طراحی یک شبکه حسگربیسیم تحت تاثیرفاکتورهای متعددی از جمله تحملخرابی، قابلیتگسترش، قابلیتاطمینان، امنیت، هزینه تولید، محیط کار، توپولوژی شبکه حسگری، محدودیت های سخت افزاری، محیط انتقال و مصرف توان وغیره است. از آنجایی که با گسترش استفاده از شبکه های حسگر بی سیم در کاربرد های مختلف، مشکلات امنیتی در جایگاه یک عامل کلیدی نمایان شده اند، دراین تحقیق، این موضوع به عنوان هدف اصلی در کنار بعضی از دیگر فاکتورها یعنی قابلیت اطمینان 1 و انرژی مصرفی، مورد بررسی قرار گرفته است . حمله گودالی به عنوان یکی از تهدیدات امنیتی توانایی مختل کردن و از کار انداختن عملکرد شبکه را دارا می باشد زیرا که تنها با اعمال محرمانگی بر اطلاعات پیشگیری از آن ممکن نیست. در این تحقیق با فرض تعداد حسگرهای بالا، در نظر گرفتن مصرف بهینه انرژی و مسیر یابی بر پایه درخت، بر دو اصل تشخیص و پیشگیری از حمله گودالی تاکید شده است وهمچنین با سطح بندی کردن امنیتی مسیرها با توجه به نیاز و اهمیت هر بسته، قابلیت اطمینان خصوصا برای بسته های با اهمیت بالا تامین شده، از صرف انرژی های بالا برای بسته های کم اهمیت پیشگیری شده است. شبیه سازی ها در محیط opnet انجام گرفته شده، سعی بر این شده است که با فراهم کردن شرایط یکسان از جمله تساوی تعداد گره ها، نرخ ارسال، تعداد نود های مخرب، نوع توزیع آنها وغیره مقایسه ای بین پروتکل پیشنهادی و دیگر پروتکل امنیتی معتبر مطرح شده در این زمینه، انجام گیرد. نتایج بررسی ها نیز بیانگر این موضوع اند که در تعداد گره های زیاد و در کاربرد های با اطلاعات متفاوت از نظر نیاز امنیتی، این پروتکل بسیار کارآمدتر خواهد بود زیراکه با صرف انرژی پایین تر امنیت مورد قبول شبکه را تامین کرده و در کنار آن قابلیت اطمینان را نیز افزایش می دهد.

امروزه، شبکه ها تنوع بسیاری یافته اند و هر روز شاهد تکامل بیشتر آنها هستیم. در این بین، شبکه های قدرت از اهمیت خاصی برخوردارند و ساختار آنها همواره در حال توسعه و بهبود است. به دلیل کارآمدتر کردن و افزایش گستر? کاری شبک? برق سنتی، شبک? هوشمند انرژی پا به عرصه نهاد. این شبکه، با در نظر گرفتن زیر ساخت های شبک? برق سنتی و ادغام با شبکه های ارتباطی و حسگر بی سیم، خدمات نوینی را به کل ساختار شبک? برق سنتی عرضه کرده است. شبک? هوشمند شرایط را طوری مهیا می کند که مصرف کننده بتواند از راه دور بر عملکرد سیستم خود نظارت داشته باشد. ناگفته نماند یکی از زیر ساخت های مورد نیاز شبک? هوشمند، استفاده از شبک? حسگر بی سیم است که خود راه حل مناسبی برای کسب اطلاعات از محیط و تجهیزات موجود در شبک? هوشمند و انتقال اطلاعات است. در این بین، بحث مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیمِ مورد استفاده در شبک? هوشمند، به دلیل کاربردهای خاص آن، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. شایان ذکر است که در این پایان نامه عوامل موثر بر طراحی الگوریتم های مسیریابی در شبک? حسگر بی سیمِ را که در شبک? هوشمند کاربرد دارند را ارزیابی نموده و پروتکلی برای مسیریابی در ساختار سلسله مراتبی شبک? هوشمند ارائه داده ایم. در دو سطح حوزه خانگی و همسایه ای به ترتیب اولویت های مصرف انرژی و تآخیر کمتر را قرار داده ایم. داده ها پس از مسیریابی در فضای یه منزل و رسیدن به منتور هر خانه، پس از تجمیع، داده ها را بین کنتورها مسیریابی کرده و به سمت مرکز توزیع هدایت می کنند. پروتکل پیشنهادی ما توانست، در کل ساختار سلسله مراتبی موردنظر، به میزان مصرف انرژی کمتر و تأخیر نسبتاً مناسبی دست پیدا کند.

افزایش روز افزون تقاضای توأم با قابلیت اطمینان و همچنین پیچیده تر شدن شبکه های قدرت از یک سو و نگرانی های زیست محیطی از نشر بی رویه گازهای گل خانه ای به واسطه استفاده بیش از حد از انرژی های تجدیدناپذیر و سوخت های فسیلی از سوی دیگر، شبکه های قدرت امروزی را نیازمند تحولات و تغییرات اساسی در ساختار و نحوه بهره برداری و استفاده از آن ساخته است. شرکت های برق و دولت ها، شبکه هوشمند را راه حلی برای برون رفت از این چالش ها معرفی کرده اند و بکارگیری از آن را راه نجاتی برای آینده شبکه برق و گسترش و تقویت آن با سود و باز دهی زیاد می دانند. در واقع شبکه هوشمند یک تکنولوژی در حال ظهور است که با سعی و تلاش متخصصین جهت مدرنیته کردن شبکه های برق قادر به کنترل ظرفیت سیستم انتقال قدرت گردیده است. هدف اصلی شبکه هوشمند تأمین برق مطمئن و پاسخگویی به نیاز رو به رشد مشتریان با کمترین خسارت به محیط زیست است. در حال حاضر باید شبکه های قدرت جدید به دلایلی همچون بهینه سازی مصرف انرژی، ارائه خدمات جدیدتر و متنوع تر وکنترل وکارایی بهتر سیستم از ساختار هوشمند سازی شبکه استفاده کنند. شبکه هوشمند شرایط را طوری مهیا می کند تا مصرف کننده از راه دور بر عملکرد سیستم خود نظارت داشته باشد. پیشرفت های اخیر در زمینه فناوری های ساخت مدارات مجتمع در مقیاس های کوچک وهمچنین توسعه فناوری ارتباطات بی سیم از سوی دیگر زمینه ساز ورود wsnها در حوزه شبکه هوشمند گردیده و باعث طراحی شبکه هوشمند مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم شده است. در واقع wsnها در سیستم های مختلف شبکه هوشمند، مانند سیستم های تولید قدرت، تأثیر خطوط انتقال و توزیع بکار گرفته می شوند.در اغلب کاربری ها، گره های حسگر، وابسته به منبع انرژی و پهنای باند ارتباطی هستند. بنابراین، تکنولوژی های بدیع برای حذف ناکارآمدی ها در انرژی که منجر به کاهش طول عمر شبکه می شود مورد نیاز هستند. چنین محدودیت هایی، لزوم آگاهی از انرژی در تمامی سطوح شبکه سازی را از اهمیت ویژه ای برخوردار می سازد. در نتیجه یافتن روشی مقرون به صرفه از لحاظ انرژی که بتوان با آن داده ها را از حسگر به ایستگاه پایه منتقل کرد و عمر شبکه را به حداکثر مقدار رساند، بسیار مطلوب است. بنابراین ما در صدد آن هستیم که معماری جدیدی برای شبکه هوشمند در حوزه wsn ارائه دهیم که نشان میدهد این معماری انرژی مصرفی کل شبکه را کاهش می دهد ، بعلاوه با مدنظر قرار دادن برخی از فاکتورها در مسیریابی ، پارامترهای کیفیت سرویس نظیر تأخیر و یا قابلیت اطمینان را بسته به کاربرد مورد نظر بهبود خواهیم داد.

از اهداف اصلی یک پروتکل مناسب برای لایه mac کاهش مصرف انرژی، تأخیر کم در ارسال بسته ها، مقیاس پذیری خوب و تا حدود زیادی اجتناب از تصادم و همچنین اختصاص خوب پهنای باند به همه گره ها در شبکه است. ترافیک داده در زمان های مختلف از اهمیت زیادی برخوردار است. ممکن است ترافیک داده برای دوره های زمانی طولانی، کم باشد و یا برای دوره های زمانی کوتاه ترافیک زیاد و پیچیده ای وجود داشته باشد. بنابراین باید این مسائل در پروتکل پیشنهادی در نظر گرفته شود. حس کردن حامل سیگنال در شبکه های هوشمند می تواند با گوش دادن به رسانه انجام گیرد که این کار باعث مصرف انرژی زیادی می شود. بنابراین تا حد امکان دوره گوش دادن باید کوتاه باشد تا انرژی کمتری مصرف شود. هدف ما در این پایان¬نامه، طراحی پروتکل جدیدی به نام sg-mac برای کاهش مصرف انرژی و کوتاه تر شدن زمان تأخیر ارسال بسته در شبکه هوشمند انرژی الکتریکی است. ما پروتکلی ارائه و الگویی تعریف کردیم که در آن مکان بازه خواب و بیداری هر گره با توجه به شناسه آن گره به دست آید تا تمامی گره ها، بهترین بازه برای بیدار شدن را انتخاب کرده، از مکان بازه های خواب و بیداری گره های همسایه خودآگاه شوند و فقط در همان زمان اقدام به ارسال اطلاعات کنند. در ادامه، پروتکل پیشنهادی خود را از نظر مصرف انرژی و تأخیر در ارسال داده در لایه mac با دو پروتکل smac و ieee802.11، در دو توپولوژی مختلف مقایسه کرده ایم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پروتکل پیشنهادی ما به دلیل استفاده از درخت جمع آوری داده و به کار بردن بازه های خواب و بیداری، در مقایسه با پروتکل های smac از تأخیر کمتر و در مقایسه با ieee802.11 از مصرف انرژی بسیار کمتری برخوردار است.

مسیریابی امن در شبکه هوشمندیک مشکل اساسی است زیرا زیرساخت قدرت با فناوری های ارتباطی جدید در حال ادغام شدن است. در این پایان نامه یک الگوریتم مسیریابی آگاه از طیف امن در شبکه های حسگر رادیوشناختی با کاربرد شبکه هوشمند ارائه شد. این الگوریتم مسیریابی از فناوری رادیو شناختی در شبکه های حسگر بی سیم بهره برد تا شرایط انتشار محیط خشن در سیستم های قدرت را کمتر کند و از الزامات کیفیت سرویس برای برنامه های کاربردی شبکه هوشمند بهره ببرد. هدف نهایی این الگوریتم مسیریابی شناسایی گره¬های سیاه چاله در شبکه و حذف آن ها بود، با شناسایی این سیاه چاله¬ها امنیت ارسال اطلاعات در شبکه افزایش یافت. هم چنین نرخ تحویل بسته در مقصد و میزان از دست دادن بسته ها به صورت قابل ملاحظه¬ای بهبود یافت. روش پیشنهادی سعی می کند با در نظر گرفتن دو نوع مدل گره متفاوت کاربران ثانویه و کاربران اولیه کارایی طیفی را بهبود بخشد و بهترین مسیر را برای دست یابی به الزامات کیفیت سرویس شبکه هوشمند ایجاد کند. در کنار این پارامترها بعد مهم امنیت قرار دارد که در این الگوریتم مسیریابی در نظر گرفته شد. همان طور که قبلاً ذکر شد، الگوریتم مسیریابی پیشنهادی با دو الگوریتم sp-delay و sp-madm مقایسه شد و نتایج آن در فصل چهار ارائه شد. همان طور که مشاهده کردیم در کنار امن شدن مسیر برخی از پارامترهای کیفیت سرویس بهتر شدند و برخی نیز به قیمت به دست آوردن امنیت که یکی از چالش های مهم شبکه هوشمند است بدتر شدند.