2-3-2-مشکلات استفاده از زنجیره تامین معکوس…………………………………………………………………….48

 

2-4-زنجیره تامین سبز……………………………………………………………………………………………………………49

 

2-5-داده کاوی در زنجیره تامین……………………………………………………………………………………………..50

 

2-5-1-تاریخچه داده کاوی……………………………………………………………………………………………………50

 

2-5-2- خوشه بندی………………………………………………………………………………………………………………51

 

2-5-2-1- روش های خوشه بندی…………………………………………………………………………………………..52

 

3-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………56

 

3-2-مدیریت ارتباط با مشتری(CRM)……………………………………………………………………………………..57

 

3-2-1-خوشه بندی در مدیریت ارتباط با مشتری………………………………………………………………………60

 

3-3-نظرسنجی از مشتریان………………….. …………………………………………………………………………………61

 

3-3-1-خواسته ها و نیازمندی های مشتریان………………… …………………………………………………………61

 

3-3-1-1-نیازمندی های مشتریان………………………………………… …………………………………………………61

 

3-3-1-2-خواسته های مشتری………………………………………………………………………………………………..63

 

3-3-2-روش نمونه گیری STRATA ………………………………………………………………………………………66

 

3-4-داده کاوی ……………………………………………………………………………………………………………………..66

 

3-4-1- شرح الگوریتم K-means ……………………………………………………………………………………………68

 

3-4-1-1- مشکلات روش خوشه‌بندی K-Means………………………………………………………………………69

 

3-5-مدلسازی ریاضی…………………………………………. ………………………………………………………………..70

 

3-5-1-تعریف علایم و پارامترها…………………………….. ……………………………………………………………..70

 

3-5-1-1-تعریف علائم……………………………………………….. ………………………………………………………70

 

3-5-1-2-تعریف پارامترها…………………………………………………………….. ……………………………………..71

 

3-5-1-3-تعریف متغیر های تصمیم……………………………………… ……………………………………………….72

 

3-5-2-مدل ریاضی پیشنهادی……………………………………………………. …………………………………………..72

 

3-5-2-1-خطی سازی تابع هدف…………………………………………………………………………………………….76

 

3-5-2-2- استفاده از AHP برای تابع دو هدفه(پیگیری نظرات)…………………… …………………………….77

 

3-5-2-2-1-روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی(AHP)…………………………….. ……………………………….77

 

3-5-2-2-1-1-تشکیل سلسله مراتب………………………………………………….. …………………………………78

 

3-5-2-2-1-2- الویت بندی………………………………………………….. ……………………………………………. 78

 

3-5-2-2-1-3-علایم ریاضی و تعاریف آنها…………………………………… ………………………………………79

 

3-5-2-2-1-4-  الگوریتم 1: PWAHP (محاسبه وزن اهداف به کمک AHP)…………… …………………79

 

3-5-2-2-2- حل مسئله دو هدفه پیگیری نظرات……………………………………. ……………………………….83

 

3-6-جمع بندی……………………………………………………………………………………………………………………..84

 

4-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………87

 

4-2-نظر سنجی از مشتریان به چندین روش…………………………………… ……………………………………….87

 

4-3-نمونه گیری به روش STRATA……………………………………………………….. ……………………………..87

 

4-4-میانگین وزنی عوامل………………………………………………………… ……………………………………………88

 

4-5-الگوریتم k-means…………………………………………………………………………. ………………………………89

 

4-5-1-نتیجه الگوریتم  k-means …………………………………………………………… ………………………………91

 

4-6-مدل ریاضی………………………………………………………………….. ……………………………………………..93

 

4-6-1-محاسبه و تعیین پارامترهای مدل ریاضی………………………………….. ………………………………….93

 

4-6-2-جواب مدل ریاضی……………………………………………………………………………………………………..95

 

4-7-جمع بندی……………………………………………………………………………………………………………………..96

 

1-5 -نتیجه گیری …………………………………………………………………………… ……………………………………98

 

-2-5 پیشنهادها …………………………………………………………………….. …………………………………………….98

 

 

 

مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 100

 

 

 

 فهرست جداول

 

جدول 1-1: گرایشات مهم لجستیک در طول زمان………………….. ………………………………………………..20

 

جدول 3-1: پرسشنامه…………………………………………………………………………………………………………….65

 

جدول 3-2: مقیاس اهمیت نسبی…………………………………………………………. ………………………………….78

 

جدول 3-3: ماتریس هدف – معیار……………………………………….. ……. …………………………………………82

 

جدول 3-4: ماتریس مقایسه دوتایی معیار- معیار………………………………….. …………………………………..82

 

 

جدول 3-5: ماتریس هدف- معیار………………………………………………… …………………………………………83

 

جدول 3-6: ماتریس معیار- معیار……………………………………………… ………………………………………….84

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

 

شکل -11: نمونه ای از یک زنجیره ی تامین……………………………………………………………………………….16 شکل 1-2:مقایسه زنجیره تامین رو به جلو و معکوس………………………………. ……………………………….17

 

شکل 1-3:تفاوت چهارچوب لجستیک یکپارچه و قدیمی………………………. …………………………………..22

 

شکل 2-1:جریان کالا در لجستیک مستقیم و معکوس…………………………… …………………………………….29

 

 

 

فصل اول :

 

کلیات تحقیق

 

 

 

۱-۱- مقدمه

 

در رقابت‌های جهانی موجود در عصر حاضر، باید محصولات متنوع را با توجه به درخواست مشتری ، در دسترس وی قرار داد. خواست مشتری بر كیفیت بالا و خدمت رسانی سریع، موجب افزایش فشارهایی شده است كه قبلاً وجود نداشته است، در نتیجه شركت‌ها بیش از این نمی ‌توانند به تنهایی از عهده تمامی كارها برآیند. در بازار رقابتی موجود، بنگاه‌های اقتصادی و تولیدی علاوه بر پرداختن به سازمان و منابع داخلی ، خود را به مدیریت و نظارت بر منابع و اركان مرتبط خارج از سازمان نیازمند یافته‌اند. علت این امر در واقع دست یابی به مزیت یا مزایای رقابتی با هدف كسب سهم بیشتری از بازار است. بر این اساس، فعالیت‌های نظیر برنامه ریزی عرضه و تقاضا، تهیه مواد، تولید و برنامه ریزی محصول، خدمت نگهداری كالا، كنترل موجودی، توزیع ، تحویل و خدمت به مشتری كه قبلا همگی در سطح شركت انجام می شده اینك به سطح زنجیره ی تامین انتقال پیدا كرده است. مسئله كلیدی در یك زنجیره تامین، مدیریت و كنترل هماهنگ تمامی این فعالیت‌ها است. مدیریت زنجیره تامین ( SCM ) پدیده‌ای است كه این كار را به طریقی انجام می ‌دهدكه مشتریان بتوانندخدمت قابل اطمینان وسریع را با محصولات باكیفیت درحداقل هزینه دریافت کنند.

 

2-4-8- نیاز برای مدیریت موجودی ها…………………………………………………………………..16

 

2-5- عوامل مؤثر بر مدیریت زنجیره های تأمین……………………………………………………………….17

 

2-5-1- مدیریت اطلاعات……………………………………………………………………………………..17

 

2-5-2- مدیریت لجستیک……………………………………………………………………………………..18

 

2-5-3- مدیریت روابط…………………………………………………………………………………………18

 

2-6- فرایندهای زنجیره تأمین………………………………………………………………………………………..19

 

2-6-1- دیدگاه سیکلی………………………………………………………………………………………….19

 

2-6-2- دیدگاه فشاری – کششی……………………………………………………………………………20

 

2-7- انواع زنجیره تأمین………………………………………………………………………………………………..20

 

2-8- عوامل مؤثر در پیاده سازی زنجیره تأمین رقابتی……………………………………………………….22

 

2-8-1- خرید………………………………………………………………………………………………………22

 

2-8-2- انتخاب تأمین کننده…………………………………………………………………………………..22

 

2-8-3- انعطاف پذیری در تغییر زنجیره تأمین………………………………………………………….23

 

2-8-4- توزیع……………………………………………………………………………………………………..23

 

2-9- چالش های زنجیره تأمین………………………………………………………………………………………24

 

2-10- مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین………………………………………………………………………..29

 

2-11- بر الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………..31

 

2-11-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………31

 

2-11-2- مکانیسم الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………32

 

2-11-3- عملگرهای الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………..35

 

2-11-4- کد کردن……………………………………………………………………………………………….38

 

2-11-5- ایجاد جمعیت اولیه…………………………………………………………………………………40

 

2-11-6- تابع برازندگی…………………………………………………………………………………………42

 

2-11-7- انتخاب………………………………………………………………………………………………….42

 

2-11-8- ترکیب…………………………………………………………………………………………………..47

 

2-11-9- احتمال ترکیب……………………………………………………………………………………….50

 

2-11-10- جهش…………………………………………………………………………………………………50

 

2-11-11- استراتژی برخورد با محدودیت ها…………………………………………………………..51

 

2-11-12- شرایط توقف الگوریتم………………………………………………………………………….53

 

3- بیان مسئله و ارائه مدل ریاضی آن………………………………………………………….54

 

3-1- شبکه زنجیره تأمین چند مرحله ای…………………………………………………………………………55

 

3-2- تقاضای فازی………………………………………………………………………………………………………57

 

3-3- ارائه مدل ریاضی مسئله…………………………………………………………………………………………61

 

3-3-1- اندیس های مدل………………………………………………………………………………………62

 

3-3-2- پارامترهای مدل………………………………………………………………………………………..62

 

3-3-3- متغیرهای مدل………………………………………………………………………………………….63

 

3-3-4- تابع هدف………………………………………………………………………………………………..63

 

3-3-5- محدودیت های مدل…………………………………………………………………………………66

 

4- روش حل و نتایج محاسباتی………………………………………………………………….68

 

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………69

 

4-2- روش کدگذاری اولویت محور……………………………………………………………………………….70

 

4-3- ارزیابی، انتخاب و مکانیسم جایگزینی…………………………………………………………………….82

 

4-4- عملگرهای ژنتیک………………………………………………………………………………………………..83

 

4-4-1- عملگر ترکیب……………………………………………………………………………………………83

 

4-4-2- عملگر جهش…………………………………………………………………………………………….83

 

4-5- حل مسائل و کارایی الگوریتم………………………………………………………………………………..85

 

5- نتیجه گیری و پیشنهادات……………………………………………………………………..91

 

5-1- بر مسئله و نتیجه گیری………………………………………………………………………………92

 

5-2- پیشنهادهایی برای تحقیقات آینده……………………………………………………………………………94

 

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………….95

 

فهرست جداول

 

جدول 4-1- نتایج حاصل با تابع هدف OB1 …………………………………………………………………..88

 

جدول 4-2- نتایج حاصل با تابع هدف OB2 …………………………………………………………………..88

 

 

جدول 4-3- نتایج حاصل با حداقل درجه تأمین 40% و تابع هدف OB1 ……………………………89

 

جدول 4-4- نتایج حاصل با حداقل درجه تأمین 40% و تابع هدف OB2 ……………………………89

 

فهرست تصاویر و نمودارها

 

شکل 1-1- نمایی از یک شبکه زنجیره تأمین……………………………………………………………………..4

 

شکل 1-2- شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله…………………………………………………6

 

شکل 2-1- شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله……………………………………………….30

 

شکل 2-2- دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیک ساده……………………………………………………………….38

 

شکل 2-3- چرخ رولت…………………………………………………………………………………………………45

 

شکل 2-4- عملگر ترکیب تک نقطه ای…………………………………………………………………………..48

 

شکل 2-5- عملگر ترکیب دو نقطه ای…………………………………………………………………………….48

 

شکل 2-6- عملگر جهش وارونه سازی بیت……………………………………………………………………51

 

شکل 2-7- عملگر جهش تغییر ترتیب…………………………………………………………………………….51

 

شکل 3-1- تقاضای فازی  ………………………………………………………………………………………….59

 

شکل 3-2- درجه تأمین تقاضای مشتری………………………………………………………………………….60

 

 

 

فصل اول

 

مقدمه و کلیات تحقیق

 

 

 

1-1- مقدمه

 

مسئله زنجیره تأمین در دنیای امروز به عنوان یک مزیت رقابتی عمده در راستای کاهش قیمت تمام شده مطرح است. زنجیره تأمین شامل خرید و تأمین، لجستیک و حمل و نقل، بازاریابی، رفتار سازمانی،شبکه،مدیریت استراتژیک، مدیریت سیستم های اطلاعاتی و مدیریت عملیات می باشد[10]. با وجود این مطلب، تصمیم گیری در مراحل مختلف این روند و هماهنگی این مراحل، مسئله اصلی در زنجیره تأمین می باشد. با توجه به رقابت شدیدی که بین تولید کنندگان وجود دارد، در صورتی که هر کدام از حلقه های این زنجیره ضعیف عمل کند، کل مجموعه موفق نخواهد بود و در سطح مورد انتظار عمل نخواهد کرد. بنابراین مدیریت مؤثر این زنجیره در صنعت، یک چالش مدیریتی عمده به حساب می آید. در سال های اخیر، شرکت ها و سازمان های کشورهای صنعتی و پیشرفته جهان، توجه ویژه ای به مدیریت زنجیره تأمین داشته اند و از این رهگذر به موفقیت های قابل توجهی نیز دست یافته اند که گواه این امر، حجم بالایی از مبادلات تجاری انجام شده و درآمد و سود آوری بالای زنجیره تأمین موفق و کارآمد است که در بازارهای به شدت رقابتی امروز، موفق به پیشی گرفتن از رقبا شده اند[11].

 

1-2- ضرورت انجام طرح

 

پیچیدگی کالاها و خدمات در دنیای امروز باعث شده است که شرکت هایی که به تنهایی و بدون کمک گرفتن و همکاری با دیگر سازمان ها، محصولی را عرضه می کنند، برای بقای خویش با مشکلات بسیاری روبرو شوند. به همین منظور سازمان ها دریافته اند که اگر با یکدیگر همکاری داشته باشند، مجموع منافعی که عاید آنها می شود بیش از وضعیتی است که هر یک فعالیت خود را بدون هماهنگی با سازمان های مرتبط انجام می دهند. به همین دلیل امروزه هر دو طرف خریدار و فروشنده بر اساس روابط بلند مدت و کسب سود با یکدیگر همکاری می کنند. در سال های اخیر به دلایل زیر توجه زیادی به مقوله زنجیره تأمین شده است :

 

 

2-2-7. برخی مشکلات مدل سازی VRP در شرایط واقعی.. 29

 

2-3.  مرور ادبیات مسائل CMVRP. 30

 

فصل سوم مدل ریاضی و الگوریتم ژنتیک پیشنهادی.. 35

 

3-1. مقدمه. 36

 

3-2. مدل پیشنهادی CMVRP. 37

 

3-2-1. فرض­های مدل. 37

 

3-2-2. خصوصیت مدل ارائه شده 38

 

3-2-3. تعریف علائم و پارامترها 39

 

3-2-4. مدل ریاضی CMVRP. 41

 

3-3. روش حل مدل پیشنهادی.. 43

 

3-4. الگوریتم ژنتیک (GA) 43

 

3-4-1. تعریف… 43

 

3-4-2. گذری بر ژنتیک طبیعی.. 45

 

3-4-3. واژگان الگوریتم ژنتیك… 51

 

3-4-4.  ساختار كلی الگوریتم ژنتیك… 52

 

3-4-5. مفاهیم کلیدی الگوریتم ژنتیک… 54

 

3-4-6. كدینگ… 55

 

3-4-7. ایجاد جمعیت اولیه. 57

 

3-4-8. اعمال ژنتیك… 58

 

3-4-9. تابع برازش… 63

 

3-4-10. روش اجرای الگوریتم ژنتیک… 64

 

3-4-11. استراتژی برخورد با محدودیتها 66

 

3-4-12. انواع عملگرهای تقاطعی.. 69

 

3-4-13. انواع عملگرهای جهشی.. 73

 

3-5. ساختار پیشنهادی الگوریتم ژنتیک… 76

 

3-5-1. نحوه نمایش جواب ها 76

 

3-5-2. نحوه شدنی کردن جواب ها 78

 

3-5-3. تعریف میزان برازندگی.. 80

 

3-5-4. مکانیزم نمونه گیری.. 81

 

3-5-5. عملگر تقاطعی.. 81

 

3-5-6. عملگر جهشی.. 82

 

3-6. جمع­بندی.. 84

 

فصل چهارم تحلیل و نتایج محاسباتی.. 85

 

4-1. مقدمه. 86

 

4-2. تولید مسائل نمونه. 86

 

4-3. تنظیم پارامتر. 87

 

4-3-1. تنظیم پارامترهای الگوریتم ژننیک… 88

 

4-4. نتایج محاسباتی.. 93

 

4-5. صحه­گذاری مدل ارائه شده 97

 

4-6. جمع­بندی.. 100

 

فصل پنجم نتیجه­گیری و ارائه پیشنهادها……………………………………………………………………………………………101

 

5-1. نتیجه­گیری.. 102

 

5-2. پیشنهادها 103

 

مراجع. 104

 

 

 

لیست جداول

 

جدول 3-1. مقایسه الگوریتم ژنتیک با فرآیند تکامل طبیعی 49

 

جدول 4-1. سطوح فاکتورهای مسئله 87

 

جدول 4-2. فاکتورهای الگوریتم ژنتیک به همراه سطوحشان 89

 

جدول 4-3. آرایه متعامد 90

 

جدول 4-4. نتایج محاسباتی برای مسائل کوچک 94

 

جدول 4-5. نتایج محاسباتی برای مسائل بزرگ 95

 

جدول 4-6. اطلاعات مساله نمونه تولید شده 97

 

 

جدول 4-7. بهترین حل ریاضی دستی 98

 

 

 

لیست شکل­ها

 

شکل 2-1. نمایی از مسأله TSP 9

 

شکل 2-2. نمایی ساده از MTSP 10

 

شکل 2-3. نمایی ساده از VRP 11

 

شکل 2-4. نسخه های مختلف VRP کلاسیک و ارتباط بین آنها 22

 

شکل 2-5. مشکل عدم همبندی (زیرتور)28

 

شکل 3-1. مدل تئوری داروین 47

 

شکل 3-2. فضای کدینگ و فضای جواب 56

 

شکل 3-3. قانونمندی و موجه بودن 57

 

شکل 3-4. فضای جواب: ناحیه موجه و ناحیه غیرموجه 68

 

شکل 3-5. نمایش ماتریسی مسیرهای ایجاد شده 77

 

شکل 3-6. نمایش گرافیکی مسیرهای ایجاد شده 77

 

شکل 3-7. ماتریس اولیه نمایش دهنده جواب 78

 

شکل 3-8. ماتریس اصلاحی محدودیت تیم ها 79

 

شکل 3-9. ماتریس نمایش دهنده جواب 79

 

شکل 3-10. ماتریس اصلاحی مسیرها 80

 

شکل 3-11. ماتریس نمایش دهنده والدین 81

 

شکل 3-12. نمایش عملگر تقاطع 82

 

شکل 3-13. نمایش ماتریس اولیه انتخابی برای عملیات جهش 83

 

شکل 3-14. نمایش ماتریس در قدم دوم83

 

شکل 3-15. نمایش مسیر انتخابی 83

 

شکل 3-16. نمایش عملگر جهش 84

 

شکل 4-1. نمودار نرخ S/N توابع هدف در سطوح مختلف عامل ها 91

 

شکل 4-2. نمودار نرخ تاثیرات میانگین داده ها بر میانگین ها،در سطوح مختلف عامل ها 92

 

شکل 4-3. نمودار حرکت الگوریتم ژنتیک پیشنهادی93

 

شکل 4-4. نمایش مقادیر تابع هدف هر دو روش 96

 

شکل 4-5. نمایش زمان محاسباتی حاصل از هر دو روش 96

 

شکل 4-6. نمایش نحوه محاسبه تابع هدف 99

 

شکل 4-7. نمایش کروموزم بهینه مساله نمونه 99

 

2-10 انواع زمانبند ………………………………………………………………………………………………….. 17

 

2-11 انواع زمانبندی ……………………………………………………………………………………………… 18

 

2-12 نحوه­ی زمانبندی (ایستا و پویا) …………………………………………………………………… 19

 

2-13 ساختار زمانبند …………………………………………………………………………………………….. 19

 

2-14 انواع صف­بندی کارها ……………………………………………………………………………………. 21

 

2-15 پیچیدگی محاسباتی زمانبندی …………………………………………………………………….22

 

2-16 جمع بندی  ………………………………………………………………………………………………… 22

 

3- پیشینه پژوهشی …………………………………………………………………………………….. 23

 

3-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………. 23

 

3-2 الگوریتم­های حریصانه ………………………………………………………………………………….. 23

 

3-3 الگوریتم­های تکاملی …………………………………………………………………………………….. 26

 

3-3-1 راه­کارهای مبتنی بر جستجوی محلی ………………………………………… 26

 

3-3-2 راه­کارهای جمعیت محور ……………………………………………………………. 28

 

3-4 جمع­بندی  …………………………………………………………………………………………………… 31

 

4- الگوریتم­های پیشنهادی ………………………………………………………………………….. 33

 

4-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………. 33

 

4-2 فرضیات وتعاریف …………………………………………………………………………………………… 34

 

4-3 الگوریتم­ Asuffrage …………………………………………………………………………………….. 35

 

4-4 الگوریتم­ MaxSuffrage ……………………………………………………………………………….. 36

 

4-5 الگوریتم توازن نسخه یک …………………………………………………………………………….. 38

 

4-6 الگوریتم توازن نسخه دو ………………………………………………………………………………. 40

 

4-7 الگوریتم ژنتیک و توازن بار ………………………………………………………………………….. 41

 

4-8 جمع­بندی ……………………………………………………………………………………………………… 46

 

5- نتایج حاصل از ارزیابی………………………………………………..…………………………….. 47

 

5-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………. 47

 

5-2 محک ارزیابی براون ……………………………………………………………………………………… 47

 

5-3 ارزیابی الگوریتم Asuffrage ………………………………………………………………………… 49

 

5-4 ارزیابی الگوریتم MaxSuffrage …………………………………………………………………… 51

 

5-5 ارزیابی الگوریتم توازن نسخه یک …………………………………………………………………. 53

 

5-6 ازریابی الگوریتم توازن نسخه دو …………………………………………………………………… 54

 

5-7 ارزیابی الگوریتم ژنتیک به همراه توازن بار……………………………………………………. 55

 

5-8 پیشنهادات برای آینده ………………………………………………………………………………….  57

 

6- منابع ……………………………………………………………………………………………………… 58

 

 

 

فهرست جداول

 

عنوان                                                                                                                صفحه

 

 

 

جدول 5-1 حالات ماتریس ETC …………………………………………………………………………………………. 49

 

جدول 5-2 نتایج makespan الگوریتم Asuffrage  ……………………………………………………………. 50

 

جدول 5-3 نتایج resource utilization الگوریتم Asuffrage ……………………………………….. 51

 

جدول 5-4 نتایج makespan الگوریتم MaxSuffrage  ……………………………………………………… 52

 

جدول 5-5 نتایج resource utilization الگوریتم MaxSuffrage ………………………………….. 53

 

جدول 5-6 نتایج makespan الگوریتم توازن نسخه یک …………………………………………………….. 54

 

جدول 5-7 نتایج makespan الگوریتم توازن نسخه دو ……………………………………………………….. 55

 

جدول 5-8 نتایج makespan الگوریتم ژنتیک به همراه توازن بار ………………………………………. 56

 

جدول 5-9 نتایج resource utilization الگوریتم ژنتیک به همراه توازن بار ……………………… 57

 

 

 

فهرست شکل­ها

 

 

 

عنوان                                                                                                                صفحه

 

 

 

شکل 2-1 کروموزوم قبل و بعد از اعمال عملگر جهش ……………………………………………………….. 8

 

شکل 2-2 نمودار گردشی الگوریتم زنتیک …………………………………………………………………………… 9

 

 

شکل 2-3 ماتریس تخمین زمان اجرا (ETC) ……………………………………………………………………… 12

 

شکل 2-4 مجازی­سازی منابع ناهمگن توسط گرید …………………………………………………………….. 13

 

شکل 2-5 مهاجرت کارها برای ایجاد توازن بار ……………………………………………………………………. 14

 

شکل 2-6 تنظیمات تکرار گرید …………………………………………………………………………………………… 15

 

شکل 2-7 تنظیم سیاست تخصیص کارها به منابع توسط مدیر …………………………………………. 16

 

شکل 2-8 ساختار زمانبند متمرکز ……………………………………………………………………………………….. 19

 

شکل 2-9 ساختار زمانبند سلسله مراتبی …………………………………………………………………………….. 20

 

شکل 2-10 ساختار زمانبند غیر متمرکز ……………………………………………………………………………… 20

 

شکل 4-1 الگوریتم توازن نسخه دوم ……………………………………………………………………………………. 41

 

 

 

1-    مقدمه

 

 

 

1-1 مقدمه

 

کامپیوترهای امروزی مانند مغز انسان معمولا از بخش کوچکی از توانایی‌های خود استفاده می‌کنند و اغلب به‌ صورت غیرفعالند و منتظر اطلاعات ورودی می‌مانند. تصور کنید که اگر از منابع سخت‌افزاری این همه کامپیوتر غیرفعال استفاده شود و همه در یک کامپیوتر جمع شوند، چه دستگاه پرقدرتی خواهیم داشت. شبکه­های محاسباتی (گرید)[1] زمینه‌ای را فراهم آورده است که بتوان از منابع (کامپیوتری) سیستم‌های دیگر نیز استفاده نماییم. اغلب مسائل پیچیده علمی، مهندسی و تجارت احتیاج به میزان زیادی از منابع برای اجرا دارند، بهترین راه حل برای اینگونه مسائل استفاده از گرید می­باشد[1].

 

هدف شبکه­های محاسباتی (گرید) به اشتراک گذاشتن منابع کامپیوتری در نقاط مختلف جغرافیایی با مدیریت­های مختلف بین کاربران است. کاربران درخواست­های خود را پیوسته برای محیط گرید ارسال می­کنند و بخش مدیریت منابع[2] این کارها را به گره های محاسباتی[3] موجود در شبکه اختصاص می­دهد. به چگونگی تخصیص این درخواست­ها روی گره­های محاسباتی مختلف زمانبندی[4] می­گویند.

 

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

 

 

3. فصل سوم: 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

 

 

4. 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

 

 

5. 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

 

 

6. 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

 

 

1. 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 شبکه_­­ها، 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 که بطور رایج در پروتکل­های دسترسی به رسانه(MAC)[3] استفاده می­شود که به همزمانی دقیق میان حسگرها نیازمند است. به عنوان مثالی دیگر از اهمیت همزمان­سازی و مکان­یابی می­توان به این نکته اشاره کرد که تعداد زیادی از الگوریتم­های مسیریابی به اطلاعات مکانی حسگرها وابسته هستند [5] و [6].

 

اگرچه سرویس­های همزمان­سازی و مکان­یابی به هم وابسته هستند، معمولا به صورت مستقل مورد مطالعه قرار گرفته­اند  و این به این دلیل است که مکان­یابی از نقطه نظر شبکه­های رادیویی و پردازش سیگنال [7] و همزمان­سازی از نقطه­نظر طراحی پروتکل مورد بررسی قرار گرفته اند [8]. در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، مکان­یابی بیشتر از طریق زمان دریافت (TOA)[4] و زمان متفاوت دریافت (TDOA)[5] انجام می­شود که وابسته  به سرویس­های همزمان­سازی هستند و در واقع این سرویس­ها پیش­نیاز الگوریتم­های مکان­یابی هستند. از طرف دیگر اطلاعات در رابطه با مکان حسگرها چون برای تخمین تاخیر انتشار مورد استفاده قرار می­گیرد [9]، کمک فراوانی به همزمان­سازی حسگرها می­کند. با توجه به این ارتباطات، مکان­یابی و همزمان­سازی را می­توان در کنار هم انجام داد که انجام این کار دو مزیت بسیار مهم دارد:

 

 

• در یک استراتژی توامان از آنجا تعداد کمتری مبادلات پیام لازم است، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی که از موارد بسیار مهم در شبکه­های حسگری زیر آب می­باشد خواهیم داشت.