطات بی سیم مسائل جدیدی در طراحی cross-layer معرفی کرده است که ورای مفهوم شبکه های سیمی بر مبنای ساختار لایه ای می باشد. در شبکه های سیمی بر مبنای مدل لایه ای osi تمام لایه های شبکه مستقل از یکدیگر فعالیت می کنند ولی در شبکه های بی سیم تأثیرات متقابل زیادی بین لایه های mac و شبکه وجود دارد و نیازمند این است که به صورت توأم در ساختار cross-layer طراحی شوند. در شبکه های بی سیم، لایه ی mac انتقال همزمان را برای ارتباطات مطمئن هماهنگ می کند در حالی که لایه ی شبکه، مسیر ها را انتخاب می کند و بسته های دیتا را بین منبع و مقصد انتقال می دهد. کنترل توان و نرخ ارسال اطلاعات، ارتباط قوی با عملکرد لایه های mac و شبکه دارند و چون گره ها روی منابع محدود شبکه اعم از پهنای باند و انرژی با هم رقابت می کنند، بنابراین نیاز است که در شبکه های بی سیم این دو لایه از شبکه به صورت توأم طراحی شوند. در لایه ی شبکه برای شبکه های سیمی و بی سیم، مسیریابی کلاسیک، به سادگی از بسته های دیتای دریافتی، یک کپی تهیه کرده و آن را توسط گره های رله در انتقال چندمرحله ای ارسال می کند. کدگذاری شبکه، به گره های رله این اجازه را می دهد که اطلاعات دریافتی شان را با هم ترکیب کنند و به این ترتیب مسیریابی معمولی را تعمیم و توسعه می دهد به طوری که در شبکه های سیمی، کدگذاری شبکه، انتقال اطلاعات را با نرخ بالاتر نسبت به مسیریابی معمولی برقرار می کند. برای تعمیم و گسترش کدگذاری شبکه به یک شبکه ی بی سیم، باید مشخصات بیشتری مثل پخش همه سویی، قادر نبودن به ارسال و دریافت همزمان بسته های دیتا به وسیله ی هر گره و تأثیرات مخرب تداخل در انتقال همزمان را به حساب آوریم. که در این حالت برای هماهنگ کردن ارسال ها، زمان بندی و mac ضروری خواهد بود. به خاطر وابستگی های mac و کدگذاری شبکه (مشابه mac و مسیریابی)، برای اینکه شبکه ی بی سیم کارآمدی داشته باشیم، کدگذاری شبکه و mac را به صورت توأم طراحی می کنیم. در این پایان نامه، طراحی توأم کدگذاری شبکه و mac را برای شبکه های بی سیم ad hoc مورد مطالعه و بررسی قرار می دهیم. برای قسمت کدگذاری شبکه از روش کدگذاری غیرمتمرکز شبکه بر مبنای تجزیه شبکه به زیردرخت ها و رنگ آمیزی گراف، استفاده می کنیم. برای قسمت mac نیز از روش تقسیم زمانی استفاده می کنیم. شاخه های گراف شبکه را به وسیله ی زمان بندی، طوری فعال می کنیم که برخوردی بین بسته های دیتا رخ ندهد. در طراحی توأم کدگذاری شبکه و mac، سعی می کنیم که پارامترهای شبکه مثل throughput و مصرف انرژی را بهبود دهیم.

امروزه با گسترش روزافزون ارتباطات و شبکه های مخابراتی در تمام عرصه های زندگی بشر و نیاز مبرم به ارتباطات با نرخ و کیفیت بالا، تحقیقات بنیادی و کاربردی در زمینه ی علم و مهندسی مخابرات جزو اولویت های اصلی جوامع پیشرفته و در حال توسعه است. بنا به ضرورت مذکور در این پایان نامه به بررسی تحقیقات انجام -شده در زمینه تئوری اطلاعات شبکه های مخابراتی خصوصا شبکه های رله در تئوری اطلاعات که بسیار مورد توجه محققین در تئوری اطلاعات است می پردازیم. در ابتدا مروری داریم بر انواع اصلی کانال ها، تعریف شده در تئوری اطلاعات و مختصری از کارهای صورت گرفته در هر مورد سپس مطالعه ی موضوع اصلی پایان نامه، کانال و شبکه های رله در تئوری اطلاعات را پی می گیریم. هدف اصلی تحقیقات در تئوری اطلاعات کانال و شبکه-های مخابراتی محاسبه ی ظرفیت کانال و شبکه ی مورد نظر می باشد و با این توصیف روش های ارائه شده جهت دست یابی به ظرفیت کانال و شبکه رله بررسی می شود و تا حد امکان انگیزه ی اصلی استفاده از هر روش و مزیت آن بر دیگر روش ها بیان می شود. در انتها روش parity forwarding multi relay ارائه شده توسط رزاقی را پی می گیریم و با ارائه ی روشی بر پایه ی روش اشاره شده تعمیمی از روش parity forwarding multi relay را ارائه می دهیم.

با توجه به رشد روزافزون استفاده از تصاویر ویدئویی برای کاربردهای مختلف و نیز با در نظر گرفتن حجم بالای آن ها، فشرده سازی این قبیل تصاویر از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پایان نامه نخست روشی برای طراحی ماتریس نمونه برداری ارائه شده است. این روش بر مبنای بهینه سازی ماتریس توپلیتز با استفاده از الگوریتم pso می باشد. نتایج شبیه سازی نشان گر آن است که ماتریس پیشنهادی در مقایسه با ماتریس توپلیتز بهینه نشده از پایداری بیش تری برخوردار است و در مقابل کوآنتیزاسیون مقاوم تر عمل می کند. در مرحله بعدی، روشی برای سنجش فشرده ویدئو مطرح گردیده است. در این شیوه پس از گروه بندی خودکار فریم ها، بلوک های تصویر به صورت وفقی نمونه برداری می شوند. به این معنی که هر بلوک با نرخ نمونه برداری خاص خود اندازه گیری می شود. برای پیش بینی تعداد نمونه های لازم برای هر بلوک از ویژگی های تصویر لبه فریم مرجع بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی این قسمت حاکی از آن است که روش پیشنهادی به ازای نرخ نمونه برداری یکسان کیفیت بهتری از تصویر ویدئویی ارائه می دهد. علاوه بر این، می توان از این روش برای کاهش خطای کوآنتیزاسیون نیز استفاده نمود. در نهایت با ترکیب دو نوآوری مطرح شده به روشی جامع برای سنجش فشرده ویدئو دست می یابیم که کیفیت بهتری به ازای نرخ فشرده سازی بالاتر از تصویر ویدئویی ارائه می-دهد.

امروزه، سیگنال های dsss به طور وسیعی در سیستم های مخابراتی مدرن مورد استفاده قرار می گیرند. بر اساس دوره ی تناوب سمبل ها در سیگنال اطلاعات و دوره تناوب دنباله ی شبه-نویز، سیگنال ها به دو دوسته ی کد کوتاه (sc) و کد بلند (lc) تقسیم می شوند. برای گیرنده های non-cooperative ، این اطلاعات نامعلوم هستند. در این پایان نامه، یک الگوریتم کور مبتنی بر آمارهای مراتب بالاتر برای به دست آوردن این اطلاعات در گیرنده پیشنهاد شده است. این آمارها عبارتند از: واریانس، skewness، kurtosis و cumulant مرتبه ششم. با استفاده از ماتریس های همبستگی سیگنال دریافتی، هر یک از آمارها محاسبه می شوند. که نهایتا به ازای هر کدام از آمارها، منحنی هایی برای سیگنال های sc و lc-dsssبه دست می آید. با مقایسه ی این دو منحنی با یک مقدار آستانه ی از پیش تعیین شده، نوع سیگنال دریافتی مشخص می شود. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که دسته بندی سیگنال های sc و lc-dsssبا استفاده از آمارهای مراتب بالاتر، خیلی بهتر از آمار مرتبه دوم که قبلا بحث شده است، صورت می گیرد.

در این پایان نامه هدف، بررسی ، انتخاب و پیاده سازی الگوریتم توربو کدینگ بر روی تراشه های قابل برنامه ریزی میباشد. توربو کدها از زمان معرفی آنها به عنوان یک کد تصحیح خطا ی پیشرو، مورد توجه بوده اند . به دلیل قدرت اجرایی بالای توربو کدها ، آنها توسط استانداردهای مختلفی مانند 3gpp به عنوان یک طرح کدینگ کانال مورد استفاده قرار گرفته اند. توربوکدها تکنیک کدینگ کانال قدرتمندی را برای نسل بعدی ارتباطات ارائه می دهند و پژوهشهای زیادی برای پیدا کردن روش مناسب جهت پیاده سازی توربوکدها انجام گرفته است و با روشهای مختلف سعی در بهینه سازی عمل پیاده سازی کرده اند و مواردی همچون نرخ خطای بیت، زمان تاخیر و سرعت محاسبات را بهبود داده اند.

روی آوردن به سمت انتقال تمام نوری اطلاعات از هم اکنون یک ضرورت انکار ناپذیر است . تکنولوژی mems امکان مجتمع سازی اجزای نوری و مینیاتوری کردن سیستم ها را فراهم ساخته است که منجر به افزایش قابلیت اعتماد و توانمند سازی بسیار زیاد سیستمهای نوری می گردد. میکروآینه ها به تعداد زیاد در آرایه های مختلف با دقت زوایای انعکاسی بسیار دقیقی تولید شده اند در این طرح اشعه نوری تابیده شده از فیبر ورودی به یک میکروآئینه در آرایه ای از میکروآئینه ها ی موسوم به dlp و انعکاس آن به یک آئینه ثابت میانی و متمرکز سازی توسط آن بر روی میکروآئینه خروجی روی همان آرایه dlp منعکس شده و با استفاده از یک درجه آزادی میکروآئینه ورودی و یک درجه آزادی میکروآئینه خروجی به یکی از فیبر های نوری خروجی واقع شده بر یک خط سوئیچ می شود. سیستم طراحی شده ابتدا در نرم افزار opti fdtd شبیه سازی شده و با چرخش زاویه یک میکرو آئینه متحرک روی dlp و انعکاس نور رسیده حاوی اطلاعات به آرایه ای از آینه های ثابت که هرکدام متناظر با یک فیبر نوری خروجی می باشند موجب انجام عمل سوئیچینگ بین یک فیبر ورودی به چندین فیبر خروجی می گردد ، امکان سنجی شده و با تغییر زاویه انعکاس حالت مختلف بررسی گردیده و مقدار توان نور رسیده به هر فیبر محاسبه می گردد. و نهایتا با نرم افزار دقیقتر tracepro حالت مختلف قرار گرفتن فیبر های خروجی نسبت به آرایه آینه های ثابت روی dlp و یک آینه متحرک که با چرخش زاویه های بازتابش خود حالت های مختلفی را بوجود می آورد بررسی گردیده و مقدار فلوی موثر نور رسیده به هرکدام از فیبر ها در حالت های مختلف محاسبه گردیده است .

به علت گسترش روزمره در شبکه های ارتباطاتی بی سیم، تلاش برای بالا بردن قابلیت اطمینان و سرعت ارسال در این کانال ها مورد توجه مراکز تحقیقاتی و پژوهشگران قرار گرفته است. استفاده از دایورسیتی مشارکتی با بهره گیری از رله، برای ارسال یا ارسال مجدد اطلاعات، باعث بهبود قابلیت اطمینان می شود. با انتخاب رله مناسب، می توان پارامترهای کلیدی سیستم، افزایش قابلیت اطمینان و سرعت ارسال را در شبکه های بی سیم، بهبود داد. در این پژوهش یک پروتکل کنترل دستیابی به رسانه (mac) مشارکتی جدید به نام arc-mac برای شبکه های ad hoc و ارتباطات تک پرشی طراحی شده است. در پروتکل های مشارکتی متعارف مانند cd-mac ، coopmac و 2rcmac رله مناسب با استفاده از جدول اطلاعات در منبع و به صورت مرکزی انتخاب می گردد در حالی کهدر پروتکل arc-mac انتخاب رله به شکلی متفاوت و موثر توسط خود رله ها و به صورت توزیع شده انجام می پذیرد. کارآیی پروتکل پیشنهادی از لحاظ میزان قابلیت اطمینان، تعداد بسته-های دریافتی در واحد زمان، میانگین تأخیر دریافت یک بسته در ایستگاه های ثابت، متحرک و با قابلیت تحرک مختلف، بررسی شده است. جهت استفاده از حداکثر ظرفیت کانال و ارسال سریع بسته ها، از تطبیق نرخ استفاده شده است. همچنین برای کاهش محاسبات و جلوگیری از شرکت رله های نامطلوب در رقابت برای انتخاب بهترین رله، یک آستانه نرخ ارسال در گره منبع در نظر گرفته شده است. پروتکل پیشنهادی منطبق بر استاندارد ieee 802.11 می باشد که در آن از دست تکانی چهار طرفه برای ارسال داده ها و تعیین مود ارتباطی مشارکتی یا مستقیم جهت ارسال اطلاعات استفاده شده است. در این پروتکل لزومی به وجود جدول انتخاب رله در منبع یا مقصد و به روز رسانی مداوم با شنود بسته های ارسالی و دریافتی در کانال توسط گره های همسایه، وجود ندارد. با در نظر گرفتن کانال هایی با محوشدگی متفاوت در این پروتکل، نتایج شبیه سازی بهبود قابل قبولی را در پارامتر های تأخیر، throughput و تعداد بسته های دریافتی، در مقایسه با سایر پروتکل های متعارف نشان می دهد.

امروزه در سیستم های مخابراتی، طرح تبدیل مستقیم به خاطر هزینه پایین ساخت، پایین بودن توان مصرفی، کوچکی و قابلیت ساخت در تراشه های ارزان قیمت، به جای طرح سوپرهیتروداین در فرستنده و گیرنده ها استفاده می شود. عیب این طرح جدید، تشدید مساله عدم توازن مولفه های درفاز و برفاز (iq)، به خصوص در سیستم های چندحاملی مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی متعامد (ofdm) است. تخمین و جبران این عدم توازن به اندازه تخمین و جبران اثر کانال حایز اهمیت است، چون بدون تخمین این خرابی، امکان ارسال نرخ داده بالا با خطای بیتی قابل قبول که با سیستم چندحاملی ارسال می شود، مقدور نیست. روش های زیادی برای تخمین عدم توازن iq تاکنون ارایه شده است. از این روش ها، روش های مبتنی بر فیلترهای تطبیقی به خاطر انعطاف پذیر بودن و قابلیت تخمین و جبران توام چندین خرابی از جمله عدم توازن iq، مورد توجه این رساله قرار گرفته است. به کارگیری این روش ها با همه مزایای آن، پیچیدگی محاسباتی بالایی دارد. به خصوص این پیچیدگی در شرایط بد کانال و پیشوند چرخشی (cp) کوتاه و به کارگیری ساختار متعادل سازی برای هر تُن (pteq)، تا ده ها برابر افزایش می یابد. در این رساله روش های مختلفی بنا به شرایط و ساختارهای استفاده شده برای تخمین اثرات عدم توازن iq، اثر کانال و اثر آفست فرکانسی حامل، استفاده شده است. دو روش اصلی استفاده شده انتخاب گر ضرایب بهینه و روش انتخاب گر داده برای به روزرسانی می باشند. در روش انتخاب گر ضرایب بهینه، آن دسته از ضرایب در تکرار مورد نظر انتخاب خواهند شد که بیشترین تاثیرگذاری را در کاهش خطا داشته باشد. همچنین در روش انتخاب گر داده، تکراری که باید به روزرسانی در آن صورت گیرد، مشخص خواهد شد. به کارگیری این روش ها حتی در بهترین حالت ، عمل کرد سیستم را تا حدی می توانند کاهش دهند. برای جبران این اثرات منفی از تبدیل ویولت و ضریب گام متغیر وابسته به نویز استفاده شده است. الگوریتم های پیشنهادی به گونه ای طراحی شده است که ضمن کاهش قابل ملاحظه محاسبات سیستم، عمل کرد سیستم از لحاظ نرخ خطای بیت بهبود یابد.

مساله تعقیب و گریز را می توان با فرض های مختلفی مطرح کرد. مدل حرکت تعقیب کننده ها و مهاجمین، محدودیت های محیط، سرعت حرکت و تعداد تعقیب کننده ها و مهاجمین، میزان هوشمندی مهاجم و تابع هدف تعقیب کننده ها که نزدیک شدن تا فاصله مشخصی به مهاجمین است همگی جزء فرض های مساله هستند. از این رو در هر پیاده سازی باید محیط مورد آزمایش و فرض های مساله کاملا مشخص باشند. در این نوشتار به طور مشخص راهکارهایی برای تعقیب و گریز ارایه می دهیم که علاوه بر کاهش ارتباطات، به صورت توزیعی قابل پیاده سازی بوده و همچنین پاسخ مناسب و قابل قبولی برای مساله تعقیب و گریز باشند.