گروه کامپیوتر دانشگاه آزاد

اساتید و دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی

گروه کامپیوتر دانشگاه آزاد

اساتید و دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی

لوگو گروه کامپیوتر دانشگاه آزاد

بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَٰنِ الرَّحِیمِ
زکات علم، نشر آن است. گروه کامپیوتر دانشگاه آزاد با هدف خدمت به دانش آموزان ، دانشجویان و آنهایی که علاقه به برنامه نویسی و طراحی و کلیه امور تخصصی کامپیوتر دارند با هدف نشر علم خدمت رسانی کند امید است کاربران در جهت تحقق این اهداف والا یار و همدم ما باشند . . .

آرشیو سایت
ترم بندی کامپیوتر

تغییر در آرشیو سایت و دسته بندی مطالب

نمایش داده می شوید!
اخطار جدی به کپی برداران از سایت
پلیس سایبری
طبق ماده (12) قانون جرايم رايانه اي: هرکس به طور غیرمجاز داده ای متعلق به دیگری را برباید، چنانچه عین داده‌ ها در اختیار صاحب آن باشد، به جزای نقدی از یک تا بیست میلیون ریال و در غیر این صورت به حبس از نود و یک روز تا یک سال یا جزای نقدی از پنج تا بیست میلیون ریال یا هر دو مجازات محکوم خواهد شد.
گالری تبلیغات
  • 01بازرگانی قربانی
  • 01 اللهم عجل لولیک الفرج
  • 01مدافعان حرم

معرفی شبکه‌های بی‌سیم

معرفی شبکه‌های بی‌سیم حسگر WSN پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی‌سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری‌های گوناگون داده است. این حسگرهای کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده‌ای برای ایجاد و گسترش شبکه‌های موسوم به شبکه بی‌سیم حسگر WSN شده‌اند. یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره‌های حسگر است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع‌آوری اطلاعات از محیط می‌پردازند. لزوماً مکان قرار گرفتن گره‌های حسگر، از قبل‌تعیین‌شده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می‌آورد که بتوانیم آنها را در مکان‌های خطرناک و یا غیرقابل دسترس رها کنیم.

از طرف دیگر این بدان معنی است که پروتکل‌ها و الگوریتم‌های شبکه‌های حسگری باید دارای توانایی‌های خودساماندهی باشند. دیگر خصوصیت‌های منحصر به فرد شبکه‌های حسگر، توانایی همکاری و هماهنگی بین گره‌های حسگر است. هر گره حسگر روی برد خود دارای یک پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا به گره‌ای که مسئول پردازش و نتیجه‌گیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازش‌های اولیه و ساده را روی اطلاعاتی که به دست آورده است، انجام می‌دهد و سپس داده‌های نیمه پردازش شده را ارسال می‌کند.

با اینکه هر حسگر به تنهایی توانایی ناچیزی دارد، ترکیب صدها حسگر کوچک امکانات جدیدی را عرضه می‌کند. در واقع قدرت شبکه‌های بی‌سیم حسگر در توانایی به‌کارگیری تعداد زیادی گره کوچک است که خود قادرند سرهم و سازماندهی شوند و در موارد متعددی چون مسیریابی هم‌زمان، نظارت بر شرایط محیطی، نظارت بر سلامت ساختارها یا تجهیزات یک سیستم به کار گرفته شوند.

گستره کاربری شبکه‌های بی‌سیم حسگر بسیار وسیع بوده و از کاربردهای کشاورزی، پزشکی و صنعتی تا کاربردهای نظامی را شامل می‌شود. به عنوان مثال یکی از متداول‌ترین کاربردهای این تکنولوژی، نظارت بر یک محیط دور از دسترس است. مثلاً نشتی یک کارخانه شیمیایی در محیط وسیع کارخانه می‌تواند توسط صدها حسگر که به طور خودکار یک شبکه بی‌سیم را تشکیل می‌دهند، نظارت شده و در هنگام بروز نشت شیمیایی به سرعت به مرکز اطلاع داده شود.

در این سیستم‌ها بر خلاف سیستم‌های سیمی قدیمی، از یک سو هزینه‌های پیکربندی و آرایش شبکه کاسته می‌شود از سوی دیگر به جای نصب هزاران متر سیم فقط باید دستگاه‌های کوچکی را که تقریباً به اندازه یک سکه هستند. شبکه حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Network/ WSN) به یک شبکه بی سیم از حسگرهای خودراهبر گفته می‌شود که با فاصله پخش شده اند و برای اندازه گیری گروهی برخی از کمیت‌های فیزیکی یا شرایط محیطی مانند دما، صدا، لرزش، فشار، حرکت یا آلاینده ها، در مکانهای مختلف یک محدوده کاربرد دارد. شبکه‌های حسگر با انگیزه استفاده در کاربردهای نظامی مانند نظارت بر میدان جنگ، توسعه پیدا کرد. اما امروزه شبکه‌های حسگر بی سیم در صنعت و بسیاری از مقاصد غیر نظامی استفاده می‌شوند، از جمله نظارت و کنترل فرآیندهای صنعتی، نظارت بر سلامت دستگاهها، نظارت بر محیط و یا خانه، کاربردهای مراقبت از سلامتی، خانه‌های هوشمند و کنترل ترافیک.

علاوه بر یک یا چند سنسور، هر گره از شبکه معمولاً مجهز به یک فرستنده و گیرنده رادیویی (یا هر وسیله مخابراتی بی سیم دیگر)، یک میکروکنترلر کوچک، و یک منبع انرژی (معمولا یک باتری) است. اندازه یک گره سنسوری بسته به اندازه بسته بندی آن تغییر کرده و تا یک دانه شن قابل کوچک سازی است. که قطعات این شنریزه در ابعاد میکروسکوپی هنوز باید ساخته شود. به طور مشابه قیمت هر گره حسگر می‌تواند بین چند صد دلار تا چند سنت، بسته به اندازه و پیچیدگی مورد نیاز یک گره متفاوت باشد. محدودیت‌های قیمت و اندازه در گره‌های حسگر منجر به محدودیت در منابعی مانند انرژی، حافظه، سرعت پردازش و پهنای باند در آنها می‌شود.

یک شبکه سنسور معمولاً تشکیل یک شبکه‌های بی‌سیم اقتضایی (ad-hoc) را می دهد، به این معنی که هر گره از الگوریتم مسیریابی multi-hop استفاده می‌کند. (تعداد زیادی گره یک بسته اطلاعاتی را جلو برده و به ایستگاه مرکزی می رساند). در حال حاضر شبکه‌های بی سیم حسگر یکی از موضوعات فعال تحقیقاتی در علوم کامپیوتر و ارتباطات است که هر ساله تعداد بیشماری کارگاه و کنفرانس در این زمینه انجام می‌شود.

یک شبکه حسگر بی سیم از تعداد زیادی گره‌های حسگر تشکیل شده است که با تراکم بالا داخل پدیده‌ای که مورد نظر است یا بسیار نزدیک به آن استقرار داده می‌شود. مکان گره‌های حسگر نیازی به تعیین و تنظیم قبلی ندارند. این ویژگی امکان استقرار این نوع گره‌ها را بصورت کاملاً تصادفی در مکان‌های غیر قابل دسترسی یا خطرناک ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، این ویژگی نیاز به در نظر گرفتن قابلیت خودپیکر بندی را در پروتکل‌ها و الگوریتم‌های مختص این شبکه‌ها مطرح می‌کند. ویژگی دیگر شبکه‌های حسگر تلاش جمعی گره‌های حسگر است. گره‌های حسگر مجهز به یک پردازنده ساده هستند تا بجای ارسال داده خام دریافت شده از محیط، پردازش مختصری بر روی داده‌ها انجام دهند و محاسبات محلی را تنها به کمک گره‌های نزدیک خود انجام دهند. این عمل یعنی ارسال داده‌های کم تعداد ضروری و پردازش شده بجای ارسال داده‌های خام و متعدد هم باعث کاهش ترافیک شبکه می‌شود و هم باعث می‌شود عملیات امتزاج داده بهتر و ساده تر صورت گیرد. ویژگی‌های تعریف شده در قسمت قبل امکان ایجاد طیف وسیعی از کاربردها را برای این نوع شبکه فراهم می‌کند. برخی از کاربردهای ممکن کاربردهای مرتبط با بهداشت، مسایل نظامی و خانه‌های هوشمند می‌باشند. بطور نمونه، در مسایل ویژگیهای قابلیت خودپیکربندی، استقرار سریع و تحمل خطا شبکه‌های حسگر را برای سیستم‌های نظامی اعمال دستور، کنترل، ارتباطات، محاسبات، هوشمندی، مراقبت، شناسایی و هدف گیری بسیار مناسب می‌نماید. در کاربردهای بهداشت، شبکه‌های حسگر می‌توانند برای مراقبت از بیماران و کمک به بیماران دارای ناتوانی جسمی به کار گرفته شوند. برخی کاربردهای تجاری دیگر شامل مدیریت انبار، نظارت بر کیفیت محصولات و نظارت بر مناطق حادثه خیز می‌باشند. در اکثر موارد شبکه‌های حسگر برای تبادل داده از ارتباطات بی سیم بهره می‌برند و دلیل آن وسعت حوزه کاربردها و سادگی استفاده آن بدون ایجاد زیر ساخت اختصاصی می‌باشد.[۱] از شبکه‌های حسگر بی سیم با نماد WSN یاد می‌شود. در سالهای اخیر شبکه‌های WSN به دلیل پیچیدگی و وسعت زمینه پژوهش، غالب پژوهش‌ها در حوزه شبکه‌های حسگر را به خود اختصاص داده‌اند. درک کاربردهای شبکه‌های حسگر بی سیم نیاز به شناخت تکنیک‌های شبکه سازی ادهاک بی سیم دارد. اگر چه پروتکل‌ها و الگوریتم‌های متعددی برای شبکه‌های ادهاک بی سیم ارائه شده‌اند، آنها به طور کامل مناسب ویژگی‌ها و نیازمندی‌های کاربردهای شبکه‌های حسگر نیستند. تفاوت‌های اصلی بین شبکه‌های حسگر و ادهاک عبارتند از:

  • در شبکه‌های حسگر تعداد گره‌ها می‌تواند چندین برابر یک شبکه ادهاک باشد.
  • گره‌های حسگر بسیار مستعد خرابی هستند.
  • توپولوژی شبکه‌های حسگر به سرعت تغییر می‌کند.
  • گره‌های حسگر اغلب از مدل ارتباطی همه پخشی استفاده می‌کنند در حالی که ارتباطات در شبکه‌های ادهاک معمولاً مبتنی بر مدل ارتباطی نقطه به نقطه است.
  • گره‌های حسگر معمولاً در میزان حافظه، توان محاسباتی و انرژی محدود هستند.
  • گره‌های حسگر معمولاً به دلیل تعداد زیاد حسگرها و ایجاد سربار زیاد فاقد شناسه سراسری می‌باشند.

در سالهای اخیر اغلب پژوهشگران سعی در توسعه روش‌هایی برای برطرف کردن این نیازمندیها داشته‌اند[۲]. ادامه این پایان نامه به صورت زیر تنظیم شده است: در قسمت دوم به بررسی کامل امر پوشش در شبکه‌های حسگر که می‌بایست در طراحی‌ها لحاظ شود، خواهیم پرداخت. در قسمت سوم به بررسی الگوریتم‌های ممکن در پوشش شبکه حسگر بی سیم پرداخته‌ایم.

ویژگی‌های طراحی

گره‌های حسگر معمولاً در یک حوزه حسگر پراکنده می‌شوند. همگی این گره‌ها قابلیت جمع آوری داده و ارجاع آن به گره چاهک یا ایستگاه پایه را دارا می‌باشند. داده‌های جمع آوری شده با استفاده از یک معماری بدون زیر ساختار چند گامی به سمت گره چاهک ارسال می‌شوند. گره چاهک ممکن است با استفاده از اینترنت یا ماهواره به گره مدیر کار متصل شده باشد. طراحی شبکه‌های حسگر نمایش داده شده است، از چندین فاکتور اصلی زیر تاثیر می‌پذیرد:

  • تحمل خرابی
  • مقیاس پذیری
  • هزینه تولید
  • محیط اجرا
  • توپولوژی شبکه‌های حسگر
  • محدودیت‌های سخت افزاری
  • رسانه انتقال و مصرف انرژی
  • معماری لایه‌

مشخصه ها

مشخصه‌های منحصر به فرد گیرندهٔ بی سیم:

  • گره‌های گیرنده با مقیاس کم
  • قدرت محدود که می‌توان ذخیره یا تخلیه شود
  • شرایط محیطی نا مناسب
  • نقص‌های گره
  • ترک گره
  • شبکه دینامیک توپو لوژی
  • نقص ارتباطات
  • غیر یکنواختی گره ها
  • گسترش با مقیاس بالا
  • عملکرد خودکار

گره‌های گیرنده را می‌توان کامپیوترهای کوچکی تصور کرد. کاملاً اساسی و در وجه مشترکشان در ساختار و اجزاء آنها معمولاً شامل واحد پردازنده و قدرت اشتباه محاسبهٔ محدود و حافظهٔ محدود هستند گیرنده‌ها (شامل شرایط خاص مدارها) دستگاه ارتباطی (معمولاً فرستنده و گیرنده رادیویی و نوری متناوب) و منبع انرژی هم معمولاً از باتری است. پایگاه‌ها بنیادی از یا چند اجزاء برجسته از شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم (WSN) با محاسبهٔ بیشتر انرژی، منبع ارتباطاتی، آنها مثل دروازه بین گره گیرنده و کاربر نهایی عمل می‌کنند.

نظارت بر محیط

کنترل یا نظارت بر محیط نوعی استفاده از گیرنده بی سیم است. در نظارت محیط، گیرنده بی سیم در ناحیه‌ای پراکنده می‌شود که تعدادی پدیده یا حادثه باید تحت نظارت باشد. برای مثال تعداد زیادی از این گره‌های فرستنده و دریافت کننده می‌توانند در میدان جنگ برای آشکار کردن تجاوز دشمن بجای استفاده از مین‌های زمینی گسترش داده شوند.

زمانی که این حس گر یا گیرنده اتفاقی را که تحت نظر بوده (گرما، فشار، صدا، نور، زمین هایی با خواص مغناطیسی و لرزش و ارتعاش و غیره) پیدا می‌کند، لازم است که اتفاق به یکی از پایگاه‌ها گزارش شود. این پایگاه بر اساس نوع کاربری شبکه عملی مناسب، مانند ارسال پیغام به اینترنت یا ماهواره و یا پردازش محلی داده، را انجام می‌دهد.

الگوریتم

WSN متشکل از تعداد زیادی از گره‌های گیرنده هستند . از این رو الگوریتم برای WSN توزیع الگوریتمی است. در WSN منبع کمیاب انرژی است؛ و یکی از گرانترین عامل انرژی انتقال اطلاعات است . برای این دلیل تحقیق الگوریتمی در WSN بیشتر تمرکز می‌کند . در مطالعه و طراحی آگاهانه از انرژی الگوریتم برای انتقال اطلاعات از گره‌های گیرنده به پایگاه انتقال اطلاعات معمولاً Multi-hop ( از یک گره به یک گره به طرف پایگاه ) به علت رشد چند برابر در هزینه انرژی انتقالات رادیویی نسبت به مساحت انتقال.

نگرش‌های الگوریتمی با تفکیک خود WSN از نگرش پروتکل با این حقیقت که مدهای ریاضی که استفاده می‌شوند انتزاعی تر هستند . کلی تر هستند اما گاهی اوقات کمتر واقعی هستند در مدل هایی که استفاده می‌شود طراحی پروتکل پایگاهای هستند که مخصوصا طراحی شده اند برای شبیه سازی کارائی شبکه ارتباطی گیرنده مثل TOSSIM، که قسمتی از TinyOs و شبیه سازی قدیمی شبکه که استفاده می‌شود مثل NS-2، همچنین شبه ساز بصری OPNET که برای تحلیل و شبیه سازی انواع شبکه‌های کامپیوتری و مخابراتی از کوچکترین ابعاد تا ابعاد جهانی کاربرد دارد، شبیه ساز SENSIM که بر مبنای ++OMNET طراحی شده و خاص تحلیل شبکه‌های حسگر بی سیم است، لیست وسیعی از ابزارهای شبیه سازی برای شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم می‌تواند پیدا شود و در CRUISE WSN که ابزار شبیه سازی پایگاه معلومات

سیستم‌عامل

سیستم‌عامل برای گره‌های شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم به نوعی پیچیدگی اش کمتر از اهداف کلی سیستم‌عامل است . هردو به دلیل احتیاجات خاص و درخواست شبکه ارتباطی خاص و به دلیل اضطرار یا تحمیل منبع در پایگاه سخت‌افزاری شبکه گیرنده است برای مثال کاربرد استفاده شبکه گیرنده معمولاً همکاری متقابل مثل یک کامپیوتر نیست. به همین علت، سیستم‌عامل احتیاجی به پشتیبانی کاربرد ندارد علاوه برآن تحمیل یا اضطرار منبع در دوره حافظه و نقشه حافظه سخت‌افزار را پشتیبانی می‌کند و ساختمانی می سازد مثل حافظه مجازی که هردو غیر ضروری و غیر ممکن برای انجام دادن هستند. شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم، سخت‌افزارهایش فرقی با سیستم‌های سنتی تعبیه شده ندارد و بنابراین استفاده از سیستم‌عامل تعبیه شده ممکن است مثل ecos یا VC/OS برای گیرنده شبکه ارتباطی و اگرچه مثل سیستم‌عامل طراحی شده اند با خواص بی‌درنگ و برخلاف سیستم‌عامل تعبیه شده سنتی اگر، سیستم‌عامل هدف مخصوص شبکه‌های ارتباطی گیرنده است . اغلب پشتیبانی بی‌درنگ ندارد. Tiny Os شاید اولین سیستم‌عاملی باشد که مخصوصا طراحی شده برای شبکه ارتباطی گیرنده بر خلاف بیشتر سیستم‌عامل‌های دیگر Tiny Os براساس برنامه کامپیوتری یا فرآیندی که هر مرحله اجرا مربوط به تحمیلات خارجی است برنامه نویسی می‌کند و مدل را به جای طرح برنامه‌ای که بیش از یک مسیر منطقی استفاده می‌کند و هر مسیر هم‌زمان اجرا می‌شود که می گوییم (multithread).

TinyOs برنامه دستوری که تشکیل شده از گرا و کارهایی که تداوم پیدا می‌کند در تکامل معنایی زمانی که پیشامد خارجی رخ می‌دهد و مانند وارد شدن اطلاعات و خواندن گیرنده.

TinyOs خبر می‌دهد از گرای مناسبی که اتفاقات را شرح می‌دهد گرا می‌تواند ارسال کند کارهایی را که برنامه ریزی شده با هسته اصلی TinyOs در زمانی عقب تر. هردوی سیستم TinyOsو برنامه نوشته شده برای TinyOs که آنها نوشته شده اند با برنامه نویسی C است. Nesc طراحی شده برای یافتن Race-Condition (حالت نا معینی که به هنگام عملکرد هم‌زمان دستورالعمل‌های دو کامپیوتر به وجود می‌آید و امکان شناخت این مسئله که کدام یک از آنها ابتدا تمام خواهد شد وجود ندارد) بین وظایف و گراها.

و همچنین سیستم‌های عاملی هستند که اجازه برنامه نویسی در C را می‌دهند مثل سیستم‌عامل هایی شامل Contiki و MANTIS و BT nut و SOS و Nano-RK .

Contiki طراحی شده اند برای پشتیبانی و اندازه گیری بارگیری در شبکه و پشتیبانی زمان اجرای بارگیری در استاندارد فایلهای ELF . هسته Contiki را برنامه کامپیوتری یا فرآیند کامپیوتری است که هر مرحله اجرا مربوطه به عملیات خارجی است Event-driven اما سیستم پشتیبانی می‌کنند از (طرح برنامه‌ای که بیش از یک مسیر منطقی است و هر سیر هم‌زمان اجرا می‌شود) Multithread در زمینه پیش درخواست‌ها – علاوه بر آن شامل خطوط برجسته‌ای که فراهم می‌کند خطوطی را که مثل برد برنامه نویسی اما با حافظه خیلی کوچک در بالای سر.

برخلاف Event-driven، هسته Contiki و MANTIS و Nano-RK هسته‌هایی که بر اساس قبضه‌ای انحصاری Multithread است . با قبضه‌ای انحصاری Multithread که کاربرها صراحتا احتیاجی به ریز پردازنده برای دیگر پردازش‌ها ندارند . در عوض هسته زمان را تقسیم می‌کند به پردازش‌های فعال و تصمیم می‌گیرد که کدام پردازش می‌تواند کار کند ولی می‌تواند استفاده از برنامه نویسی را راحت کند.

شبکه ارتباطی و گیرنده مثل TinyOs و Contiki و SOS و Even-driven سیستم‌عاملی است که ترکیب اولی SOS که پشتیبانی برای ظرفیت بارگیری. سیستم‌عامل کامل ساخته شده از ظرفیت‌های کوچک‌تر و سریع SOS همچنین تمرکز در پشتیبانی برای مدیریت حافظه دینامیک است .

تحمل پذیری خطا

برخی از گره‌های حسگر ممکن است به دلایل کمبود انرژی، آسیب فیزیکی و یا تداخلات محیطی از کار بیفتد. این خرابی‌ها گره‌های حسگر نباید تاثیری در عملکرد کلی شبکه حسگر داشته باشد. این مبحث همان قابلیت اطمینان یا تحمل خطاست. تحمل خطا توانایی فعال نگه داشتن شبکه حسگر بدون هیچ وقفه‌ای به دلیل خرابی گره‌های حسگر می‌باشد. در]۲[ تحمل خطا یا قابلیت اطمینان با توزیع پواسون در بازه (۰,t) مدل شده است: Rk(t) = e–λkt که در آن λk نرخ خرابی برای گره k ام و t پریود زمانی است.

مقیاس پذیری

تعداد گره‌های حسگر استقرار داده شده برای مطالعه یک پدیده ممکن است از مرتبه صدها یا هزارها باشد. بسته به نوع کاربرد این تعداد ممکن است به چندین میلیون هم ارتقا پیدا کند. یک روش کامل باید قابلیت کار با این تعداد گره را فراهم کند. روش ارائه شده همچنین می‌بایست تراکم بالای شبکه‌های حسگر را مورد بهره برداری قرار دهد. این تراکم یا چگالی می‌تواند شامل استقرار چند تا چند صد گره حسگر در یک ناحیه با شعاع حدود ۱۰ متر شود. تراکم (α) می‌تواند به صورت زیر محاسبه شود: α(R) = (N. π R2) / A که در آن N تعداد گره‌های پراکنده شده در ناحیه A و R طیف رادیویی انتقال هر گره می‌باشد. در حقیقت α(R) متوسط تعداد گره‌های قرار گرفته در شعاع انتقال هر گره را در ناحیه A را بیان می‌کند.

هزینه تولید

به دلیل آنکه شبکه‌های حسگر شامل تعداد زیادی از گره‌های حسگر می‌باشند، هزینه یک گره منفرد برای توجیه اقتصادی هزینه کل شبکه بسیار مهم است. اگر هزینه شبکه حسگر بسیار گران تر از استقرار حسگرهای سنتی باشد آنگاه این شبکه توجیه اقتصادی نخواهد داشت. در نتیجه، هزینه هر گره منفرد می‌بایست پائین نگه داشته شود. تکنولوژی بسیار پیشرفته امروزی اجازه تولید سیستم‌های رادیویی بلوتوث با هزینه کمتر از ۱۰ دلار آمریکا را فراهم کرده است. این هزینه بسیار شگفت انگیز است اما باز هم برای امکان پذیر بودن توسعه و استقرار شبکه‌های حسگر هزینه هر گره می‌بایست سعی شود هزینه هر گره منفرد به کمتر از یک دلار کاهش یابد.

محدودیت‌های سخت افزاری

یک گره حسگر از چهار جزء اصلی تشکیل شده است: واحد احساس، واحد پردازش، واحد فرستنده - گیرنده و واحد نیرو. همچنین این گره‌ها ممکن است شامل اجزای اضافی دیگری مختص کاربردهای خاص مانند سیستم یافتن مکان، تولید کننده نیرو و جابجا کننده باشند. واحد احساس معمولاً شامل دو زیر قسمت می‌شود: حسگرها و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) سیگنال‌های آنالوگ تولید شده توسط حسگرها بعد از احساس و دریافت یک پدیده از محیط توسط ADC به سیگنال دیجیتال تبدیل و سپس به واحد پردازش ارائه می‌شود. واحد پردازش، که معمولاً شامل حافظه کوچکی نیز می‌باشد، مدیریت و اجرای پروسه‌های ارتباطی که در نظر گرفته شده در هر گره جهت ارتباط با سایر گره‌ها و انجام وظایف تخصیص داده شده را به عهده دارد. واحد فرستنده - گیرنده نیز گره را به شبکه متصل می‌نماید. یکی از اجزای بسیار مهم در گره حسگر واحد نیرو است. واحد نیرو ممکن است شامل یک واحد تولید یا بازیافت نیرو مثل سلول‌های خورشیدی باشد. اجزای دیگری نیز که وابسته به کاربرد هستند وجود دارند. بطور نمونه بسیاری از تکنیک‌های مسیریابی در شبکه‌های حسگر نیازمند اطلاع از مکان خویش و گره‌های مجاور با دقت بالا می‌باشند. بنابراین، قابل توجیه خواهد بود که در صورت نیاز کاربرد، هر گره حسگر شامل یک سیستم یافتن مکان نیز باشد. در برخی از کاربردها نیز ممکن است یک جابجا کننده برای جابجا کردن گره‌های حسگر در جهت انجام وظیفه تخصیص داده شده، مورد استفاده قرار گیرد. معمولاً همه این اجزا می‌بایست داخل یک بسته به اندازه یک قوطی کبریت جا داده شود. در برخی موارد اندازه مورد نیاز ممکن است در حد یک مکعب مربع یک سانتیمتری باشد که حتی ممکن است آنقدر سبک باشد که امکان معلق ماندن در هوا را هم داشته باشد. جدا از اندازه، برخی محدودیت‌های دشوار سخت افزاری دیگر در شبکه‌های حسگر وجود دارند. این گره‌ها می‌بایست مصرف نیروی به شدت پائین داشته باشند، توانایی عمل در در حالتهای استقرار با تراکم بالا را دارا باشند، هزینه تولید آنها بسیار کم باشد، خود مختار باشند، بدون نیاز به نظارت خارجی عمل کنند و سازگار با محیط خود باشند. در اغلب گره‌های حسگر موجود سه واحد کاری خط چین شده بصورت تخصیص داده شده می‌باشند. امروزه اغلب پروتکل‌های ارائه شده معمولاً یک یا خمگی این سه فاکتور را دارا می‌باشند. زیرا به نوعی محدودیت‌های شبکه حسگر بی سیم را نامحسوس تر می‌نمایند.

توپولوژی شبکه‌های حسگر

در شبکه‌های حسگر معمولاً چند صد تا چند هزار گره در یک حوزه حسگر پراکنده شده‌اند. آنها در فاصله چند فوتی از یکدیگر قرار گرفته‌اند و تراکم گره‌ها می‌تواند تا ۲۰ گره در متر مکعب باشد. این تراکم بالا نیازمند اداره دقیق توپولوژی می‌باشد. سه مرحله در پشتیبانی توپولوژی و تغییر آن عبارتند از:

  • مرحله پیش از استقرار و استقرار: گره‌های حسگر می‌توانند به صورت توده‌ای در محیط پراکنده شوند یا به صورت دانه به دانه چیده شوند. آنها می‌توانند بوسیله یک هواپیما یا راکت بصورت توده‌ای و تصادفی و یا دانه به دانه توسط انسان یا ربات استقرار داده شوند.
  • مرحله بعد از استقرار: بعد از استقرار، ممکن است به دلیل تغییر در مکان گره‌های حسگر، قابلیت دسترسی (به دلیل نویز، موانع متحرک و ...) یا میزان انرژی، خراب کار کردن گره‌ها و توپولوژی تغییر یابد.
  • مرحله استقرار مجدد گره‌های اضافی: گره‌های حسگر اضافی می‌توانند در هر زمانی برای جایگزینی گره‌های خراب و یا اعمال تغییرات پویا در نحوه اجرای کار استقرار داده شوند.

محیط عمل

گره‌های حسگر با تراکم بالا درون پدیده مورد بررسی یا بسیار نزدیک به آن استقرار داده می‌شوند. بنابراین، می‌بایست توانایی عمل به صورت خود مختار و بدون نیاز به کنترل در نواحی جغرافیایی دور را دارا باشند. محیط عمل در شبکه‌های حسگر ممکن است داخل یک ماشین بزرگ در انتهای اقیانوس، یک ناحیه آلوده شده شیمیایی یا بیولوژیکی، پشت خطوط دشمن در میدان جنگ و یک خانه یا ساختمان بزرگ باشد.

رسانه انتقال

در یک شبکه حسگر چند گامی، گره‌های ارتباطی بوسیله یک رسانه بی سیم به هم متصل می‌شوند. این اتصالات می‌توانند بوسیله رادیو، مادون قرمز و یا رسانه نوری صورت گیرد. برای ایجاد قابلیت بکارگیری این نوع شبکه‌ها در سراسر دنیا، رسانه انتقال انتخاب شده می‌بایست در تمام دنیا موجود و در دسترس باشد. اغلب مدارات موجود امروزی مبتنی بر امواج رادیویی هستند. حالت دیگر برای ارتباطات میان گره‌ای در شبکه‌های حسگر مادون قرمز است. ارتباطات مادون قرمز نیازمند مجوز نیستند و در مقابل تداخل وسایل الکترونیکی مقاوم هستند. همچنین گیرنده و دریافت کننده‌های مادون قرمز برای تولید ساده تر و ارزان تر هستند. نوع دیگر ارتباطات یعنی رسانه نوری در پروژه ذره‌های غبار هوشمند استفاده شده است که یک سیستم احساس، محاسبه و ارتباط خود مختار می‌باشد. هم ارتباط مادون قرمز و هم رسانه نوری نیازمند خط دید می‌باشند.

مصرف انرژی

گره‌های حسگر بی سیم که با استفاده از قطعات میکرو الکترونیک ساخته شده‌اند تنها با منبع نیروی محدودی می‌توانند تجهیز شوند (معمولاً ۱٫۲V,<0.۵Ah) در برخی از کاربردها شارژ یا تعویض منابع نیرو غیر قابل انجام است بنابراین، طول عمر گره حسگر بستگی زیادی به عمر باتری آن دارد. در یک شبکه حسگر، مشابه شبکه‌های ادهاک هر گره بسته به زمان هم نقش تولید کننده داده و هم نقش مسیریاب را ایفا می‌کند. خرابی یا از کار افتادن تعداد اندکی از گره‌ها می‌تواند باعث ایجاد تغییرات قابل توجه در توپولوژی شبکه و نیاز به مسیریابی مجدد بسته‌ها یا سازماندهی مجدد شبکه شود. بنابراین، ذخیره نیرو و مدیریت نیرو اهمیت مضاعف پیدا می‌کند. از این رو، تاکنون پروتکل‌های آگاه نسبت به نیروی بسیاری توسط پژوهشگران پیشنهاد شده است. وظیفه اصلی یک گره حسگر در یک حوزه حسگر احساس محیط و کشف وقایع آن، انجام عملیات سریع محلی و پردازش اولیه داده‌ها و ارسال داده نهایی است. در نتیجه، مصرف نیرو می‌تواند به سه قسمت تقسیم شود که عبارتند از احساس، پردازش داده و ارتباط که بیشترین مصرف را بخش ارتباطات دارا می‌باشد. لذا اغلب پژوهشگران به دنبال کاهش دفعات ارتباط و خاموش کردن قسمت فرستنده – گیرنده گره‌های حسگر در زمان‌های بی کاری به عنوان راهکاری برای کاهش مصرف انرژی در گره‌ها و در نتیجه افزایش طول عمر مفید شبکه حسگر بوده‌اند.

مصرف انرژی

گره‌های حسگر بی سیم که با استفاده از قطعات میکرو الکترونیک ساخته شده‌اند تنها با منبع نیروی محدودی می‌توانند تجهیز شوند (معمولاً ۱٫۲V,<0.۵Ah) در برخی از کاربردها شارژ یا تعویض منابع نیرو غیر قابل انجام است بنابراین، طول عمر گره حسگر بستگی زیادی به عمر باتری آن دارد. در یک شبکه حسگر، مشابه شبکه‌های ادهاک هر گره بسته به زمان هم نقش تولید کننده داده و هم نقش مسیریاب را ایفا می‌کند. خرابی یا از کار افتادن تعداد اندکی از گره‌ها می‌تواند باعث ایجاد تغییرات قابل توجه در توپولوژی شبکه و نیاز به مسیریابی مجدد بسته‌ها یا سازماندهی مجدد شبکه شود. بنابراین، ذخیره نیرو و مدیریت نیرو اهمیت مضاعف پیدا می‌کند. از این رو، تاکنون پروتکل‌های آگاه نسبت به نیروی بسیاری توسط پژوهشگران پیشنهاد شده است. وظیفه اصلی یک گره حسگر در یک حوزه حسگر احساس محیط و کشف وقایع آن، انجام عملیات سریع محلی و پردازش اولیه داده‌ها و ارسال داده نهایی است. در نتیجه، مصرف نیرو می‌تواند به سه قسمت تقسیم شود که عبارتند از احساس، پردازش داده و ارتباط که بیشترین مصرف را بخش ارتباطات دارا می‌باشد. لذا اغلب پژوهشگران به دنبال کاهش دفعات ارتباط و خاموش کردن قسمت فرستنده – گیرنده گره‌های حسگر در زمان‌های بی کاری به عنوان راهکاری برای کاهش مصرف انرژی در گره‌ها و در نتیجه افزایش طول عمر مفید شبکه حسگر بوده‌اند.

معماری

در این قسمت به بررسی معماری و پشته پروتکل پیشنهادی برای شبکه‌های حسگر می‌پردازیم.

پشته پروتکل در شبکه‌های حسگر

پشته پروتکل مورد استفاده در گره‌های حسگر و گره ویژه چاهک آگاهی نیرو و مسیریابی را ترکیب می‌کند، داده را با پروتکل‌های شبکه سازی یکپارچه می‌کند، ارتباطات موثر و بهینه از نظر نیرو در رسانه بی سیم ایجاد می‌کند و تلاش جمعی گره‌های حسگر را بهبود می‌بخشد. این پشته شامل لایه فیزیکی، لایه پیوند داده، لایه شبکه، لایه انتقال، لایه کاربرد و سه لایه مدیریتی طر ح مدیریت نیرو، طرح مدیریت جابجایی و طر ح مدیر ت کار می‌باشد. لایه فیزیکی وظیفه تعیین نوع مدولاسیون و انجام آن، و بکارگیری تکنیک‌های دریافت و ارسال ساده اما استوار را بر عهده دارد. به دلیل وجود نویز در محیط و قابلیت جابجایی گره‌های حسگر، لایه کنترل در شبکه‌های حسگر می‌بایست آگاه به نیرو و قادر به کمینه کردن برخورد با همه (MAC) دسترسی به رسانه پخشی‌های گره‌های مجاور باشد. لایه شبکه وظیفه مسیریابی داده تهیه شده توسط لایه انتقال را به عهده دارد. لایه انتقا لنیز به برقراری جریان داده مورد نیاز هر کاربرد کمک می‌کند. بسته به نوع گره‌ها و توانایی‌های آنها در احساس محیط، انواع مختلفی از کاربردها نیز می‌توانند ساخته و در لایه کاربر داستفاده شوند. بعلاوه، طرح‌های مدیریت نیرو، جابجایی و کار، حرکت و توزیع کار میان گره‌های حسگر را مورد نظارت قرار می‌دهند. این طرح‌ها باعث همکاری گره‌ها در کار و به صورت کلی باعث کاهش مصرف نیرو می‌شوند. طرح مدیریت نیرو چگونگی استفاده گره حسگر از نیرویش را مدیریت می‌کند. برای نمونه، گره حسگر می‌تواند بعد از دریافت پیامی از گره‌های مجاور خود قسمت دریافت خود را خاموش کند. این عمل باعث عدم دریافت پیغام‌های تکراری چند مسیری می‌شود. همچنین وقتی سطح نیروی موجود در یک گره پائین باشد، گره حسگر به همه گره‌های مجاور خود اعلام می‌کند که انرژی کمی دارد و نمی‌تواند در مسیریابی پیغام‌ها شرکت کند. انرژی باقی‌مانده گره حسگر نیز برای احساس محیط استفاده می‌شود. طرح مدیریت جابجایی حرکت گره حسگر را تشخیص و ثبت می‌کند و به کاربر اعلام می‌کند و این کار باعث می‌شود که گره‌های حسگر بتواند در هر لحظه تشخیص دهند در مجاورت آنها چه گره‌هایی وجود دارند. با اطلاع از اینکه چه گره‌های حسگری در همسایگی وجود دارند، گره‌ها می‌توانند بین نیرو و کار تخصیص داده شده به آنها تعادلی برقرار کنند. طرح مدیریت کار وظیفه احساس یک ناحیه خاص را زمان بندی و متعادل می‌کند. لزومی ندارد که همه گره‌های قرار گرفته در یک ناحیه وظیفه احساس محیط را به طور همزمان انجام دهند. در نتیجه، برخی حسگرها بسته به سطح نیرویشان بیشتر از سایرین در اجرای یک کار مشارکت می‌کنند. این طرح‌های مدیریتی پیشنهاد شده برای همکاری موثر از نظر انرژی میان گره‌ها، مسیریابی داده‌ها در یک شبکه حسگر متحرک و به اشتراک گذاری منابع میان گره‌های حسگر مورد نیاز است. در ادامه این بخش به ارائه توضیحات بیشتر در مورد هر لایه از پشته پروتکل شبکه‌های حسگر می‌پردازیم.

لایه فیزیکی

در شبکه‌های حسگر لایه فیزیکی مسئول انتخاب فرکانس، ایجاد فرکانس حامل، کشف سیگنال، شبکه مدولاسیون و رمزنگاری داده است.. تا اکنون، باند فرکانسی ۹۱۵ مگاهرتز ISM به صورت گسترده برای شبکه‌های حسگر پیشنهاد و استفاده شده است. تولید فرکانس و کشف سیگنال بیشتر مختص طراحی‌های سطح پائین در سخت افزار و فرستنده – گیرنده می‌باشد. بنابراین در حوزه این پایان نامه قرار نمی‌گیرد. در ادامه‌ای بخش تمرکز ما بر روی تاثیرات انتشار سیگنال، راندمان نیرو و تمهیدهای مدولاسیون در شبکه‌های حسگر خواهد بود. بسیار بدیهی است که برقراری ارتباطات فواصل دور بی سیم هم به جهت انرژی و هم به جهت پیچیدگی بسیار پر هزینه است. در طراحی لایه فیزیکی در شبکه‌های حسگر در نظر گرفتن کمینه کردن مصرف انرژی، اهمیت قابل توجهی حتی بیشتر از تاثیرات محو شدن و انتشار را به خود اختصاص می‌دهد. به طور کلی، میزان حداقل نیروی مورد نیاز برای ارسال یک سیگنال در فاصله مفروض d نسبتی از dn می‌باشد که ۲ <= n <۴. توان n در شبکه‌های با آنتن‌های نزدیک سطح زمین و کم ارتفاع نزدیک به ۴ است. این ویژگی می‌تواند به دلیل حذف جزئی سیگنال به وسیله اشعه بازتاب شده از زمین باشد. ارتباط چند گامی در یک شبکه حسگر می‌تواند به طور موثری بر تاثیرات در سایه قرار گرفتن و گم کردن مسیر غلبه کند اگر تراکم استقرار گره‌ها به حد کافی بالا باشد. به طور مشابه، هنگامی که تلفات انتشار و ظرفیت کانال قابلیت اطمینان داده را محدود می‌کنند، این حقیقت می‌تواند برای استفاده مجدد از فرکانس فضایی بکار گرفته شود. تا کنون چند راه حل موثر از نظر نیرو برای لایه فیزیکی ارائه شده است اما به نظر می‌رسد هنوز تا رسیدن به روشهای اختصاصی و سازگار با شرایط شبکه‌های حسگر فاصله داریم. بطور نمونه مقایسه میان تمهیدهای مدولاسیون دودویی و m تایی نشان داده است که مدولاسیون m تایی با ارسال چندین بیت بر روی یک نشانه، باعث کاهش تبادلات می‌شود در حالیکه نیازمند مصرف انرژی بالاتر و مدارات پیچیده تر است. این موازنه میان پارامترها نشان می‌دهد در محیط‌های با شرایط نیرویی دشوار، مدولاسیون دودویی از نظر انرژی بسیار موثرتر است. این معماری با انرژی پائین می‌تواند به یک تکنولوژی مدار مجتمع ویژه کاربرد (ASIC) برای دستیابی به راندمان بالاتر در آینده نگاشت داده شود. اخیراً سیگنال‌های بسیار باند پهن UWB به دلیل مصرف انرژی پائین و مدار ساده برای قسمت فرستنده – گیرنده به عنوان کاندید بسیار مناسبی در شبکه‌های حسگر بویژه برای کاربردهای داخلی معرفی شده‌اند. UWB از انتقال باند پایه بهره می‌برد و بنابراین نیازمند هیچ فرکانس حامل رادیویی و واسط نمی‌باشد. از ویژگی‌های اصلی این تکنولوژی می‌توان به گریز از پدیده چند مسیری اشاره کرد.

لایه پیوند داده

لایه پیوند داده مسئول مالتی پلکس کردن جریان داده، تشخیص فریم‌های داده، کنترل رسانه و کنترل خطا می‌باشد. این لایه ایجاد اتصالات قابل اطمینان نقطه به نقطه و نقطه به چند نقطه را در یک شبکه ارتباطی تضمین کند. در ادامه به بررسی این لایه در شبکه‌های حسگر می‌پردازیم. کنترل دسترسی به رسانه- پروتکل MAC در یک شبکه حسگر چند گامی و خود سازمان دهنده بی سیم می‌بایست دو هدف را برآورده کند. هدف اول ایجاد یک زیر ساختار برای شبکه می‌باشد. به دلیل آنکه هزاران گره حسگر با تراکم بالا در یک حوزه حسگر پراکنده شده‌اند، لایه MAC می‌بایست پیوندهای ارتباطی برای انتقال داده برقرار کند. با این روش زیرساختار اولیه مورد نیاز برای ارتباط گام به گام شکل می‌گیرد و قابلیت خود سازماندهی را به شبکه حسگر می‌دهد. هدف دوم به اشتراک گذاشتن عادلانه و موثر منابع میان گره‌های حسگر می‌باشد.

دلایل عدم کارآیی مناسب پروتکل‌های MAC موجود در شبکه‌های حسگر: همانطور که در قسمت‌های قبلی تاکید شد، پروتکل‌ها و الگوریتم‌های جدید که برای شبکه‌های نوظهور حسگر ارائه می‌شوند می‌بایست توانایی کلنجار رفتن با محدودیت‌های منابع و نیازمندی‌های کاربردهای شبکه‌های حسگر را دارا باشند.

لایه شبکه

گره‌های حسگر با تراکم بالا داخل یا بسیار نزدیک به پدیده‌ای که می‌بایست بررسی شود، استقرار داده می‌شوند. همانطور که در قسمت‌های قبل گفته شد، پروتکل‌های مسیریابی بی سیم چند گامی ویژه‌ای برای این دسته از شبکه‌ها مورد نیاز است. به دلایل ذکر شده در قسمت‌های قبل روشهای مسیریابی سنتی مورد استفاده در شبکه‌های Ad Hoc نمی‌توانند بطور کامل نیازهای شبکه‌های حسگر را برآورده کنند. لایه شبکه در شبکه‌های حسگر معمولاً با توجه به موارد زیر طراحی می‌شود:

  • راندمان نیرو همیشه یک نکته بسیار مهم قلمداد می‌شود.
  • شبکه‌های حسگر اغلب داده- محور هستند.
  • جمع آوری داده تنها زمانی مفید است که مانع تلاش جمعی گره‌های حسگر نباشد.
  • یک شبکه حسگر ایده‌آل می‌بایست آدرس دهی مبتنی بر صفات و آگاهی نسبت به مکان داشته باشد.

مسیرهای موثر از نظر انرژی می‌توانند بر مبنای نیروی در دسترس (PA) در گره‌ها یا انرژی مورد نیاز (α) برای انتقال از مسیر میان گره‌ها شناخته شوند. مسیر مناسب از نظر راندمان انرژی بوسیله یکی از رویکردهای زیر می‌تواند انتخاب شود: مسیر با بیشینه (PA): مسیری که در مجموع بیشترین PA را دارا است انتخاب می‌شود. مجموع PAهای یک مسیر با جمع کردن همه PAهای گره‌های واقع در یک مسیر بدست می‌آید. مسیر با کمینه انرژی (ME): در این رویکرد مسیری انتخاب می‌شود که کمینه انرژی مورد نیاز برای انتقال بسته‌های داده بین گره‌های حسگر وSink را داراست. مسیر دارای کمینه گام (MH): در این رویکرد مسیری که کمترین گام را تا رسیدن به گره چاهک می‌پیماید ترجیح داده می‌شود.

مسیر بیشینه کمینه PA: مسیری که در آن کمینه PA بزرگتر از کمینه PA مسیرهای دیگر است، ترجیح داده می‌شود. مبحث مهم دیگر آنست که مسیریابی ممکن است مبتنی بر رویکرد داده- محور باشد. در مسیریابی داد- محور، برای تخصیص وظیفه احساس پدیده‌ها به گره‌ها تقاضای انتشار انجام می‌شود. دو روش برای اعمال تقاضای انتشار وجود دارد: گره چاهک تقاضا را ارسال می‌کند[۳]، و یا اینکه گره‌ها اعلانی را برای داده در دسترسی خود همه پخشی می‌کنند[۴] و منتظر دریافت درخواست برای داده‌های خود از سوی گره‌های علاقه‌مند به دریافت آن‌ها می‌مانند. مسیر یابی‌های داده - محور نیاز به نامگذاری مبتنی بر صفات[۵]دارد. برای نامگذاری مبتنی بر صفات، کاربران بیشتر علاقه‌مند به ارائه پرسش در مورد صفتی از یک پدیده می‌باشند تا ارائه پرسشی از یک گره مجزا. برای نمونه، " ناحیه‌ای که دمای بالای ۱۰ درجه فارنهایت دارد؟" پرسش معمول تری از " دستور خواندن دما از گره معین" است. نامگذاری مبتنی بر صفات امکان ارائه پرسش در مورد صفات خاصی از پدیده مورد ارزیابی را ممکن می‌سازند. نامگذاری مبتنی بر صفات همچنین همه پخشی، چند پخشی مبتنی بر صفات، پخش مبتنی بر ناحیه جغرافیایی و پخش برای همه را ممکن می‌سازد. جمع آوری داده یکی از تکنیک‌های استفاده شده برای حل مسایل همپوشانی و حجم بالای اطلاعات در مسیریابی داده- محور می‌باشد. در این تکنیک، یک شبکه حسگر معمولاً به صورت یک درخت چند پخشی برعکس فرض می‌شود که در آن گره چاهک از سایر گره‌های حسگر وضعیت پدیده را سوال می‌کند. داده دریافت شده از سوی چندین گره در صورتی که در مورد همان صفت درخواست شده باشد، در هر قسمت که به یک گره در طی مسیر می‌رسد، جمع آوری می‌شود و روی هم ریخته می‌شود. برای نمونه، گره حسگر E داده‌های دریافت شده از سوی گره‌های A و B و گره F اطلاعات دریافت شده از گره‌های C و D را روی هم می‌ریزد. جمع آوری داده می‌تواند به عنوان مجموعه‌ای از روش‌های اتوماتیک ترکیب داده از داده‌های دریافت شده از چندین گره در قالب چند دسته از داده‌های با معنی و هدف دار باشد. از این جنبه، جمع آوری داده را می‌تواند به معنی امتزاج داده نامید]۴[. همچنین، در حین این پروسه باید توجه شود که اطلاعات ویژه مثل محل گره‌های حسگر گزارش دهنده صفات، دور انداخته نشوند چرا که ممکن است برخی از کاربردها به آن نیاز داشته باشند. یکی دیگر از عملیات مهم و کلیدی در لایه شبکه تهیه یک رابط بین شبکه‌ای برای ارتباط با شبکه‌های بیرونی مثل شبکه‌های حسگر دیگر، سیستم‌های کنترل و فرمان و اینترنت می‌باشد. به طور نمونه، گره چاهک می‌تواند به عنوان دروازه شبکه حسگر به یک شبکه بیرونی متصل باشد. در یک روش دیگر می‌توان گره‌های چاهک مختلف را به شکل یک کمربند ارتباطی به هم متصل کرد و این کمربند را با استفاده از یک دروازه به شبکه‌های بیرونی متصل کرد.

لایه انتقال

این لایه بطور ویژه هنگامی مورد نیاز خواهد بود که قصد داشته باشیم شبکه را به شبکه اینترنت یا سایر شبکه‌های بیرونی متصل کنیم ]۶[. پروتکل TCP با مکانیزم پنجره انتقال فعلی خود، با بسیاری از ویژگیهای محیط شبکه حسگر سازگاری دارد. برای ارتباط با سایر شبکه‌ها، مکانیزمی مثل مکانیزم مورد استفاده درTCP برای قطعه قطعه کردن داده مورد نیاز است. در این رویکرد، اتصالات TCP در گره‌های چاهک پایان می‌یابند و یک پروتکل لایه انتقال ویژه می‌تواند ارتباطات میان گره چاهک و گره‌های حسگر مدیریت کند. در نتیجه، ارتباط میان کاربر و گره چاهک بوسیله UDP و یا TCP از طریق اینترنت یا ماهواره قابل انجام است. از سوی دیگر، ارتباط میان گره چاهک و گره‌های حسگر می‌تواند کاملاً مبتنی بر UDP باشد چراکه هر گره حسگر حافظه محدود در اختیار دارد. برخلاف پروتکل‌هایی مانند TCP، ارتباطات انتها به انتها در شبکه‌های حسگر مبتنی بر آدرس دهی راسری نیست. در شبکه‌های حسگر نامگذاری مبتنی بر صفات می‌بایست برای تعیین مقصد بسته‌های داده استفاده شود. نامگذاری مبتنی بر صفات در قسمت‌های قبل معرفی شد. فاکتورهایی از قبیل مصرف نیرو و مقیاس پذیری و ویژگی‌هایی مثل مسیریابی داده- محوری نیاز به ارائه مدیریت متفاوتی در لایه انتقال را قوت می‌بخشند.

کاربردها

موارد استفاده از شبکه های سنسوری بی سیم متنوع و زیاد است . به عنوان مثال در کاربردهای تجاری و صنعتی برای کنترل داده‌ها و مواردی که استفاده از گیرنده‌های سیمی مشکل و گران است به کار می‌روند. برای مثال این شبکه‌ها می‌توانند در محیط‌های بیابانی هم گسترش یابند و سالها باقی بمانند. کاربرد دیگر اعلام خطر ورود مهاجم به یک محل کنترل شده و سپس ردیابی مهاجم است.

از موارد دیگر کاربرد این شبکه ها میتوان به نظارت بر محل‌های مسکونی، ردیابی هدف‌های متحرک، کنترل راکتور هسته ای، آشکار سازی حریق، نظارت ترافیک و ... اشاره نمود.

منابع

کتاب فارسی ساخت شبکه حسگر

  1. پرش به بالا [1] F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, “A survey on sensor networks,” IEEE Communication Magazine, vol. 40, no.8, pp. 102–114, August 2002.
  2. پرش به بالا H. Karl and A. Willig, “A short survey of wireless sensor networks,” Technical Report, TKN- 3- 018, Technical University Berlin, August 2003, available: http://www.tkn.tu- berlin.de/publications.
  3. پرش به بالا C. Intanagonwiwat, R. Govindan, and D. Estrin, “Directed Diffusion: A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Networks,” Proceeding of ACM MobiCom ’00, Boston, MA, 2000, pp. 56–67.
  4. پرش به بالا W. R. Heinzelman, J. Kulik, and H. Balakrishnan, “Adaptive Protocols for Information Dissemination in Wireless Sensor Networks,” Proceeding of ACM MobiCom ’99, Seattle, WA, 1999,pp. 174–85.
  5. پرش به بالا W. R. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, “Energy-Efficient Communication Protocol for
  6. .Wireless Microsensor Networks,” IEEE Proceeding Hawaii Int’l. Conference Sys. Sci. ,Jan. 2000, pp. 1–10

نظرات (۱)

فرمول محاسبه نداره داداش؟
✔ پاسخ :
نه نداره بذار پیدا کردممی زنم ادامه اش
ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
تجدید کد امنیتی