نیاز روزافزون کاربران برای دسترسی به نرخ های ارسال بالا از سوی کاربران ماکروسل، این شبکه را با افزایش ترافیک مواجه ساخته است. فمتوسل با بهبود دادن ظرفیت و پوشش محیط های داخلی، به نظر می رسد تنها راه کار بلند مدت برای حل مساله ی ترافیک در شبکه ی موبایل می باشد. از آن جایی که فمتوسل در طیف فرکانسی ماکروسل کار می کند، موجب پیدایش تداخل های جدیدی در شبکه شده و چنان چه مدیریتی بر روی آن صورت نگیرد نه تنها به حل مشکلات ماکروسل کمک نمی کند بلکه کارایی آن را کاهش می دهد. در این پایان نامه جهت بهبود عملکرد شبکه های دو لایه ی مبتنی بر فمتوسل، تداخل را با استفاده از روش پرش زمانی کاهش داده ایم. به این منظور، احتمال خاموشی کاربر ماکروسل که از ایستگاه پایه ی فمتوسل های مجاورش سیگنال تداخل دریافت می کند به طور دقیق محاسبه شده و با استفاده از این احتمال خاموشی و روش مونت کارلو، ظرفیت ارسال در شبکه ی ماکروسل با استفاده از شبیه سازی محاسبه شده است. هم چنین به منظور رسیدن به شکل ساده تری از احتمال خاموشی، باندهای پایین و بالای تقریب گوسی احتمال خاموشی نیز محاسبه شده اند. نتایج نشان می دهند استفاده از روش پرش زمانی تاثیر چشمگیری در کاهش احتمال خاموشی و هم چنین افزایش ظرفیت ارسال ماکروسل داشته است.

در سال های اخیر، شبکه های توری بی سیم به عنوان معماری جدیدی از شبکه های بی سیم که قادر به گسترش ناحیه ی تحت پوشش و افزایش ظرفیت شبکه های بی سیم هستند، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در شبکه های توری بی سیم، مسیریاب های بی سیم جایگزین ستون فقرات سیمی شبکه ها می شوند، بنابراین بایستی قادر به تضمین کیفیت خدمات مشابه با ستون فقرات سیمی باشند؛ لذا در این شبکه ها، به منظور تأمین کیفیت خدمات برای جریان های ترافیکی، تخصیص منابع رادیویی باید به صورت بهینه باشد. به طور کلی به علت وابستگی مسائلی همچون زمان بندی، تخصیص کانال و مسیریابی، امکان ارائه الگوریتمی که بتواند تخصیص منابع را بدون در نظر گرفتن توأم این مسائل به خوبی انجام دهد، وجود ندارد. در این شبکه ها، علاوه بر در نظر گرفتن امکاناتی همچون کنترل توان و کنترل نرخ ارسال که کمک شایانی به بالا رفتن ظرفیت شبکه می کند؛ با رعایت مسائلی همچون ایجاد عدالت و همچنین برقراری تعادل بار بر روی گره های شبکه، می توان تخصیص منابع بهتری در شبکه داشت. علاوه بر این، استفاده از الگوریتم هایی که بر پایه ترافیک نامشخص کار می کنند، کارکرد شبکه را نسبت به تغییر درخواست های ترافیکی مقاوم تر می کند. در این پایان نامه، تلاش بر این بوده است که در ابتدا، با در نظر گرفتن توأم مسائل زمان بندی، مسیریابی، تخصیص کانال، کنترل توان و کنترل نرخ ارسال با هدف حداکثر کردن ظرفیت شبکه، مدل مناسبی جهت بهینه سازی تخصیص منابع ارائه شود. حل مدل ارائه شده برای چند شبکه نمونه حکایت از بهبود قابل توجه ظرفیت شبکه، در صورت استفاده از روش هایی همچون کنترل توان و کنترل نرخ دارد. در ادامه، با لحاظ کردن معیارهای عدالت و توازن بار و با فرض نامشخص بودن پروفایل ترافیکی، مدل ارائه شده ارتقا داده می شود. نتایج شبیه سازی مدل جدید، بهبود قابل توجه عدالت و توازن بار در شبکه را نشان می دهد.

با توجه به کیفیت و ظرفیت قابل توجه سیستم های چند ورودی- چند خروجی، اخیراً کاربرد جدیدی از بازپخش کننده ها با عنوان "شبکه های مخابرات مشارکتی " پیشنهاد شده است. در این شبکه ها کاربران تک آنتنی در محیط های چند کاربره قادرند با به اشتراک گذاشتن آنتن های خود، اصطلاحاً یک آرایه ی مجازی ارسال یا دریافت ایجاد نمایند. در نتیجه در این سیستم ها می توان از مزایای چندگانگی ارسال یا دریافت بهره برد. یکی از موضاعات مهم در شبکه های مخابرات مشارکتی، شیوه ی مشارکت و انتخاب رله است. نحوه ی تعیین رله در میزان کارایی این شبکه ها، نقش موثری ایفا می کند. با انتخاب یک رله ی خوب می توان عملکرد را به مقدار قابل ملاحظه ای بهبود بخشید.در این پایان نامه موضوع روش های مشارکت و انتخاب رله در شبکه های مخابرات مشارکتی مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور، با استفاده از فرمول احتمال خطای سمبل سیستم، برای سه روش مشارکت کدبرداری و ارسال، تقویت و ارسال و کدبرداری و ارسال نموی-انتخابی و برای دو مدولاسیون psk و qam، بهترین جایگاه رله را در این شبکه ها بدست می آوریم بدین صورت که یک مسأله ی بهینه سازی توان مطرح می گردد که در آن شرط تأمین کیفیت سیستم، کمتر بودن احتمال خطای سمبل از یک مقدار آستانه است. سپس براساس فرمول های بدست آمده مقدار توان مصرفی بین سه روش مشارکتی مقایسه می شود تا بهترین روش از لحاظ مصرف توان گره ها مشخص شود.

امروزه مکان یابی گره های متحرک با استفاده از شبکه های حسگر بی سیم، به موضوعی بسیار مهم تبدیل شده است. به طوری که زمینه تحقیقات بسیاری از محققین را به خود اختصاص داده است. بکارگیری این شبکه در یک محیط بیمارستانی، منجر به یافتن مکان فرد با خطای کمتر شده و این به معنای ارائه هرچه سریع تر خدمات پزشکی به وی خواهد بود. بنابراین ارائه راه کارهایی به منظور کاهش خطا بسیار لازم و ضروری بنظر می رسد. در این پژوهش براساس قدرت سیگنال دریافتی و بکارگیری دو حسگر برروی بازوان بیمار، مکان وی را بدست می آوریم. بدین منظور از روش های چان، حداقل مربعات و کمینه-بیشینه برای یافتن موقعیت بیمار استفاده می نماییم. در فضای آزمایش یک مسیر تصادفی که نشان دهنده مسیر طی شده توسط نقطه مرجع بیمار می باشد را در نظر می گیریم. به منظور یافتن موقعیت هر حسگر در هر لحظه، محور بدن با هر یک از حسگرها یک زاویه تصادفی ایجاد می کند که این زاویه در بازه [0,2?]در نظر گرفته می شود. سپس بر اساس روابط ریاضی، موقعیت هر حسگر را بدست می آوریم. بر روی نقاط بدست آمده از هر حسگر، روش های مکان یابی را اعمال نموده و داده های بدست آمده از هر روش را از فیلتر کالمن عبور می دهیم. و خطای مکان یابی حاصل از هر روش را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در به کارگیری دو حسگر برروی بدن بیمار با دو فرضیه روبه رو خواهیم بود. یکی استفاده از داده های هر دو حسگر در تخمین مکان نقطه مرجع بدن بیمار و دیگری استفاده از حسگر برتر و تخمین موقعیت حسگری که قدرت سیگنال دریافتی بالاتری را گزارش می نماید. خطای مکان یابی در صورت استفاده از فیلتر کالمن و حسگر برتر، نسبت به حالتی که تنها روش های مکان یابی چان، حداقل مربعات و کمینه-بیشینه را اعمال نماییم، به طور متوسط 10، 15 و 24 درصد کاهش می یابد. کاهش خطا با درنظرگرفتن مرکز ثقل بدن بیمار و فیلتر کالمن، نسبت به خطای مکان یابی روش های فوق الذکر 12، 18 و 29 درصد می باشد.

امروزه با شناخته شدن مزیت های شبکه های توری بی سیم، استفاده از آن ها به صورت گسترده ای افزایش یافته است. از آنجایی که یکی از عمده ترین مشکلات این قبیل شبکه ها، ازدحام بار در بعضی از گره ها است، ایجاد توازن بار در سراسر شبکه یک امر ضروری می باشد. زیرا نامتوازن بودن بار باعث ایجاد تاخیر زیاد در بعضی از مسیرها، کاهش میانگین نرخ تحویل بسته ها، استفاده ی نامطلوب از منابع شبکه و بطور کلی افت کارایی شبکه می شود. تاکنون پژوهش های زیادی در این زمینه انجام شده است و روش های گوناگونی مانند تشکیل درخت پویای متوازن بار، انتخاب دروازه های کم بار و مسیریابی های متوازن بار پیشنهاد شده است. هر کدام از این روش ها در دو حالت کنترل مرکزی و توزیع شده، قابل پیاده سازی اند، اما چالشی که تقریبا همه ی روش های پیشنهاد شده با آن روبرو اند، این است که هر کدام تنها در سناریوهای خاص کارایی لازم را دارند. الگوریتم هایی که جهت توازن بار در این پایان نامه ارائه شده اند، تقریبا در تمام سناریو های مختلف با آرایش های گوناگون و بدون در نظر گرفتن تعداد و نوع گره های شبکه، قابلیت اجرا دارند. در این پایان نامه ضمن معرفی مختصر شبکه های توری بی سیم و تعریف پویایی در آن ها، مسئله ی توازن بار بررسی می شود و با ذکر پژوهش های صورت گرفته در این زمینه، انواع روش های توازن بار شرح داده خواهد شد. سپس چهار الگوریتم پیشنهادی جهت ایجاد توازن بار در شبکه های توری بی سیم پویا، به نام های aodv-mq، aodv-wmq، aomdv-mq و aomdv-wmq مطرح می شود و با شبیه سازی این الگوریتم ها در سناریوهای گوناگون، نشان داده خواهد شد که روش های پیشنهادی بدون در نظر گرفتن سناریو، بار را به گونه ی مطلوبی در سراسر شبکه توری بی سیم، متوازن می کنند. همچنین با کاهش متوسط تاخیر و افزایش میانگین نرخ تحویل بسته ها، کارایی شبکه را بهبود می بخشند.

شبکه های توری بی سیم در حال حاضر یکی از مهمترین فناوریهای بی سیم است. به منظور بهبود عملکرد این شبکه ها، تلاشهای تحقیقاتی گسترده ای برای افزایش تعداد انتقالهای همزمان در شبکه انجام شده است. واضح است که سطح کارایی شبکه های توری بی سیم می تواند با افزایش تعداد رادیوها و کانال های انتقال بالا رود. با وجود تعریف کانالهای متعدد در استانداردهای بی سیم اخیر، فقط تعداد کمی از آنها ناهم پوشان هستند و تعداد زیادی با هم همپوشانی دارند. اکثر کارهای تحقیقاتی اخیر در مورد شبکه های توری بی سیم، بر استفاده از کانال های ناهم پوشان متکی هستند، درحالیکه با استفاده صحیح از کانال های قسمتی هم پوشان، گذردهی شبکه به طور چشمگیریافزایش می یابد.در شبکه های توری بی سیم مسائلی همچون مسیریابی، تخصیص کانال و زمانبندی به هم وابسته اند و بهبود در عملکرد هر کدام از این مواردو همچنین ارائه ی الگوریتمی که به طور همزمان این مسائل را در نظر بگیرد باعث بهبود کلی در شبکه های توری بی سیم می شود . در این پایان نامه تلاش بر این است که تأثیر استفاده از کانال های قسمتی هم پوشان در بهبود معیارهای کارایی شبکه ی توری بی سیم بررسی شود. به همین منظور ابتدا مسئله با در نظر گرفتن همزمان مسیریابی، تخصیص کانال ، زمانبندی و کنترل نرخ ارسال با هدف حداکثر کردن ظرفیت شبکه، جهت بهینه سازی تخصیص منابع، فرمول بندی می شود. از آنجا که مسئله ی تخصیص کانال با استفاده از کانالهای هم پوشان در دسته ی مسائل خیلی سخت قرار می گیرد، بررسی تأثیر استفاده از کانال های قسمتی هم پوشان در شبکه های بزرگ و سناریوهای واقعی به دلیل نیاز به حجم بالای حافظه و پیچیدگی محاسباتی بسیار بالا غیر ممکن خواهد بود و همچنین امکان دنبال کردن جریانات ترافیکی توسط الگوریتم بهینه وجود ندارد. به همین منظور، تعدادی الگوریتم ابتکاری برای مسیریابی، تخصیص کانال های قسمتی هم پوشان و زمانبندی در این شبکه ها پیشنهاد شده است. در این پایان نامه با درنظر گرفتن یکی از جدیدترین الگوریتم های پیشنهادی،تغییراتی در آن ایجاد کرده و اثر این تغییرات در بهبود گذردهی متوسط شبکه و متوسط تاخیر انتها به انتهای بسته های ارسالی بررسی می شود و علاوه بر این،یک الگوریتم ابتکاری جدید پیشنهاد می شود که به طور همزمان تخصیص کانال و زمانبندی را انجام می دهد. این الگوریتم می تواند پاسخ های مطلوب و نزدیک به مقدار بهینه، با پیچیدگی محاسباتی بسیار کمتر نسبت به حالت بهینه را ارائه دهد.

در این پایان نامه‏، یک طرح موقعیت یابی مشارکتی در شبکه های خودرویی پیشنهاد می گردد‏‏، که بر اساس آن‏، خودروها قادر خواهند بود‏ که از موقعیت خود نسبت به سایر خودروهای همسایه‏، آگاه شوند. در این طرح‏ با تقسیم خودروهای شبکه به خوشه های متمایز و با هدف تسهیل پدیده ازدحام که اغلب‏، ناشی از تبادل بالای اطلاعات در بین خودروها می باشد و عموماً در شبکه های خودرویی با تراکم بالا روی می دهد‏، داده های انتشاری فاصله در مرحله تبادل اطلاعات‏، کاهش داده می شوند. سپس هر یک از خودروهای درون خوشه‏، با دریافت داده های فاصله از خودروهای همسایه‏، یک ماتریس ناکامل از مجذور فاصله های دوبه دو را تشکیل داده و با به کارگیری الگوریتمی موسوم به الگوریتم تکمیل ماتریس‏، داده های حذف شده در مرحله تبادل اطلاعات را بازسازی می نماید. ماتریس تکمیل شده به انضمام داده های حرکتی خودروها‏، به یک واحد تجمیع داده مبتنی بر فیلتر کالمن بدون بو اعمال می شوند تا از این طریق‏، تخمین اولیه ای از موقعیت خودروها بدست آید و در نهایت نیز‏، یک واحد تطبیق نقشه‏، تخمین های موقعیت حاصل از واحد تجمیع داده را بهبود می دهد. نتایج شبیه سازی‏، کارآمدی طرح پیشنهادی‏، در تسهیل پدیده ازدحام و همچنین‏، دستیابی به دقت بالای موقعیت یابی مشارکتی در شبکه های خودرویی که نسبت به روش مشابه مبتنی بر فیلتر کالمن توسعه یافته‏، ‎%17‎ برتری دارد را شفاف می سازند.

در سالهای اخیر، شبکه های توری بی سیم به عنوان ساختار جدیدی، که قادر به گسترش ناحیه تحت پوشش و افزایش ظرفیت شبکه های بی سیم هستند، بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته اند و به سرعت در حال گسترش می باشند. این شبکه ها را می توان انتخاب مناسبی برای ایجاد اتصالات بیسیم پهن باند و بدون نیاز به ایجاد زیر ساخت سیمی دانست. به طور معمول گره های مسیریاب در شبکه های توری بیسیم مجهز به آنتنهای همه جهته هستند و استانداردهای موجود نیز با در نظر گرفتن این نوع از آنتنها طراحی شده اند. آنتنهای همه جهته به دلیل ماهیت پخش همگانی، مقیاس پذیر نیستند به گونه ای که با افزایش تعداد گره ها و تعداد کاربران در شبکه، عملکرد شبکه به سرعت افت می کند. خوشبختانه امروزه با پیشرفت سریع فناوری آنتنها، امکان استفاده از آنتنهای جهت دار برای افزایش ظرفیت و گذردهی شبکه های توری بیسیم میسر شده است . مزایای آنتنهای جهت دار در مقایسه با آنتنهای همه جهته در شبکه های بیسیم به خوبی شناخته شده است. اما، بکارگیری آنتن جهت دار به سادگی حذف آنتن همه جهته و جایگزین کردنش نیست. اگرچه استفاده از آنتن جهت دار می تواند در بهبود کارایی شبکه موثر باشد، با این وجود نیازمند بازنگری اساسی در روشهای تخصیص کانال، زمان بندی، مسیریابی و سایر پروتکلهای ارتباطی در لایه های مختلف شبکه توری بیسیم است تا بتوان از مزایای بکارگیری این فناوریها به نحو موثری بهره گرفت. در این پایان نامه، ابتدا چالشهای پیش رو و مزایای استفاده از آنتنهای جهت دار بیان و پس از آن روشهای مسیریابی، تخصیص کانال و زمان بندی در شبکه های توری بیسیم بررسی می شود. سپس به مسئله تخصیص منصفانه رابطها به هر گره پرداخته و یک مدل بهینه سازی به منظور حداکثر کردن گذردهی در شبکه های توری بیسیم مجهز به آنتن های جهت دار ارائه شده و تغییرات مورد نیاز در الگوریتم زمان بندی برای امکان پذیرکردن انتقالات هم زمان متناسب با تغییر ایجاد شده اعمال می شود. در این راستا از مسیریابی چندمسیری با حداقل تعداد جهش و مدل مناسب تداخل استفاده می شود. در انتها نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که روش ارائه شده بطور قابل قبولی عملکرد شبکه های توری بیسیم را افزایش می دهد.

یکی از چالش های عمده در طراحی شبکه های حسگر بی سیم، به حداقل رساندن هزینه انتقال‏ داده‏ می باشد. تجمیع داده با استفاده از نظریه نمونه برداری فشرده، یک روش موثر برای کاهش هزینه ارتباطات محسوب می شود. در این پایان نامه‏، یک روش تجمیع داده جدید با عنوان تجمیع داده فشرده وزن دهی شده، ارائه می گردد که از مزایای ماتریس اندازه گیری تصادفی تنک‏ سود می جوید. در ادامه، روش تجمیع داده جدید دیگری با عنوان تجمیع داده فشرده وزن دهی شده مبتنی بر خوشه بندی‏،‎ برای کاهش قابل توجه مصرف انرژی‏ پیشنهاد می شود.