وبلاگ

نفت که در زبان انگلیسی Petroleum نامیده میشود، از دو کلمهPetra   و  Oleumکه در زبان یونانی به معنی سنگ روغن و یک نوع روغن میباشد، تشکیل شده است که در زبان فارسی معادل مناسبی ندارد. نفت و سایر مواد سوختنی هیدروکربنی به صورتی که ما امروزه آن را میشناسیم، در مخازنی در اعماق زمین وجود دارند. نفت به عنوان یک منبع انرژی در جهان محسوب می شود و با وجود منابع انرژی دیگر هنوز هم منبع انرژی غالب و در دسترس و قابل اطمینان جایگزین آن نشده است(9).

پترولیوم می تواند به صورت فازهای مختلف، از جمله فاز گازی نظیر گاز طبیعی (Natural Gas )، فاز مایع نظیر نفت خام ( Crude Oil ) و فاز جامد مثل قیر ( Asphaltene ) در خلل و فرج و شکستگی های سنگ تجمع می یابد. مهمترین منبع هیدروکربن ها، نفت خام است. نفت خام شامل مقدار کمی ترکیبات آلی اکسیژن دار،  نیتروژن دار و گوگردی و نیز فلزاتی است که به طور شیمیایی به مولکول های آلی متصلند.  انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگ هایی صورت می گیرد که توانایی نگه داری و انتقال سیالات را داشته باشند. معمولا نفت خام زیر پوششی از سنگ های غیر قابل نفوذ در محفظه های سنگ های متخلخل به نام مخازن یا (rReservoi) که منحصرا در حوضچه های رسوبی قرار دارند،  محبوس است (10).

تجمع مواد هیدروکربنی به صورت اقتصادی در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددی است. به طور کلی وجود پنج عامل برای تجمع اقتصادی نفت و گاز لازم و ضروری است، این پنج عامل عبارتند از :

1-سنگ منشأ بالغ (Mature Source Rock) که تولید هیدروکربن کرده باشد.

2-سنگ مخزن ( Resevoir Rock) که بتواند هیدروکربن را در داخل خود جای دهد.

3-مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشأ و سنگ مخزن ( Migration Pathway) عملی باشد.

4-پوش سنگ (Cap Rock ) از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگیری می کند.

5-تله نفتی ( Oil Trap) که در آن نفت به صورت تراوش های سطحی شناخته شده و مورد استفاده بوده اند(9).

شکل 1-1 عنصرهای سیستم نفت

اکتشافات نفت یک دانش بسیار قدیمی و کاربردی است که با جمع آوری قیر از تراوش های طبیعی سطحی به قلمرو علم وارد شد. در آن زمان ها از نفت برای مقاصد پزشکی، گرمایی و همچنین مصارف عایق کاری استفاده می شد.

این مواد در ابتدای کشف به صورت منبع بسیار مهم انرژی تلقی شدند، لیکن با پیشرفت علم و تکنولوژی مدرن، خواص دیگر آنها نیز مورد توجه قرار گرفت و شاید امروز بتوان گفت که ارزش مشتقات پتروشیمی بسیار حایز اهمیت میباشند، زیرا منابع سوختی دیگری وجود دارند که از آنها به عنوان منبع انرژی می توان استفاده نمود، حال آنکه نفت میزان محدودی داشته و چنانچه به اتمام برسد، تهیه مشتقات مهم آن نیز منتفی خواهد شد. لذا تولید صحیح و برنامه ریزی های دقیق در صنعت، نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و با مرور زمان به صورت رکن اساسی این صنعت تلقی می گردند (9).

استفاده از امواج رادیویی برای ارسال اطلاعات از نقطه ای به نقطه دیگر بیش از یک قرن است که مورد بهره برداری قرار گرفته است. با وجود آنکه سیستم های مخابراتی تجاری و نظامی دهه هاست که مورد بهره برداری قرار گرفته اند، دهه گذشته شاهد رشد بی سابقه تقاضا برای تجهیزات مخابراتی بی سیم شخصی بوده است.  این رشد بی سابقه نتیجه پیشرفت هایی است که در طراحی مدارهای الکترونیکی و تکنولوژی مدارهای مجتمع رخ داده است و موجب شده است تا فرستنده ها و گیرنده های مخابراتی را بتوان به اندازه های بسیار کوچک و قابل حمل در آورد و در عین حال قیمت تمام شده آن ها را نیز تا حدّ مناسبی پایین آورد. هم چنین در سال های اخیر با پیشرفت های حاصل در طراحی مدارهای کم مصرف و هم چنین رشد بیشتر در فناوری های کوچک سازی[1] زمینه برای ظهور بیشتر تجهیزات مخابراتی بی سیم همه کاره[2] ای  در بازار فراهم شده است که قادر به اجرا و ارائه برنامه های کاربردی هستند که نیاز به ارسال و دریافت اطلاعات با نرخ بالایی دارند. 
محبوب بودن استفاده از تجهیزات مخابراتی دستی با قابلیت های مختلف اطلاعاتی و چند رسانه ای از یک سو و محدود بودن منابع مخابراتی[3] نظیر پهنای باند، زمان و توان از سوی دیگر، موجب شده است تا نیاز داشته باشیم سیستم های مخابراتی نوینی ارائه نماییم که در آن ها بتوانیم کاربران بیشتری را به طور هم زمان جای داده و سرویس دهی نماییم و در عین حال بتوانیم پهنای باند مناسبی را نیز برای پوشش دادن به نیازهای ارتباطی مختلف آن ها و به صورت به محض درخواست[4] تامین نماییم. بنابراین برای پاسخ گویی به این دو نیاز باید یک سیستم چند کاربره مناسب را طرح ریزی نمود.
به طور کلی برای ایجاد یک سیستم مخابراتی چند کاربره و تخصیص منابع مخابراتی میان
کاربران متعدد، روش های مختلفی از قبیل دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس[5]FDMA ، دسترسی چندگانه با تقسیم زمان[6] TDMA و دسترسی چندگانه با تقسیم کد[7]  CDMA مورد استفاده قرار می گیرند[1]. که در ادامه به معرفی این روش ها خواهیم پرداخت.
1-2-  روش های دسترسی چندگانه
برای تخصیص منابع مخابراتی میان کاربران متعدد روش های مختلفی وجود دارد که هدف آن ها از یک سو سرویس دهی مناسب به همه کاربران تحت پوشش و از سوی دیگر حداقل نمودن اثر تداخلی آن ها بر روی یکدیگر است. 
1-2-1- روش دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس FDMA
ظهور مدولاسیون فرکانس رادیویی در اوایل قرن بیستم باعث شد ارسال های رادیویی بتوانند در یک زمان و مکان یکسان وجود داشته باشند بدون آنکه بر روی یکدیگر ایجاد تداخل نمایند. این امر با استفاده از فرکانس های حامل[8] متفاوت امکان پذیر می شد. این ایده در سیستم های تلفن راه دور با سیم نیز استفاده می شد. دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس، فرکانس حامل متفاوتی به هر کاربر اختصاص می دهد به گونه ای که طیف نهایی حاصل بدون هم پوشانی میان ارسال کننده های مختلف باشد(شکل 1).  

در این روش با استفاده از فیلترینگ میان گذر می توان به هر کدام از کانال ها یا کاربران موجود دست یافت.

از نقطه نظر پیاده سازی، با توجه به عدم وجود فیلتر ایده آل، باید میان کانال های مختلف در حوزه فرکانس فاصله ای را در نظر بگیریم تا بعد از فیلترینگ، سیگنال حاصل تا حدّ امکان از تداخل ناشی از سایر کانال ها تهی باشد. به این فاصله محافظ فرکانسی[9] گفته می شود[1].
 
1-2-2- روش دسترسی چندگانه با تقسیم زمان TDMA
در تسهیم سازی زمانی، زمان به قطعات متعددی تقسیم می گردد و تعدادی از این قطعات زمانی به سیگنال دریافتی هر کانال تخصیص داده می شود. برای جداسازی این سیگنال ها، به سادگی باید سوییچی در اختیار داشت تا در زمان های مناسب روی سیگنال دریافتی سوییچ کند و به این ترتیب سیگنال مطلوب را از میان تمام سیگنال های دریافتی، جدا نماید.
باید توجه نمود که در تکنیک FDMA نیازی به وجود هیچ گونه هماهنگ سازی میان کانال های مختلف نیست و آن ها می توانند در زمان دلخواه خود اقدام به ارسال نمایند. این موضوع در TDMA وجود ندارد زیرا در آن تمامی فرستنده ها و گیرنده ها باید به یک ساعت یکسان دسترسی داشته باشند تا بدانند در چه زمان هایی ارسال یا دریافت انجام دهند.
نکته مهم در مورد سیستم های FDMA و TDMA آن است که در این سیستم ها، کاربران مختلف، در کانال های جدای بدون تداخل فعّالیّت می نمایند. از نقطه نظر فضای سیگنال[10] در مخابرات دیجیتال این تکنیک های دسترسی چندگانه به گونه ای عمل می نمایند که کاربران مختلف نسبت به هم متعامد[11] باشند.
در روش TDMA نیز به دلیل عدم وجود گیرنده های ایده آل (هم زمانی کاملا دقیق و ایده آل) باید محافظ زمانی میان قطعات مختلف زمان های ارسال کاربران مختلف در نظر گرفت تا از تداخل تا جای ممکن جلوگیری به عمل آید (شکل2).  
-2-3- دسترسی چندگانه تصادفی[12]
دسترسی چندگانه تصادفی روشی برای تسهیم سازی کانال به صورت دینامیکی است. هرگاه کاربری پیامی برای ارسال داشته باشد، آن را ارسال می نماید چنان که تنها کاربر موجود در کانال باشد. اگر در عمل نیز کاربر دیگری نیز به صورت هم زمان وجود نداشته باشد، پیام با موفقیت دریافت می گردد. با این حال، در عمل کاربران مختلف به صورت ناهماهنگ عمل نموده و احتمال اینکه پیام در حوزه زمان و فرکانس با دیگر ارسال ها تداخل نماید همیشه وجود دارد. در این مورد، همواره در سیستم های دسترسی چندگانه تصادفی، فرض می شود که باید به ارسال کنندگان اطلاع دهیم که برخوردی[13] در پیام ها صورت گرفته است و پیامشان باید دوباره ارسال گردد. اگر کاربران دوباره به صورت بلافاصله و یا با تاخیری یکسان اقدام به ارسال دوباره ی اطلاعات کنند، این برخورد ها می تواند به صورت مداوم تکرار گردد. برای حلّ این مسئله، کاربران دوره زمانی خاصّی را به صورت تصادفی تا ارسال مجدد منتظر می مانند. تفاوت اصلی میان روش های دسترسی چندگانه مربوط به الگوریتمی است که این زمان های تاخیر را در مواقع بروز برخورد تعیین می نماید.
نخستین سیستم مخابراتی دسترسی چندگانه سیستمی موسوم به اَلوها[14]  بود که در سال 1969 پیشنهاد گردید. برخی از شبکه های اِترنت[15] نیز نسخه ای از اَلوها را به نام دسترسی چندگانه با حسّ حامل[16] (CSMA) مورد استفاده قرار می دهند که در آن کاربران پیش از ارسال خود کانال را بررسی می نمایند تا در صورت وجود ارسالی جاری در آن از فرستادن پیام اجتناب نمایند [2]. در حالت کلّی روش های دسترسی چندگانه برای کانال های با ترافیک بسیار رگباری مناسب هستند که در آن ها ارسال هم زمان چند کاربر بسیار محتمل است. پیشرفت های قابل ملاحظه در این زمینه مربوط به سال های دهه ی هفتاد تا اواسط دهه ی هشتاد میلادی است. روش سرکشی[17] از دیگر روش های این زمینه محسوب می گردد که در آن از ارسال های هم زمان جلوگیری می گردد. در این روش گیرنده از تمامی فرستندگانی که در کانال مخابراتی موجود سهیم هستند، سرکشی به عمل می آورد تا از آمادگی آن ها برای ارسال آگاهی یابد[2].
1-2-4- روش دسترسی چندگانه با تقسیم کد CDMA
روش های تسهیم سازی کانالی که تا اینجا معرفی گردید، مبتنی بر این فلسفه اند که اجازه ندهیم فرستنده ای بیش از یک مقدار تخصیص داده شده از قطعات زمانی یا فرکانسی را اشغال نماید.
همان گونه که شرح دادیم، دریافت سیگنال بدون وجود تداخل بین کانالی[18]  نتیجه ارسال سیگنال های متعامد توسط فرستنده هاست. باید دانست که این مورد می تواند با استفاده از سیگنال هایی که هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس هم پوشانی دارند نیز تحقق یابد [31]. می توان سیگنال هایی را یافت که هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس هم پوشانی دارند امّا با این حال دگر هم بستگی آن ها یا ضرب داخلی شان که به صورت زیر تعریف می شود، صفر است.
ایده اصلی سیستم های CDMA بر این اصل استوار است و در این سیستم ها به جای تخصیص باندهای فرکانسی منحصر به فرد یا زمان های ارسال خاص به کاربران، به هر کاربر سیگنالی خاص برای ارسال نمودن اطلاعاتش تخصیص می دهیم. البتّه همان طور که در فصل 2 شرح داده خواهد شد، نیازی نیست لزوماً از سیگنال های متعامد بر یکدیگر برای کاربران مختلف استفاده نماییم[14]. 
1-2-5- مقایسه روش های دسترسی چندگانه
با استفاده از (جدول 1) به مقایسه برخی ویژگی های سیستم های دسترسی چندگانه معرفی شده می پردازیم.

با توسعه شهر نشینی و افزایش گرایش به استفاده از وسایل‌نقلیه خصوصاً شخصی و عدم امكان گسترش هماهنگ معابر‌شهری و زیر‌ساخت‌های آن با ازدیاد وسایل‌نقلیه رفته‌رفته بر حجم ترافیک افزوده شده و پیامدهایی هم‌چون پارك و توقف‌های زائد وسایل نقلیه در حاشیه معابر به صورت‌های مختلف باعث كندی حركت، اختلال در نظم ترافیك، افزایش تصادفات، اتلاف وقت، افزایش مصرف سوخت آثار ناخوشایندی بر رفتار انسان‌ها خصوصاً كاربران ترافیكی می‌گذارد. هر شهر به عنوان یک کل متشکل از کاربری‌هایی است که در کنار یکدیگر زمین‌های شهری را شکل می‌دهند که هر یک از این کاربری‌ها به اقتضای نیاز شهروندان و خصوصیات فیزیکی شهر متفاوت از یکدیگر می‌باشند. شبکه معابر در شهرها کمتر از یک سوم از کل زمین‌های شهری را به خود اختصاص داده است و استخوان‌بندی شهر را تشکیل می‌دهد. در شکل‌گیری و ساخت مورفولوژی شهر هر یک از عناصر طبیعی و انسانی نقش به‌سزایی دارند که در این میان عوامل انسانی، شبکه معابر و خیابان‌ها و در مجموع شبکه‌های ارتباطی یکی از مهم‌ترین عوامل در بروز تصادفات در یک شهر می‌باشند.

1-2-1- هزینه‌های تصادفات ترافیکی ایران در سال‌های 1376 الی 1386

جدول 1-1: آمار تعداد تصادفات، مجروحین، فوت‌شدگان و هزینه سالیانه بین سال‌های 1386- 1376

هزینه‌های ترافیکی در ایران نشان می‌دهد که هر سال افزایش می‌یابد و از 3127 میلیارد تومان در سال 1376 به 18000 میلیارد در سال 1386 رسیده است. هم‌چنین براساس جدول 1-1 تعداد مجروحین نیز از 137476 در سال 1376 به 245000 در سال 1386 رسیده، تعداد کل تصادفات نیز از 227160 به 828872 افزایش و تعداد فوت‌شدگان از 13609 به 22918 رسیده است(پژوهشکده حمل ونقل1391).

شهر بجنورد نیز كه به مدت 6 سال است به عنوان مركز استان خراسان‌شمالی و یکی از شهرهای پرترافیک استان می‌باشد از این امر مستثنی نبوده، ویژگی‌های معابر این شهر و فرهنگ ترافیکی خاص آن و عوامل دیگری هم‌چون نوپا بودن استان، افزایش مهاجرت به مركز استان، گسترش ادارات و تأسیس ادارات كل، محدودیت در تعریض معابر به لحاظ مالی و ملاحظات زیست‌محیطی و وجود اشجار تنومند در حاشیه معابر، وجود پاساژها و مراکز خرید در هسته مرکزی و پراکندگی آن، ضعف كمی‌ و ‌كیفی سیستم حمل‌و‌نقل عمومی در خدمات‌دهی مطلوب به شهروندان باعث گرایش مردم به استفاده از وسایل‌نقلیه شخصی و نهایتاً افزایش تردد در هسته مركزی شهرگردیده است و نبود پاركینگ‌های عمومی كافی باعث توقف غیرمجاز به صورت‌های مختلف هم‌چون توقفات دوبله، توقف ممنوع، ایستادن ممنوع، پارک در ایستگاه‌های اتوبوس، تاکسی و معلولین، حریم تقاطع‌ها و میادین و گردیده، که در نتیجه آن شاهد ترافیکی سنگین و پرحجم و افزایش تصادفات در هسته مرکزی شهر می‌باشیم.

لذا می‌طلبد تحقیقی در این‌زمینه صورت پذیرد، كه در این تحقیق به بررسی نقش اصلاح هندسی معابر شهری بر تصادفات ترافیکی شهر بجنورد می‌پردازیم.

. 75
4-2- نوشتن توری های کج افقی در صفحه فیلم پلیمری و بررسی رفتار آنها 76
4-3- ساخت یک add/drop multiplexer بوسیله توری های کج  افقی.. 79
4-4- بررسی ساخت توری مورب عمودی به روش کج کردن فیلم.. 81
4-5- بررسی ساخت توری مورب به روش آینه های ناهمگون.. 83
4-6- نتایج بررسی فرم تغییرات ضریب شکست با مکان.. 85
4-7- نتایج ساخت فیلم های پلیمری با ضخامت بیشتر. 91
4-8- تک مد کردن فیلم پلیمری ضخیم.. 93
4-9- پیشنهادات… 94
  منابع و مراجع.. 95
1-1- اهمیت مدارهای مجتمع نوری و اتصالات نوری
 
با پیشرفت روز افزون بشر و نیاز او به ارتباطات بیشتر گسترش صنعت مخابرات گزینه ای گریز ناپذیر به نظر  می رسد. محدودیت اصلی سیستم های مخابراتی کنونی که مبتنی بر شبکه های فیبر نوری هستند، محدودیت سرعت پردازش سیستم های الکترونیکی نسبت به قابلیت انتقال بسیار سریع داده ها با استفاده از شبکه های فیبر نوری است. این مشکل در طی دو دهة پیش محدودیت زیادی در سیستم ها به حساب نمی آمد که علت اصلی آن کم بودن نسبی تقاضای کاربران در برابر سرعت سیستم ها بود. با افزایش روز افزون کاربران اینترنتی و افزایش بسیار زیاد تقاضا برای پهنای باند وسیع تر در شبکه، مدارات الکترونیکی دیگرجواب گو نخواهند بود و عاملی برای محدود شدن سرعت بسیار بالای انتقال اطلاعات با استفاده از شبکه فیبر نوری هستند.
ساخت مدارات مجتمع نوری[1] که توانائی پردازش سیگنالهای نوری را به صورت مستقیم(پردازش های تمام نوری)[2] و بدون تبدیل به سیگنالهای الکترونیکی داشته باشند    می تواند به نحو چشمگیری باعث افزایش سرعت وبازدهی سیستم های مخابراتی گردد[1و2]. مسئله اساسی و مهم در طراحی مدارات مجتمع نوری توانائی ساخت ادوات نوری مانند لیزرها، فیلترهای نوری، موجبر های نوری[3] به صورت مجتمع در سطح یک بستر نیمه هادی و یا یک فیلم پلیمری است. علاوه بر این کنترل مسیر حرکت نور در ساختارهائی با ابعاد بسیار کوچک مانند یک مدار مجتمع از مشکلات فشرده سازی ادوات نوری می باشد.

از دیگر چالش های پیش رو ساخت اتصالات نوری می باشد که یکی از پرکاربردترین ادوات نوری محسوب می شود . کاربرد های اصلی این وسیله نوری ورود و خروج نور به مجموعه ی مدارهای مجتمع نوری و کاربرد دیگر آن کوپلینگ نور بین موجبر های در درون مجموعه

 مدارهای مجتمع نوری می باشد.

حال ما در این پایان نامه تمرکز خویش را بر کوپلینگ نور در درون مجموعه مدار مجتمع نوری با استفاده از کوپلرهای نوری مبتنی بر توری های نوری معطوف خواهیم کرد.
1-2- معرفی توری های نوری و استفاده از آنها به عنوان کوپلر های نوری
یکی از ساختارهایی که خواص قابل توجه و مفیدی را در مدارهای نوری از خود نشان می دهند  ساختارهای با ضریب شکست متناوب هستند که تحت عنوان کلی فوتونیک       کریستال ها[4]  در جاهای مختلف بیان می شوند . با مطرح شدن فوتونیک کریستالهاو بواسطه خواصی که این ساختار ها دارند، تلاش برای حل بسیاری از مسائل ذکر  شده با استفاده از فوتونیک کریستالها آغاز شد[3و4و5].
 این ساختارهای متناوب پس از مطرح شدن و گذراندن تحقیقات اولیه کاربردهای فراوانی پیدا کردند از جمله در ساخت فیبرهای نوری و فیلتر های نوری و درکاواک لیزرها بعنوان آینه و در ساختن اتصالات نوری …که پیاده سازی این قطعات قبل از آن به راحتی استفاده از فوتونیک کریستال ها نبود. یکی از راه های ساخت اتصالات نوری به خصوص استفاده از توری های نوری می باشد. توری نوری فوتونیک کریستالی است که ضریب شکست آن فقط در یک جهت دارای تناوب است. اتصالات نوری یا به زبان دیگر کوپلر های نوری که توسط توری های نوری ساخته میشوند بسیار متنوع میباشند.که در فصول بعد به تفصیل در مورد آنها بحث خواهیم کرد.
1-3- معرفی اجمالی پلیمرها به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در این ساختارها
azobenzene یک ترکیب شیمیائی متشکل از دو حلقة فنیل است که از طریق یک پیوند دوگانة N=N به هم متصل هستند[6]. اصطلاح آزو برای دستة وسیعی از ملکولها به کار برده می شود که همگی آنها دارای هسته مشترک azobenzene هستند. از جملة مهمترین خواص ملکولهای azobenzene و مشتقات آن ایزومراسیون نوری[5] است. این ملکولها دارای دو ایزومر متفاوت به نامهای trans و Cis هستند. در شکل (1-1) تصویر این دو ایزومر دیده می شود.
دو ایزومر ملکول آزو و طیف جذبی آنها[6]
 تفاوت مواد پلیمری حاوی این ملکولها مربوط به گروه های ملکولی است که از طریق حلقه های بنزنی به ساختار متصل می شوند و خواص ملکولی راتحت تاثیر خود قرار می دهند. از جملة مهمترین خواصی که تحت تاثیر قرار می گیرد طیف جذبی ملکول است که در ادامه در مورد آن توضیح داده خواهد شد. همانطوری که در شکل(1-1) دیده می شود عاملی که باعث تبدیل این دو ایزومر به هم می شود می تواند نور با طول موج مناسب و یا گرمای محیط باشد. ایزومر trans به خاطر شکل ملکولی که دارد از لحاظ ترمو دینامیکی پایدار تر ایزومر دیگر می باشد. برای تبدیل ایزومر پایدار trans به Cis یک سد انرژی معادل 500KJ/mol که مانع از تبدیل آن به ایزومر دیگر می شود و بنابراین زمانی که ملکول در حالت آرامش باشد و تحت تابش نور متناسب با طیف جذبی قرار نداشته باشد، ملکول در حالت پایدار خود یعنی ایزومر trans قرار می گیرد. نمودار انرژی این دو ایزومر نسبت به هم در شکل (1-2) نشان داده شده است.
ترازهای انرژی نسبی دو ایزومر ملکول آزو[6]
همانطوری که در بالا اشاره شد گروه های آزو قابلیت ایزومراسیون نوری را دارا هستند و امروزه از این خاصیت آنها به صورت گسترده در زمینة فوتونیک استفاده می شود. ایزومراسیون نوری یک مسیر دو طرفه در تبدیل ایزومرها به حساب می آید. تحریک نوری باعث برانگیخته شدن ملکولهای آزو به یک حالت بالاتر انرژی می شود. در زمان بازگشت ملکول به حالت پایه بر اساس یک ضریب احتمالی کوانتومی ملکول در یکی از حالت های Trans و یا Cis قرار می گیرد. به عنوان مثال اگر ملکولی در حالت trans تحت تابش نور با طول موج مناسب قرار گیرد، ممکن است به ایزومر Cis تبدیل شود ویا ممکن است در همان حالت قبلی خود باقی بماند. البته اگر ملکولی در حالت Cis قرار گرفت از طریق ایزومراسیون گرمایی خود را به حالت trans بر می گرداند. پدیدة مهمی که در پلیمر های در بر دارندة ملکول های azo اتفاق می افتد، پدیدة جهت گیری نوری ملکول ها است. لازم به توضیح است همانگونه که در بالا اشاره شد ملکول پایة azobenzene در پلیمر های نوری: اولا حاوی گروههای ملکولی دیگری است که از طریق حلقه های فنیل به آن متصل شده اند و کنترل کننده طیف جذبی ملکول هستند. در شکل(1-3) اثر اتصال گروههای ملکولی مانند amino وnitro در طیف جذبی نشان داده شده است. به این ملکول ها رنگدانه[6] نیز گفته می شود.
تاثیر ملکول های مختلف بر طیف جذبی ملکول آزو[15]
دوماً اتمهایی که به این منظور استفاده می شوند معمولاً دارای خاصیت الکترونگاتیویتة بالایی هستند که باعث تجمع ابر الکترونی در این ناحیه می شود و یک قطب منفی در انتهای ملکول ایجاد می کند و با عث قطبی شدن رنگدانه ها می شود.
تابش نور پلاریزه شده که طول موج آن در طیف جذب ملکول باشد، ایزومراسیون نوری Cis-trans را در ملکول فعال می کند. در این حالت ملکول با سرعت بسیار بالا شروع به حرکت کرم مانند حول پیوند دوگانه می کند. زمانی که جهت ملکول به نحوی قرار گیرد که عمود بر پلاریزاسیون نور تابیده شده باشد میزان جذب نور آن به حداقل می رسد و ملکول در همان وضعیت باقی می ماند. لذا پس از تابش نور بر ملکول های آزو در ناحیة تابش ملکول ها به جهت خاصی سوق داده می شوند. این پدیده موجب تغییر ضریب شکست در اثر تابش نور به پلیمر می شود. از قطبی بودن ملکولها در ایجاد خواص غیر خطی در فرایند قطبی کردن پلیمر استفاده می شود.

‌ای بر چالش‌های پیش رویCRAHN.. 44
3-2- فرضیات و مدل سیستم. 46
3-2-1-الگوی فعالیت PU‌ها 48
3-2-2- اساس عملکرد SU‌‌ها 49
3-3- مدل‌سازیCRAHN به کمک شبیه‌سازNS2. 51
3-3-1- فایل مرتبط با فعالیت PU‌ها 53
3-3-2- فایل مرتبط با رویداد‌های کانال. 53
3-3-3-مدیریت منابع طیفی. 54
3-3-4- فعالیتSU‌ها 57
3-4- ارائه یک الگوریتم مسیریابی کارایCRAHN مبتنی بر تکنیک ارسالهای چند مسیره و چند کاناله  58
3-4-1- پروتکل AODV.. 59
3-5- ارائه یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با استفاده از روش ارسال‌های دوگانه در شبکه‌های رادیوشناختی اقتضایی  67
3-5-1-الگوریتم مرحله RREQ.. 68
3-5-2-الگوریتم مرحله RREP. 70
3-5-3- پروسه  نگهداری از مسیر 71
 فصل چهارم:شبه سازی
4-1- مقایسه کارایی AODV،D2CARP و الگوریتم پیشنهادی. 74
4-2- تأثیر الگوی عملکرد PU‌ها بر راندمان شبکه. 78
4-2-1- تحلیل عملکرد 85
4-3- آنالیز ناهمگونی طیف.. 89
4-4- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب زمان تشخیص طیف.. 91
4-5- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب سرعت حرکت گره‌ها 93
4-6- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب نرخ بسته‌های RREQ.. 94
 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری. 97
5-2- پیشنهادات.. 100
فهرست منابع و مآخذ: 101
 
– کلیات
به علت افزایش تقاضا برای ظرفیت بیشتر باید شبکه‌های مخابراتی و منابع در دسترس بی‌سیم نظیر طیف (پهنای باند) به صورت کارآمدتر مورد استفاده قرار گیرند. الگوهای طراحی شبکه و تکنولوژی‌های جدید ارتباطی هم چون شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی در سال‌های اخیر پدیدار شده‌اند که دارای  قابلیت بهره­برداری از منابع طیفی  به صورت هوشمندانه  و مؤثر ‌می‌باشند.
تکنولوژی رادیو شناختی برای اولین بار توسط دکتر Mitola  در سال 1999 بیان شد [1]. و در سال­های اخیر تحولی نوظهور در زمینه ارتباطات رادیویی‌ایجاد کرده که ‌می‌تواند با بکارگیری کارآمد منابع طیفی موجود سرویس‌های بی‌سیم سریعتر و با قابلیت اعتماد بالاتر را فراهم آورد. تفاوت قابل توجه شبکه‌های رادیوشناختی با شبکه‌های بی‌سیم متداول گذشته در این است که کاربران این شبکه‌ها باید از فضای رادیویی اطراف خود آگاهی داشته و پارامترهای داخلی خود مانند توان ارسالی، فرکانس ارسالی و نوع مدولاسیون را با آن منطبق سازند، بطور کلی رویکرد سازوکارهای متداول اشتراک و مدیریت طیف درگذشته بر مبنای این فرض بود که تمام کاربران شبکه بی قید و شرط در یک فضای ثابت با هم همکاری ‌می‌کنند که این در یک شبکه‌رادیو‌شناختی پیاده نمی‌شود. اندازه گیری‌های وسیع نشان ‌می‌دهند که تخصیص ثابت فرکانس منجر به بکارگیری ضعیف طیف‌های دارای مجوز در حدود 6 درصد در بیشتر اوقات ‌می‌شود [2].
شکل1-1  نمودار به کارگیری طیف فرکانسی،  [2]
در شبکه‌های رادیوشناختی باندهای طیفی میان کاربران اولیه ([1]PU‌ها( کاربران ثانویه (SU[2]‌ها) به صورت اولویت­بندی شده به اشتراک

 گذاشته ‌می‌شوند همچنین کاربران هوشمند هستند و قابلیت زیر نظر داشتن، یادگیری و عملکرد بهینه  به منظور افزایش راندمان خود را دارند. اگر آن‌ها متعلق به حوزه‌های مختلفی باشند و اهداف مختلفی را دنبال کنند همکاری کامل با سایر کاربران ارمغانی برای آن‌ها نخواهد داشت، یک کاربر تنها وقتی با دیگر کاربران همکاری ‌می‌کند که این همکاری سود بیشتری را برای او فراهم آورد، علاوه بر آن فضای رادیویی اطراف کاربر به دلیل ماهیت پویا و انتشاری کانال‌های رادیویی، تحرک کاربر، وضعیت جغرافیایی، تغییرات توپولوژی و تبادل اطلاعات دائما در حال تحول است.

1-2- تکنولوژی سیستم­های رادیوشناختی
 روش‌های پویای دستیابی به طیف از طریق تکنولوژی‌های رادیو شناختی تحقق ‌می‌یابند. این سیستم‌ها دارای قابلیت اشتراک‌گذاری کانال‌های بی‌سیم به صورت فرصت‌طلبانه با کاربر اولیه بوده; در ساختارهای ناهمگون شبکه ‌می‌توانند پهنای باند بیشتری را برای کاربران فراهم کنند، این هدف تنها ‌می‌تواند به واسطه تکنیک‌های مدیریت کارآمد طیفی و روش‌های پویا تحقق یابد. نیز به موجب ماهیت پویای دسترسی به منابع طیفی و همچنین با در نظر گرفتن کیفیت سرویس‌های مختلف بسته به کاربردهای متفاوت، شبکه‌هایCRN با چالش‌هایی، مواجه ‌می‌شود. به منظور رویارویی با این چالش‌ها هر SU در شبکه باید:

• حفره‌های فرکانسی را تعیین نماید.

• بهترین کانال در دسترس را انتخاب کند.

• با دیگر کاربران برای دسترسی به این کانال‌ها رقابت کند.

• در صورت حضور ناگهانی PU‌ها، آن کانال را تخلیه نموده بخش دیگری از طیف را برای مخابره انتخاب نماید.

این قابلیت‌ها از طریق ساختارهای مدیریتی طیف تحقق ‌می‌یابند که چهارچالش عمده تشخیص طیف، تصمیم‌گیری در طیف، اشتراک‌گذاری و تحرک‌پذیری طیف را عنوان ‌می‌کنند.
تصمیم‌گیری در یک شبکه CR به صورت شکل 2 انجام‌می‌گیرد:
شکل1-2  بلوک دیاگرام  یک SUکه قابلیت شناخت هماهنگی و یادگیری از محیط را دارد. [4]
در این بخش ساختارها و چالش­های موجود در مدیریت طیف این نوع از شبکه‌ها، به ویژه توسعه شبکه‌های هوشمندی که در آن نیازی به تغییر شکل شبکه‌های اولیه نمی‌باشد عنوان شده‌است. یک سیستم رادیویی هوشمند ‌می‌تواند پارامترهای فرستنده اش را بر اساس تغییرات محیط اطرافش تنظیم کند از این رو دو تعریف در مشخصه و ساختار اصلی  CRN‌می‌توان تعریف کرد:
1-2-1-قابلیت هوشمندی
 قابلیت هوشمند بودن ‌می‌تواند بواسطه تشخیص تغییرات لحظه‌ای در محیط‌های رادیویی مشخص شود که در آن قسمت­هایی از طیف در زمان یا موقعیت خاص مورد استفاده قرار نگرفته­اند، این قابلیت به راحتی و با بازبینی توان برخی از باندهای فرکانسی حاصل نمی‌شود بلکه به روش­های پیچیده­تری برای تعیین تغییرات موقت فضایی فرکانسی، در این محیط‌ها نیازمند است، با این قابلیت ‌می‌توان حفره‌های فرکانسی را در زمان یا موقعیت خاص تعیین کرده و نتیجتاً بهترین بخش از طیف را با پارامترهای عملیاتی مناسب­تر انتخاب نمود.
1-2-2-قابلیت دوباره شکل دهی
 هوشمندی ‌می‌تواند شکل­دهی مجدد اطلاعات طیفی را به صورت پویا و با در نظر گرفتن انطباق با محیط برای مخابره روی فرکانس­های مختلف برنامه ریزی کند، همچنین یکSU‌ می‌تواند از روش­های دستیابی مختلفی که توسط طراحی سخت افزاری اش ساپورت شده ‌استفاده کند. هدف نهایی سیستم­های ‌رادیو‌شناختی انتخاب بهترین طیف از طریق قابلیت­های هوشمندی و دوباره شکل دهی ‌می‌باشد، از آنجایی که بیشتر طیف‌ها قبلا تخصیص داده شده‌اند مهمترین چالش، اشتراک‌گذاری طیف­های مجاز بدون ‌ایجاد تداخل آزاردهنده برای PU‌ها است که در شکل 3 نشان داده شده‌است. رادیوی هوشمند امکان استفاده فرصت‌طلبانه از حفره‌های طیفی را دارد، بنابراین بهترین بخش از پهنای باند آزاد  ‌می‌تواند انتخاب و با سایر SUها به اشتراک گذاشته شود و بدون ‌ایجاد تداخل با کاربران اولیه مورد استفاده قرار گیرد [3].
1-3- معماری فیزیکی شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی
 معماری کلی فرستنده گیرنده یک رادیوی هوشمند در شکل 4 نشان داده شده ‌است برای فراهم سازی این قابلیت‌ها ، SUبه یک ساختار فرستنده / گیرنده [3]RF نیاز دارد. مولفه‌های اصلی و اجزای سازنده یک فرستنده گیرنده SU عبارتند از نرم افزار رادیویی و واحد پردازشگر باند پایه که نرم افزار مشخص شد هرادیویی [4] برای آن پیشنهاد شده و در شکل 4 نشان داده شده‌است. در نرم افزار رادیویی سیگنال دریافت شده تقویت، مخلوط و تبدیل به دیجیتال ‌می‌شود، در واحد پردازش باند پایه سیگنال مدوله و دمدوله ‌می‌شود. هر جزء سازنده ‌می‌تواند از طریق یک مسیر کنترلی در تطبیق با محیط رادیویی متغیر با زمان مجددا شکل دهی شود. مشخصه‌های جدید فرستنده گیرنده‌هایSU، نرم افزارهای رادیویی پهن باندی هستند که قابلیت تشخیص محدوده وسیعی از فرکانس‌ها را داشته باشند. این ساختار به طور عمده به تکنولوژی‌های سخت افزاری RF مثل آنتن‌های پهن باند، تقویت کننده‌های توان و فیلترهای تطبیقی وابسته است. سخت افزارهای RF برای SU باید قابلیت تنظیم شدن روی هر قسمتی از رنج بزرگ طیف را داشته باشد، اما برای فرستنده / گیرندهSU  سیگنال‌هایی از فرستنده‌های مختلف را که در سطح توان‌های پهن باند و موقعیت‌های مختلف عمل ‌می‌کنند داشته باشد، نرم افزار RF باید قابلیت آشکار سازی یک سیگنال ضعیف در یک رنج دینامیکی بزرگ را داشته باشد، از این رو این یک چالش بزرگ طراحی فرستنده گیرنده‌های  RF‌می‌باشد.
1-4 – شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی
1-4-1- اجزای شبکه
 اجزای سازنده یک شبکه CRN  درشکل 5 نشان داده شده‌اند، این اجزا را ‌می‌توان به دو گروه شبکه‌های اولیه وثانویه(CR) طبقه بندی کرد.
شکل 1-4 معماری شبکه‌رادیو‌شناختی،[3]
 – شبکه اولیه یا شبکه مجاز
– اجزای شبکه اولیه
کاربران اولیه: کاربران اولیه مجاز به انجام عملیات روی باندهای طیفی معینی هستند. اگر شبکه اولیه ساختار یافته باشد، کاربران اولیه از طریق یک ‌ایستگاه پایه کنترل ‌می‌شوند. به موجب این که کاربران اولیه برای دسترسی به طیف اولویت دارند، لذا عملکرد آن‌ها نباید تحت تاثیر کاربران ثانویه قرار گیرد. به عنوان مثال، شبکه‌های سلولی معمول و پخش TV از جمله کاربران اولیه هستند.
ایستگاه پایه اولیه:‌ ایستگاه پایه اولیه یا ‌ایستگاه پایه مجاز[5] یک جزء ثابت شبکه ساختار‌یافته ‌می‌باشد که دارای طیف مجاز در سیستم سلولار است. بطور کلی،‌ ایستگاه پایه اولیه هیچگونه قابلیتی را برای اشتراک‌گذاری با کاربران ثانویه ندارد.