مقدمه در سال های اخیر، دو فناوری پیشرو به نام هایwlan و voip معرفی شده اند. منظور از فناوریwlan، ایجاد شبکه های محلی بی سیم مبتنی بر استاندارد ieee802.11 است. فناوریvoip نیز عبارت است از ارسال داده های دیجیتالی تماس های تلفنی با استاندارد ip. با گسترش دو فناوری فوق، ایده ی ترکیب آن دو مطرح شده که با نام ترکیبی vowlan شناخته می شود. بدین ترتیب این فناوری، امکان برقراری مکالمات تلفنی به صورت voip را برروی شبکه های wlan فراهم آورده است. از آنجا که شبکه های محلی بی سیم اساساً برای انتقال ترافیک داده طراحی شده اند، در پشتیبانی از ترافیک صدا ناکارآمد بوده و قادر نیستند در عین استفاده حداکثری از ظرفیت این شبکه ها در انتقال صدا، مولفه های کیفیت سرویس را در حد مطلوب ارضا نمایند. این مسئله ناشی از عدم کارایی زیر لایه ی mac در استاندارد ieee802.11 (استاندارد شبکه های محلی بی سیم) در هنگام انتقال ترافیک صدا بر روی این شبکه هاست. کوشش های بسیاری به منظور بهبود کیفیت سرویس فناوری vowlan انجام شده که مهمترین آن ها طراحی استاندارد ieee802.11eاست. علیرغم کارایی نسبی این استاندارد در انتقال صدا، رفع کاستی های آن در بهبود مولفه های کیفیت سرویس همچنان به عنوان یکی از مسائل چالش برانگیز روز مطرح است. هدف از پژوهش حاضر ارائه روشی است که با اصلاح پروتکل های زیر لایه ی mac در استاندارد ieee802.11e کیفیت سرویس را بهبود بخشد. این پژوهش پیشنهاد می کند که دسترسی گره مرکزی به کانال (که به صورت موثر در دوره غیر رقابتی و با دسترسی hcca حاصل می شود) در دوره رقابتی نیز انجام گیرد تا بتوان کیفیت سرویس را در این دوره افزایش داد. در روش پیشنهادی یاtq-length hcca (منظور از حرف tترافیک و منظور از حرف q-length طول صف ترافیک است) گره مرکزی مسئولیت زمانبندی کانال در دسترسی گره ها را در طول دوره رقابتی به عهده می گیرد و این زمانبندی را بر حسب نوع ترافیک گره ها و از طریق تنظیم زمان بازگشت ترافیک ها انجام می دهد. در این روش طول صف های بسته های داده برای هر ترافیک به صورت معکوس در تابع مورد نظر جهت محاسبه زمان بازگشت لحاظ شده است. بدین ترتیب ترافیکی که صف طویلتری دارد، زمان بازگشت کوتاهتری در دسترسی به کانال خواهد داشت. از سوی دیگر در برخی از شرایط، ممکن است یک کاربر بدون توجه به حجم ترافیک گذاری خواهان افزایش کیفیت سرویس در ترافیک مورد علاقه خود باشد. از این رو در تابع انتخاب زمان بازگشت، متغیرهایی نیز پیش بینی شده که از طریق این متغیرها می توان کیفیت سرویس مورد نظر کاربران را تامین نمود.

در این پایان نامه هسته مرکزی در یک کنترلر عمومی برای میکروسیستم های قابل کاشت در بدن طراحی و پیاده سازی شده است. کنترلر عمومی قابلیت پشتیبانی از کاربردهای مختلف در میکروسیستم های مجتمع مانند ثبت سیگنال های بیولوژیکی و تحریک بخشی از بافت بدن را دارا می باشد. این کنترلر توانایی پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای موجود در کاربردهای ثبت و تحریک با تعداد پایین و بالایی از کانال ها را دارد. هسته مرکزی وظیفه ی دیکد کردن و اجرای دستورالعمل ها، تشخیص خطای پیش آمده، مدیریت عملکرد کنترلر و تبادل داده با بخش های مختلف را بر عهده دارد. این تبادل داده ممکن است با دنیای خارج، هسته عملیاتی و یا واحدهای جانبی (.p.d) باشد. همچنین هسته مرکزی تولید سیگنال های کنترلی مورد نیاز .p.d را نیز بر عهده دارد. این بخش با معماری cisc طراحی شده و قابلیت اجرای 26 دستورالعمل را دارد. در طراحی هسته مرکزی ملاحظات طراحی مورد نیاز برای میکروسیستم های قابل کاشت در بدن مانند تبادل داده به صورت سری با دنیای خارج، پشتیبانی از پروتکل های سری و موازی برای ارتباط با .p.d، اندازه کوچک، توان مصرفی پایین و کارایی بالا در نظر گرفته شده است. فرکانس کلاک اصلی این هسته 2mhz و نرخ تبادل داده با دنیای خارج برابر 2mbps می باشد. هسته مرکزی با زبان توصیف سخت افزار vhdl و به صورت ساختاری طراحی شده است. از نرم افزار ise متعلق به شرکت xilinx برای سنتز، شبیه سازی و پیاده سازی آن استفاده شده است. جانمایی فیزیکی هسته مرکزی توسط نرم افزار alliance cad system با تکنولوژی 0.13µm بدست آمد و مساحت اشغالی آن 160µm×100µm می باشد. برای بررسی صحت عملکرد طرح پیشنهادی بر روی xc2s200 از خانواده xilinx spartan ii fpga پیاده سازی شده، با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفت.

هدف از تنظیم این رساله ارائه ی یک پروتکل آگاه به qos در لایه ی mac برای شبکه های اقتضایی است. در ابتدا عملکرد پروتکل dcf به عنوان پروتکل پایه ای در لایه ی mac مورد بررسی قرار گرفته و سعی شده با ایجاد تغییراتی در زمان عقب نشینی این پروتکل، پروتکل جدیدی ارائه شود که بتواند با ایجاد کلاس های اولویتی از qos پشتیبانی کند. پروتکلی که در ادامه ارائه خواهد شد با بازه بندی زمان عقب نشینی در هنگام گرفتن کانال ، دو کلاس اولویتی مختلف ایجاد می کند. با توجه به اینکه در کاربردهایی نظیر انتقال صدا، بسته اگر در بازه ی زمانی مشخصی به دست گیرنده نرسد ارزش خود را از دست خواهد داد، پروتکلی که در این رساله ارائه خواهد شد برای هر بسته deadline مشخصی تعریف می کند. در صورتی که تخمین زده شود بسته در زمان مقرر به دست گیرنده نمی رسد، بسته دور ریخته خواهد شد. با این روش منابع شبکه هدر نخواهند رفت. در صورت بروز تداخل مابین بسته های ارسالی، هر گره به ارسال پالس انرژی با طولی متناسب با صف هر گره می پردازد. بدین صورت گره هایی که داده ی بیشتری در صف دارند برای گرفتن کانال اولویت می یابند.

در این پروژه الگوریتم جدیدی پیشنهاد شده است که هدف آن کاهش نرخ تصادم در شبکه های ad hoc می باشد. زیاد بودن نرخ تصادم، منجر به افزایش تأخیر در دریافت داده و یا نرسیدن داده به مقصد می گردد. بعلاوه موجب افزایش ارسال های مجدد و در نتیجه کاهش توان فرستنده ها می گردد. روش دسترسی به کانال ارائه شده در ieee 802.11 در مد dcf ، به طور کامل نتوانسته است مشکلات گره های پنهان را بر طرف نماید. الگوریتم جدید دارای روش دست دادن 5 طرفه ی rts-cts-ef-data-ack است. در الگوریتم پیشنهادی، پس از آنکه گیرنده در جواب rts، بسته ی cts را ارسال کرد، بسته ی دیگری با نام ef (بسته ی تأکید) را به فرستنده ارسال می کند. این بسته نیز همانند بسته های rts و cts دارای فیلد duration می باشد. گره های مجاور دیگر، با دریافت این بسته، از ارسال های خود خودداری می کنند. شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از نرم افزار ns-2.34 صورت گرفت. در شبیه سازی این الگوریتم برای یک ارتباط دو طرفه با چهار گره، توسط میسریابی dsdv ، میزان تأخیر و تصادم بسته ها نسبت به پروتکل 802.11، مقدار زیادی بهبود یافت. همچنین این الگوریتم در شبکه هایی که دارای ترافیک بالا هستند، میزان تصادم بسته ها را کاهش می دهد.

با رشد روز افزون سیگنالهای صوتی دیجیتال، انگیزه برای یافتن تقویت کننده های دیجیتال برای تقویت توان، بیشتر میگردد. معمولاً اطلاعات صوتی دیجیتال در ورودی تقویت کننده ی توان به صورت یک سیگنال مدولاسیون کد-پالس می باشد. استفاده کردن از مدولاسیون دلتا-سیگما برای تولید یک رشته بیت که در آن پالس ها دارای یک عرض ثابت وسیگنال خروجی به وسیله متوسط چگالی پالس تعیین می شود، راه حلی مناسب برای این منظور می باشد. این مدولاسیون دارای مزایای زیادی نسبت به pwm متعارف می باشد که از جمله آن می توان به شکل دهی نویز کوانتیزاسیون و راندن آن به بیرون از باند صوتی، اشاره نمود که به موجب آن به یک اجرا با بهبود دراعوجاج هارمونیکی کل، دست می یابیم. در این پایان نامه، طراحی و شبیه سازی یک تقویت کننده صوتی دیجیتال کلاسd آورده شده است که از مدولاتور دلتا-سیگمای مرتبه سه استفاده می کند. این طراحی در تکنولوژی سی ماس 0.18?m/1.8v انجام شده است. مقدار سیگنال به نویز محاسبه شده برای یک بار خروجی 4?، حدوداً برابر با 106.6 db، مقدار اعوجاج هارمونیکی کل برابر با 0.0013%، توان خروجی برابر با 127.5 mw و بازده خروجی نزدیک به 91% می باشد.

ازدحام در شبکه های رایانه ای پدیده ای نامطلوب است که طی آن با افزایش بی وقفه ی تقاضای کاربران، عملکرد طبیعی شبکه مختل شده و سرویس دهی مناسب صورت نمی پذیرد. در سال های اخیر تحقیقات وسیعی پیرامون استراتژی های کنترل ازدحام برای افزایش کیفیت سرویس و کارایی شبکه های رایانه ای صورت گرفته است. مسیریاب ها با مدیریت صحیح صف بسته ها، می توانند نقش اساسی در زمینه ی ارتقای کیفیت سرویس برعهده داشته باشند. حفظ عدالت در تقسیم فضای صف میان جریان های مختلف و چگونگی برخورد با ترافیک های بدرفتار، که در صورت رخ دادن تداخل در شبکه، غیرمسئولانه برخورد می نمایند، پارامترهایی موثر در کارایی الگوریتم های مدیریت صف مسیریاب هستند. در این پژوهش ابتدا الگوریتم dynamic balanced red که بر پایه ی الگوریتم balanced red طراحی شده است ارایه گردیده، سپس حدود آستانه ی این الگوریتم به کمک شبکه ی عصبی tdl به صورت پویا تعیین می گردد، الگوریتم نهایی را nndbred می نامیم. هدف اصلی الگوریتم پیشنهادی بهبود کیفیت سرویس و حفظ عدالت میان جریان های مختلف در استفاده از فضای صف، با استفاده از شبکه ی عصبی به عنوان تصمیم گیر می باشد. عملکرد مطلوب شبکه ی عصبی در شناسایی پویای حدود آستانه و مدیریت مناسب بسته های جریان های بدرفتار، موجب گردیده الگوریتم پیشنهادی نسبت به سایر روش ها برتری داشته باشد.

خوشه بندی در شبکه های حسگر بی سیم، مصرف انرژی در هر گره حسگر را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و یک روش موثر برای افزایش طول عمر شبکه است. در هنگام استفاده از مدل ارسال چندگامی در ارتباطات بین خوشه ای، به دلیل مصرف نامتعادل انرژی بین سرخوشه ها، مسأله " نقاط داغ" به وجود می آید. در این پایان نامه، یک روش خوشه بندی مبتنی بر گرادیان برای مسیریابی کارآمد از نظر انرژی در شبکه های حسگر بی سیم ارائه شده است. در این روش از یک مدل مبتنی بر حلقه استفاده شده است و گره های حسگر قرار گرفته در هر حلقه یک مقدار گرادیان یکسان را در خود نگهداری می کنند. ایده اصلی، تقسیم بهینه ناحیه تحت پوشش حسگری است به نحوی که انرژی مصرفی در کل شبکه کاهش یابد و با ایجاد یک ساختار خوشه بندی نابرابر مصرف انرژی میان سرخوشه ها متعادل شود و در نتیجه اثر مسأله " نقاط داغ" کاهش یابد. هم چنین برای متعادل سازی مصرف انرژی میان همه گره های شبکه، از یک پروتکل توزیع شده و موثر برای مسیریابی و چرخش آگاه از انرژی سرخوشه استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش های heed، ebcag و leach، مصرف انرژی بین سرخوشه ها را متعادل کرده و در حدود 50% طول عمر شبکه را بهبود می بخشد.

در این پایان نامه، یک الگوریتم زمانبندی ارائه شده است. این الگوریتم مصرف انرژی را در کل شبکه کاهش می دهد. هدف اصلی این الگوریتم، متعادل کردن مصرف انرژی در میان گره های حسگر برای افزایش طول عمر شبکه است. در این الگوریتم، مدت زمان مورد نیاز برای ارسال هر بسته با درنظر گرفتن تعداد بیت های موجود در آن بسته، توسط گره حمایت کننده محاسبه می شود. هر گره موظف است داده خود را در مدت زمان مشخص شده ارسال کند، درغیراین صورت کانال توسط سایر گره ها اشغال می شود. با اختصاص زمان ارسال بیشتر به بسته هایی با تعداد بیت بیشتر، مصرف انرژی کل شبکه کاهش می یابد. الگوریتم به صورت برخط عمل کرده و با ورود بسته های جدید، زمانبندی جدیدی انجام می شود. پس از انجام زمانبندی در هر دور، انرژی مصرف شده در گره ها محاسبه می شود. سپس با توجه به انرژی مصرفی و زمان های به دست آمده از الگوریتم، زمان های جدید به گونه ای محاسبه می شوند که در هر دور، مصرف انرژی در گره ها، متعادل شود. در نتیجه طول عمر شبکه افزایش می یابد. نتایج شبیه سازی، بهبود عملکرد این الگوریتم را نسبت به روش های زمانبندی tdma وlurs نشان می دهد.

استاندارد ieee802.11 به عنوان مهم ترین استاندارد در شبکه های محلی بی سیم مطرح است. این استاندارد در زیرلایه ی mac تابع هماهنگی توزیع شده را برای حالت دسترسی رقابتی به کانال معرفی می کند. از آنجایی که dcf از اولویت بندی داده ها پشتیبانی نمی کند و ترافیک شبکه را نیز درنظر نمی گیرد، کیفیت سرویس داده های بلادرنگ به شدت کاهش پیدا می کند. در این پژوهش پروتکل pmac-qp برای بهبود کیفیت سرویس ترافیک بلادرنگ در شبکه ی اقتضایی ارائه شده است. این پروتکل روش دسترسی رقابتی پویایی را برای تصاحب کانال معرفی می کند. در این روش طول فعلی صف، متوسط طول آینده ی صف و نوع بسته های داده، اولویت گره را برای ارسال مشخص می کنند. داده ها در چهار سطح ترافیک صدا، ویدئو، بهترین تلاش و پس زمینه اولویت بندی شده اند. برای پیش-بینی متوسط طول آینده ی صف از الگوریتم rls استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که طرح پیشنهادی در دورریز بسته حدود 5% و در گذردهی حدود 15% نسبت به استاندارد 802.11 بهبود دارد اما تأخیر کلی آن حدود 10% بیشتر از استاندارد 802.11 است. همچنین در این طرح، عملکرد شبکه نسبت به ترافیک بلادرنگ بهتر از ترافیک غیربلادرنگ است بدین صورت که تأخیر و دورریز بسته های صوتی حدود 80% نسبت به استاندارد 802.11 بهبود یافته است.

یکی از بزرگترین چالش های دستگاه های قابل حمل کنترل توان می باشد. در شبکه های بی سیم موردی، پروتکل های مسیریابی با مصرف انرژی و کنترل توان رابطه دارند. پروتکل های مسیریابی ابتدایی بدون در نظر گرفتن انرژی باقی مانده در هر گره، عمل مسیریابی را انجام می دادند و این باعث می شود تا باتری یا منبع انرژی بعضی از گره ها به سرعت خالی شود. در این پایان نامه یک پروتکل مسیریابی به نام emr-aodv برای شبکه های بی سیم موردی ارائه شده است. این پروتکل مبتنی بر الگوریتم شناخته شده ی aodv طراحی شده است. در emr-aodv هر گره از دو جدول مسیریابی روبه جلو و روبه عقب استفاده می کند. این الگوریتم با توجه به انرژی باقی مانده در هر گره و فواصل بین آن ها طول عمری برای هر گره و هر مسیر در نظر می گیرد. سپس بهترین مسیر از نظر طول عمر را بین مبداء و مقصد انتخاب می کند. در emr-aodv برخلاف aodv لزوماً مسیرهای رفت و برگشت بین یک جفت گره برروی همدیگر قرار ندارند. هر گره با توجه به فاصله تا همسایه ای که قصد دارد برای آن داده ارسال کند، توان ارسالی خود را تنظیم می کند. در این پایان نامه با استفاده از ns-2 نشان داده ایم که طول عمر گره ها در emr-aodv در حدود 73% نسبت به aodv بهبود داشته است. همچنین به دلیل طول عمر بیشتر مسیرها درemr-aodv نسبت به aodv، در حدود 40% کاهش در سربار بسته های مسیریابی داشته ایم. این درحالی است که میدان های جدیدی به بسته های rreq و rrep اضافه شده و طول بسته های مسیریابی افزایش پیدا کرده است. همچنین به دلیل استفاده از زمان سنج و فرآیند تغییر توان در هنگام ارسال، تاخیر انتها تا انتها 5% نسبت به aodv افزایش یافته است.

کاربرد شبکه های حسگر بیسیم در سال های اخیر رشد چشمگیر و فزاینده ای داشته است. پیشرفت فن آوری ساخت قطعات الکترونیکی، و به موجب آن کوچکتر شدن حسگر های بیسیم، و استفاده از آنها در مناطق و نقاط خاص، این حسگر ها را به یکی از کارآمدترین قطعات الکترونیکی تبدیل کرده است. اما استفاده از این حسگرهای بیسیم با چالش هایی نیز همراه می باشد. یکی از این چالش ها، که شاید مهمترین آنها نیز باشد، مساله ی محدودیت انرژی این قطعات و نبود امکان تعویض باتری آنها، بعضا" به دلیل وجود این حسگر ها در مناطق صعب العبور می باشد که منجر به ایجاد طیفی از تحقیقات در راستای به حداقل رساندن انرژی مصرفی آنها شده است. عموما" فاصله ی حسگرها تا ایستگاه پایه، فاصله ی زیادی می باشد که به موجب آن هر حسگر باید انرژی زیادی را برای هر بار ارسال اطلاعات خود به ایستگاه پایه صرف کند. در برخی از پروتکل ها برای جلوگیری از این موضوع، شبکه به دسته هایی که به خوشه معروف هستند تقسیم می شود. در هر خوشه، یک گره به عنوان سرخوشه انتخاب می شود که گره های زیر مجموعه ی این سرخوشه اطلاعات خود را به آن ارسال کرده و گره سرخوشه پس از فشرده سازی داده های دریافتی، آنها را به ایستگاه پایه ارسال می کند. این سرخوشه در دورهای بعدی تغییر می کند تا تمامی گره های زیر مجموعه یکبار سرخوشه شوند. بدیهی است که گره سرخوشه انرژی بیشتری را نسبت به گره های معمولی مصرف خواهد کرد. الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه، استفاده از یک سرخوشه ی کمکی به منظور تقسیم کار و در نتیجه صرف انرژی کمتر توسط سرخوشه ی اصلی می باشد