1.   مشاوره و انجام پروپوزال  و پایان نامه ، مشاوره در زمینه ارائه سمینار، 
       مشاوره و انجام مقاله های بین المللی و داخلی، 
       مشاوره و انجام مقاله در مجله های علمی پژوهشی معتبر، 
        مشاوره و آموزش شبیه سازی شبکه توسط شبیه ساز آکادمیک 2-NS، 
         مشاوره و آموزش شبیه سازهای ترافیک شهری از قبیل  SUMO، ONE، و ...
          کمک به دانشجویان برای پیاده سازی ایده ها و مقالات خود با شبیه سازهای
               NS2, NS3 , OMNET++ , ONE
     
    
                 شماره تماس :
                         حسین رنجبران:    09101607834   
                                          
    
                  ساعات تماس: 
                                      ۸ الی ۲۰
                         
                   ایمیل:
                         hossein.ranjbaran.it@gmail.com
                        
           
    

مروری بر شبکه های حسگر بیسیم

شروع موضوع توسط Hossein Ranjbaran ‏5/10/13 در انجمن WSN

وضعیت موضوع:
You must be a logged-in, registered member of this site to view further posts in this thread.
موضوع بسته شده است.
  1. Administrator
    Hossein Ranjbaran
    کاربر ویژه
    تاریخ عضویت:
    ‏3/10/13
    ارسال ها:
    630
    تشکر شده:
    197
    مقدمه
    شبکه حسگر بيسيم نوع خاصي از شبکههاي موردی است و شامل مجموعهاي از گرههاي کوچک مي‌باشد که توانايي حس محيط اطراف با هدف معين، پردازش اطلاعات، ذخيره سازي، تبادل اطاعات با ساير گرهها و همچنين قابليت وفقپذيري در مقابل تغييرات (توپولوژی و...) را دارد. معمولا تمامي گرهها همسان ميباشند و عملاً با همکاري با يكديگر، هدف كلي شبكه را برآورده مي‌سازند. هدف اصلي در شبکههاي حسگر بيسيم نظارت و کنترل شرايط و تغييرات جوي، فيزيکي و يا شیميائي در محيطي با محدوده معين، ميباشد.
    تاریخچه شبکه حسگر
    اولين نمونههاي شبکههاي حسگر براي کاربردهاي نظامي طراحي و اجرا شدند تا نيروهاي ارتشي بتوانند در يک منطقه جديد، بدون نياز به برپا کردن تجهيزات خاص مرتبط با زير ساخت شبکه با هم ارتباط داشته باشند. طبيعت پويا و متغير محيط فعاليت ارتشها باعث ميشود استفاده از تجهيزات شبکههاي ثابت چندان مناسب به نظر نرسد. از سوي ديگر روشهاي ديگر ارتباطات بيسيم در فرکانسهاي بالاي Mhz100 کار ميکنند، پس تنها هنگامي که ديد مستقيم وجود داشته باشد ارتباط برقرار است. اين مشکلات به خوبي با استفاده از شبکههاي حسگر برطرف ميشود. زيرا ارتباط در اين شبکهها چندگامه است يعني بين مبدا و مقصد لازم نيست ديد مستقيم وجود داشته باشد و يا حتي اين دو در محدوده امواج يکديگر باشند، بلکه با استفاده از تعدادي گره ميانجي، ارتباط مبدا و مقصد برقرار ميشود. لازم به يادآوري است که اجزاي تشکيل دهنده شبکههاي حسگر تنها همان گرهها هستند و نيازي به تجهيزات از پيش تعيين شده ندارند.

    تاريخچه‌ي شبكه‌هاي حسگر به دوران جنگ سرد (اواسط دهه‌ي 1950 ميلادي) و سيستم نظارت صوتي SOSUS باز مي‌گردد. اين سيستم توسط ايالات متحده و به منظور شناسائي و رديابي زيردريائي‌هاي اتحاد جماهير شوروي در بستر اقيانوس آرام شمالي تعبيه شده بود. اين شبكه يك توري گسترده از هايدروفونها مي‌باشد كه توسط كابل به يكديگر متصل شده و محيط اقيانوس را تحت پوشش قرار داده‌اند. اين سيستم در حال حاضر توسط مؤسسه‌ي ملي NOAA به منظور نظارت بر پديده‌هاي جاري در بستر اقيانوس مورد استفاده قرار مي‌گيرد. رخداد نگاری شبکههای حسگر در شکل زیر دیده میشود.
    [​IMG]
    روند استفاده از شبکههای حسگر در سالهاي پاياني دهه 80 و سالهاي آغازين 90 توسط وزارت دفاع آمريکا،DARPA و چند کشور ديگر ادامه داشت و نوآوريهايي هم توسط گروههاي تحقيقاتي در دانشگاهها انجام ميشد. در اواسط دهه 90 با تعريف برخي استانداردها از جمله IEEE1999 فناوري‌هاي تجاري هم پا به عرصه وجود گذاشتند و گروههاي مختلف تحقيقاتي فعال در زمينه ارتباطات بيسيم وارد بازار وسيع بالقوه غيرنظامي شدند. در حقيقت نمونههايي هم که اکنون کاربرد تجاري پيدا کردهاند حاصل تلاشهاي انجام شده در محيطهاي تحقيقاتي سالهاي نخستين بوده است.
    ساختار گره حسگر

    از آنجا که گره حسگر بعنوان کوچکترين عنصر خودمختار يك شبکه حسگر شناخته ميشود، براي طراحي الگوريتم‌ها و پروتكل‌هاي مناسب براي اين شبكه‌ها لازم است كه اجزاء و تجهيزات يك گرهو محدوديتهاي سختافزاري آن شناخته شود. در اين بخش پس از معرفي اجزاء يك گره حسگر، مشخصات يک نمونه گره واقعي بيان ميشود.

    اجزاء دروني يک گره حسگر
    هر گره حسگر به يکسري تجهيزات دروني مجهز است که وجود هر کدام، طبق وظيفه و شرايط احتمالي هر گره، ضروري ميباشد. نحوه ارتباط اجزاء دروني يك گره حسگر در شکل زیر مشخص شده است.

    [​IMG]

    وظايف هر يك از اين اجزاء به شرح زير مي‌باشد:
    • حسگر: حسگر با احساس محيط، ميزان تغييرات پارامتر خاصي از محدوده حس خود در محيط را در قالب يك سيگنال الکتريکي ارائه ميدهد. اين بخش ميتواند ترکيبي از چندين نوع حسگر باشد که مي‌توانند تغييرات چندين پارامتر مختلف از محيط را پشتيباني كنند.
    • مبدل آنالوگ به ديجيتال: ممکن است سيگنال دريافتي از بخش حسگر ماهيت آنالوگ داشته باشد. لذا اين بخش سيگنال مربوطه را به ديجيتال تبديل ميکند تا در بخشهاي بعدي پردازش براحتي صورت گيرد. لازم به ذکر است که اکثر قریب به اتفاق حسگرها ظیفه تبدیل ورودیهای آنالوگ به دیجیتال را دارند.
    • پردازنده: پردازنده مرکزي گره ميباشد. تمام کنترل روال کاري گره و همچنين عمليات محاسباتي و پردازشي بر روي اطلاعات گره در اين بخش صورت ميگيرد این واحد کاری میتواند به صورت توزیعشده در سطح خوشه یا کل شبکه نیز صورت پذیرد.
    • حافظه: جهت ذخيره سازي اطلاعات لازم براي پردازش و يا دادههاي دريافت شده به طور موقت و ريز برنامههاي مورد نياز استفاده ميشود.
    • فرستنده و گيرنده: جهت برقراري ارتباط با ساير گرهها ميباشد که بسته به نوع کاربری شبکه و چگالی آن کاملاً متفاوت و حتی در برخی موارد قابل تنظیم میباشد.
    • منبع تغذيه: جهت فراهم سازي و تخصيص انرژی مصرفي مورد نياز براي هر کدام از اجزاء به کار مي‌رود. در هر گره قطعاً از يک باتري استفاده ميشود که با توجه به شرايط خاص مورد استفاده ممکن است با نور آفتاب نيز قابل شارژ باشد، ولي اکثراً چنين نيست. درون گره نيز هر جزء به نيروي مصرفي خاصي نياز دارد که بايستي قدرت و انرژی مصرفي کل، بطوري بين اجزاء تقسيم و کنترل شود که صرفاً موقع نياز صرف گردد. بدلیل عدم امکان تعویض باتری در گرهها این فاز مدیریت دقیق را لازم خواهد داشت.
    • سيستم موقعيت ياب: در برخي از گرهها تعبيه شده است و در بسياري نيز وجود ندارد و جهت انجام عمليات موقعيتيابي گرهها ميباشد. اطلاع از وضعیت مکانی گرهها و همسایگان میتواند در تصمیم گیریهای شبکه موثر واقع گردد.
    • واحد متحرکساز: این مورد در برخي از گرهها تعبيه شده است. اما بدلیل مصرف انرژی مضاعف در بسیاری از کاربردها نيز وجود ندارد و بر حسب نیاز و شرایط خاص در شبکههای حسگر میتوانند بر کاربری های شبکه بیافزاید. جهت متحرک ساختن گره به منظور خاصي مثل چرخيدن و يا جابجايي جزئي گره است.
    محدوديتهاي سخت افزاري يک گره حسگر
    عواملي چون اقتصادي بودن سيستم، تواناييهاي مورد انتظار، تعداد انبوه گرهها و عملي شدن ايدهها در محيط واقعي، موجب گشته هر گره با برخي محدوديتهاي سختافزاري مواجه باشد. اين محدوديت‌ها عبارتند از:
    • هزينه پائين: سيستم نهايي از نظر اقتصادي بايد مقرون به صرفه باشد. لذا چون تعداد گرهها در يك شبكه بسيار زياد است، هر چه از هزينه هر گره کاسته شود، صرفه جويي بيشتري در سطح شبکه صورت مي‌پذيرد. سعي ميشود هزينه هر گره به کمتر از يک دلار برسد.
    • حجم کوچک: گرهها به نسبت محدودهاي که زير نظر دارند بخشي را به حجم خود اختصاص ميدهند. هر چه اين نسبت (حجم گره به محدوده زیر نظر) کمتر باشد، عملکرد شبکه بهتر ميباشد و از طرفي در اکثر موارد براي اينکه گرهها جلب توجه نکنند و يا بتوانند در برخي مکانها قرار بگيرند لازم است كه حجم بسيار کوچکي داشته باشند.
    • انرژی مصرفي پائين: منبع تغذيه گرهها محدود ميباشد و در عمل معمولاً امکان تعويض يا شارژ مجدد غيرممکن ميباشد. لذا بايد از انرژي موجود به بهترين نحو ممکن استفاده گردد.
    • نرخ بيت پائين: به خاطر وجود برخي محدوديتها (انرژی و ...)، عملا ميزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در يك گره حسگر پائين است.
    • خودمختار بودن: هر گره بايستي از ساير گرهها مستقل باشد و بتواند عملکرد خود را طبق تشخيص و شرايط خود انجام دهد.
    • قابليت تطبيق پذيري: در طول انجام نظارت بر محيط، ممکن است شرايط در هر زماني دچار تغييرات شود. مثلا برخي از گرهها خراب گردند. لذا هر گره بايد بتواند وضعيت خود را با شرايط بوجود آمده جديد تطبيق دهد.
    معماري ارتباطات شبکه هاي حسگر بيسيم:
    معماري ارتباطات شبکههاي حسگر بيسيم در شکل زیر ديده ميشود. در شبکههاي حسگر بيسيم، تعداد زيادي گره با امکانات مخابره، پردازش، حس کردن محيط و ... در محيطي با چهارچوب معين پراکنده شدهاند. رويداد اتفاق افتاده و يا سوالات پرسيده شده از سوي گره مرکزيو ماموريت محوله بر هر گره موجب ميشود، ارتباطاتي بين گرهها برقرار شود. اطلاعات رد و بدل شده مي‌تواند گزارشي از وضيعت محدوده كه زير نظر گرههاي حسگر ميباشد به گره مرکزي و يا درخواستي از سمت گره مرکزي به سمت گرههاي حسگر باشد. گره مرکزي به عنوان درگاه ارتباطي شبکه حسگر با ساير سيستمها و شبکههاي مخابراتي، در واقع گيرنده نهايي گزارش از گرههاي حسگر ميباشد و بعد از انجام يکسري پردازشها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال ميکند (با استفاده از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و ...). از سوي ديگر، درخواستهاي کاربر نيز توسط اين گره به شبکه انتقال مييابد.


    [​IMG]


    يك گره حسگر مي‌تواند يكي از دو نقش توليد كننده داده‌ها و يا رله كننده داده‌هاي توليد شده توسط ساير گره‌ها را بر عهده بگيرد. عموماً در شبكه‌هاي حسگر، اغلب گره‌ها هر دو نقش را به صورت توأم ايفا مي‌كنند. برپايي و طراحي ساختار و معماري ارتباطات بين گرههاي شبکه نيازمند رعايت فاکتورهاي مختلف و زيادي از جمله تحملپذيري خطا، مقياس پذيري، هزينه توليد، محيط عمليات، توپولوژي شبکه حسگر، محدوديتهاي سخت افزاري، ابزار و رسانه ارتباط، انرژي مصرفي و ... ميباشد.
    پشته پروتکلي:
    مطابق شكل زیر پشته پروتكلي شبکههاي حسگر از يك طرف داراي پنج لايه شامل لايههاي فيزيكي، پيوند و کنترل رسانه انتقال، شبكه، انتقال و كاربرد و از طرفي داراي سه فاز مديريت انرژی، مديريت حرکت و مديريت وظيفه است.وظيفه لايه فيزيكي عمليات مدولاسيون و ارسال و دريافت در سطح پايين ميباشد. لايه كنترل دسترسي رسانه بايد قادر باشد با حداقل تصادم به روش پخش همگاني با هر گره همسايه ارتباط برقرار كند. لايه شبكه وظيفه مسيريابي را بر عهده دارد. لايه انتقال وظيفة مديريت جريان انتقال بستهها را در صورت نياز كاربرد بر عهده دارد. بسته به كاري كه شبكه براي آن طراحي شده انواع مختلف نرمافزارهاي كاربردي ميتواند روي لايه كاربرد استفاده شود و خدمات مختلفي را ارائه نمايد.
    [​IMG]
    فاز مديريت انرژی با دخالت در كليه لايهها، چگونگي مصرف انرژی براي گره را تعيين مي‌كند. در واقع براي كاهش مصرف انرژي به الگوريتمها و پروتكلهاي انرژی آگاه نيازمنديم. مثلا اينكه يك گره پس از دريافت يك پيغام از يكي از همسايگانش، دريافت كنندهاش را خاموش كند باعث جلوگيري از دريافت دوباره پيغام و در نتيجه كاهش مصرف انرژي مي‌گردد. ايده ديگري كه ميتواند همزمان استفاده شود اين است كه گرهاي كه به سطح پايين انرژي رسيده به همسايههايش اعلام همگاني ميكند كه انرژياش در حال اتمام است و نميتواند در مسيردهي پيغامها شركت داشته باشد. گرههاي همسايه پس از آن، پيغامها را از طريق گرههاي ديگر مسيردهي خواهند كرد. فاز مديريت حركت،که به بكارگيري روشهاي مكان آگاه در لایههای مختلف بر ميگردد، جابجايي گره را تشخيص داده و ثبت ميكند بنابراين رد گره متحرك دنبال و در صورت لزوم مديريت ميشود. فازمديريت وظيفه وظايف گرهها را زمانبندي كرده و متعادل ميسازد. مثلا اگر وظيفة حس به يك ناحية معين محول شد همة گرههاي حسگر آن ناحيه لازم نيست عمليات حس را بطور همزمان انجام دهند بلكه اين وظيفه ميتواند بسته به كاربرد به برخي گرهها مثلا به گرههايي که قابليت اطمينان بيشتر يا ترافيك كمتر يا انرژي بيشتر دارند محول شود. با وجود موارد فوق گرهها در شبكه حسگر ميتوانند با روشهاي انرژی آگاه با هم كار كرده و دادهها را در يك شبكه حسگر متحرك مسيردهي كنند و منابع را بين گرهها به اشتراك گذارند.
    پشته پروتکلی دیگری به نام پشته پروتکلی لایه-متقاطع برای شبکههای حسگر پیشنهاد شده است (شکل زیر). در این پشته پروتکلی، مرز بین لایههای مختلف بسیار سست است و لایهها در یک چارچوب سلسله مراتبی و یکپارچه توسعه داده میشوند. این سست بودن مرز لایهها به خاطر محدودیتها و کاربردهای خاص شبکههای حسگر است و موجب میشود بتوان راهکارها و پروتکلهای بهینه و وفقپذیر برای شبکههای حسگر ارائه کرد.

    [​IMG]

    مزايا و کاربردهاي شبکه هاي حسگر بيسيم:
    هر سيستم طراحي شده، با توجه به ويژگيهاي ذاتي خودش يکسري شرايط و موقعيتهاي خاص را مي طلبد و در مواقع استفاده در آن شرايط و موقعيتها، نسبت به سيستمهاي مشابه خود داراي يکسري مزيتها و معايب ميباشد که بايستي در نهايت با يک برآورد ضمني و با توجه به تمام شرايط موجود، سيستمي که بهترين کارايي نسبت به هزينه را دارد، انتخاب کرد.در ذيل ابتدا مزاياي شبکههاي حسگر بيسيم و سپس يکسري کاربردهاي چنين شبکههاي ليست شده است.

    مزايا
    طبق ساختار گرهها و شبکه و نحوه معماري ارتباطات که در بخشهاي گذشته مشاهده شد، ميتوان يکسري مزيتهاي شبکههاي حسگر بيسيم، نسبت به ساير سيستمها براي انجام کارهاي مشابه، استخراج نمود و به ترتيب ذيل ليست نمود.
    • برپايي سريع در مواقع اضطراري و فوري:در برخي موارد مثل هنگام بروز حوادث ناگهاني طبيعي و ساير مواقع اضطراري که بايستي برپايي تجهيزات در فاصله زماني کوتاه و بسرعت انجام گردد، ميتوان از سيستم شبکههاي حسگر بيسيم استفاده کرد. چرا که در چنين سيستمي ما نيازمند به برپايي تجهيزات آنچناني حجيم و وقتگير نداريم و صرفاً کافيست چندين گره را در سطح محدوده مدنظر پراکنده کنيم که گرهها از قبل آماده هستند و حجم کوچکي هم دارند و از طرفي در هنگام برپايي شبکه نياز به انجام عمليات وقتگير نيست و خود گرهها نيز ميتوانند معماري توپولوژي شبکه خود را تشکيل دهند.
    • مناسب بودن در محيطهاي که بايستي پارازيت و اختلال نباشد:استفاده از هر گونه سيستمي در محيط مدنظر طبق شرايط کاري خودش، تاثيرات منفي متقابل بر روي محيط دارد و هر چه بر روي معيارهاي ما تاثيرات کمتري داشته باشد، به همان اندازه محبوبيت سيستم بکار گرفته شده، بالاتر ميرود. مثلاً محيط زيست حيوانات را در نظر بگيريد. تاثيرات تشعشات امواج مخابراتي در دکلهاي بزرگ به مراتب بالا ميباشد و ميتواند بر روي سلامتي محيط اثر منفي بگذارد و يا براي برپايي نياز است که مدتي نيروهاي انساني در محيط حضور مستقيم داشته باشند و از دستگاههاي مختلف استفاده کنند که ميتواند ظاهر طبيعت را دست خورده كند و يا موجب فرار هدف گردد و بعبارتي از ظرافت کار کاسته شود. در صورتيکه در شبکههاي حسگر بيسيم، گرهها به قدري کوچک هستند که ساير موجودات حتي متوجه حضور گرهها نميشوند و از طرفي به خاطر حجم خيلي کوچک، گرهها ميتوانند در هر گوشه کناري جايگذاري شوند بدون اينکه از نظر ظاهري خللي در محيط ايجاد کنند. از جهت ديگر گرهها نزديک هم مي‌باشند و بطور حتم فاصله برد ارتباطي کوتاه ميباشد و به طبع آن سطح انرژي پاينتري مصرف ميشود و ديگر تشعشات مضر براي محيط زيست و حتي پارازيت خاصي بر روي ساير سيستمها نخواهد داشت.
    • اجتناب از قرار گرفتن در محيطهاي خطرناک و غير عاقلانه براي مطالعات مکرر:استفاده از شبکههاي حسگر بيسيم جهت بررسي وضعيت محيطهاي آلوده،كه انسان قادر به فعاليت در آنها نيست، بسيار مناسب ميباشد. پخش گره‌ها و برپايي شبکه حسگر در اينگونه محيط‌ها ميتواندتوسط هواپيما صورت پذيرد. گرهها پس از استقرار در سطح زمين و با توجه به توانايي‌هاي خود، ميتوانند به صورت خودكار توپولوژي شبکهاي خاصي را تشکيل دهند،به بررسي آلودگي محيط بپردازند و اطلاعات مشاهده شده از محيط را به يک گره مرکزي گزارش كنند.
    • شيوه اقتصادي مقرون به صرفه براي جمع آوري اطلاعات در طولاني مدت:هزينه برآورد شده در امر جمعآوري اطلاعات يکي از معيارهاي انتخاب يک سيستم خاص ميباشد. خود هزينه نيز متشکل از چندين بخش شامل هزينه مربوط به تجهيزات، هزينه برپايي سيستم، هزينه نگهداري و ... مي‌باشد. در برآورد هزينه بايد بازه زماني مورد استفاده نيز مدنظر باشد. در شبکههاي حسگر در مقايسه با ساير سيستمهاي مشابه، حجم بالائياز هزينه مربوط به گره‌ها و برپائي سيستم ميباشد و هزينه نگهداري چنداني وجود ندارد. به عبارتي، استفاده از چنين سيستمي براي يک هفته در مقايسه با چند ماه داراي هزينه تقريباً يکساني ميباشد. بنابراين،براي جمعآوري اطلاعات از وضعيت محيط در طولاني مدت، هزينه استفاده از شبكه‌هاي حسگر به اندازه قابل توجهي نسبت به روش‌هاي ديگر كمتر خواهد بود.
    کاربرد
    از ويژگي‌هاي مناسب يك تکنيک يا يك سيستم، قابليت استفاده از آن در سناريوها و كاربردهاي متعدد و مختلف مي‌باشد. مخصوصاً اگر يك سيستم بتواند وظيفه خود را بصورت مستقل و کامل انجام دهد و قابليت تبادل اطلاعات با ساير سيستم‌ها از طريق پروتكل‌هاي استاندارد را داشته باشد. شبکههاي حسگر بيسيم براي مشاهده و بررسي آماري و همينطور پيگردي يک يا چند هدف معين در محيط مدنظر ميباشد. با توجه به ويژگيهاي ذاتي شبکههاي حسگر ميتوان از آنها در كاربردهاي مختلف استفاده کرد. از اين كاربردها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
    • ميدانهاي جنگي:همانطور که در قسمت (الف) و (ب) شکل زیر ديده ميشود، در ميدانهاي جنگي ميتوان جهت شناسايي و بررسي آماري تجهيزات و نيروي دشمن، کلاسبندي و پيگيري نحوه آرايش و مسير حرکت نيروهاي دشمن ويا نيروهاي خودي از شبكه‌هاي حسگر استفاده نمود.
    • شناسايي محيطهاي آلوده:در محيطهاي مختلف امکان وجود آلودگيهاي مختلفي است. لذا با استفاده از چنين شبکههائي ميتوان وجود آلودگيهاي مشخصي را در سطح محيط تحت نظر، چک کرد و حتي ميزان غلظت آلودگي در قسمت‌هاي مختلف را بررسي نمود.
    [​IMG]


    • نظارت بر محيط زيست:از ديرباز انسان به دنبال كشف مجهولات و زيباييهاي جهان بوده است. بسياري از تحقيقات در زمينه محيط زيست نيازمند انجام مطالعات مكرر و متمركز و صرف زمان زيادي جهت جمعآوري اطلاعات ميباشد كه معمولا از حوصله و توانايي انسان خارج ميباشد. لذا مي‌توان در اينگونه تحقيقات از دستگاههاي ديدهباني، تحليلگر و ذخيره كننده نتايج استفاده كرد. ازسوي ديگر، به خاطر وجود برخي شرايط محيط زيست اكثر كارهاي تحقيقاتي بايد در سكوت و آرامش صورت گيرد تا وجود انسان و تجهيزات در محيط اثر منفي در عملكرد غريزهاي و واقعي موجودات نداشته باشد و موجب كاهش كيفيت تحقيق نگردد. از اين رو معمولا تمام سيستمهاي نظارتي قابليت كنترل از راه دور را دارند. در عين حال سيستمها طوري انتخاب ميگردد كه وجود آن در محيط محسوس نباشد. با در نظر گرفتن تمام موارد فوق ملاحظه ميشود كه شبكههاي حسگر علاوه بر هزينه پايين مصرفي در زمينه نظارت بر محيط زيست از توانايي بالايي برخودار ميباشند. همانطور که در قسمتهاي (پ) و(ت) شکل فوق ديده ميشود، كوچك بودن گرههاي حسگر، قابليت قرار گرفتن در هر گوشه كناري حتي لابلاي برگ درختان، كسب اطلاعات در حد جزئيات زياد، نداشتن تاثيرات مضر زيست محيطي، ذخيره اطلاعات در صورت اتفاق افتادن رخداد مدنظر و عدم تداخل با ساير سيستمهاي مخابراتي ميتواند دلايل مناسبي جهت توجيه استفاده از شبكههاي حسگر نسبت به ساير سيستمهاي مشابه در اينگونه كاربردهاي نظارتي باشد. در مواردي همچون بررسي وضعيت آب و هواي جوي محيط، بررسي وضعيت ظاهري محيط بخصوص محيط سرسبز و جنگلي، بررسي رشد و نمو گياهان و موجودات، موقعيتيابي و پيگيري موجودات معين در محيط زيست ميتوان از قدرت بالاي شبكههاي حسگر در امر نظارت استفاده كرد.
    • بررسي و تحليل وضعيت بناهاي ساختماني:بسياري از سازمانها و موسسات تحقيقاتي در زمينه عمران و مسکن براي انجام مطالعات و تحقيقات خود از وضعيت بناهاي مدنظر در طول زمان يا در هنگام بروز حوادث طبيعي بخصوص زلزله نيازمند استفاده از تجهيزات نظارتي ميباشند تا اطلاعاتي مانند ميزان فشار و تحمل مصالح، وجود ترک، ميزان آسيب وارده، وضعيت فرسودگي، امنيت و حفاظت ساختمان و ساير جزئيات مرتبط با هدف تحقيقات را در مورد بناهائي مثل ساختمانهاي قديمي، پلها، سدها، موزهها و... جمع آوري کنند (قسمت (ث) شکل فوق) با توجه به تواناييهاي شبکههاي حسگر ميتوان مدعي شد که اين سيستم بهترين و کارسازترين تکنيک در اين زمينه تحقيقات ميباشد.
    • در جادهها و بزرگراههاي هوشمند:امروزه يکي از مشکلات بزرگ شهري، کنترل وضعيت ترافيک در سطح شهر ميباشد. همانطور که در قسمت (ج) شکل فوق ديده ميشود با برپايي شبکهاي از گرههاي حسگر در سطح شهر و قرار دادن گرهها در بزرگراهها و خيابانهاي شهر ميتوان بزرگراهها و خيابانها را هوشمند ساخت و از وضعيت تراکم عبور و مرور وسايل نقليه و يا بروز حوادث در نقاط تحت نظر گرههاي حسگر، اطلاع يافت و در نهايت در کل سطح شهر وضعيت ترافيک و تصادفات را شناسايي و پيگيري نمود .
    • کاربردهاي مختلف در زمينه پزشکي:در زمينه بررسي و مطالعات پزشکي در مورد موجودات و يا گياهان جهت آگاهي از وضعيت جسماني ميتوان از گرههاي حسگر استفاده نمود.اين استفاده مي‌تواند در موارد مختلفي از جمله قرار دادن گرهها در لايههاي زير پوست براي انجام مطالعات مکرر در طي مدت نسبتاً طولاني، دستگاههاي پزشکي و بخصوص در زمينه فيزيک پزشکي و ... باشد.
    مسائل مطرح
    عوامل متعددي در طراحي شبکههاي حسگر موثر است و موضوعات بسياري در اين زمينه مطرح است که بررسي تمام آنها در اين نوشتار نميگنجد از اين رو تنها به ذکر برخي از آنها بطور خلاصه اکتفا ميکنيم.
    مسيريابي:ماهيت اصلي شبکههاي حسگر به اين صورت است که کارهايي که انجام ميدهند بايد به صورت محلي باشد چرا که هر گره تنها ميتواند با همسايههاي خود ارتباط برقرار کند و اطلاعات کلي و سراسري از شبکه چندان در دسترس نيست (جمعآوري اين اطلاعات هزينه و زمان زيادي را مصرف ميکند). اطلاعات بدست آمده توسط گرهها، بايد با استفاده از تکنيکهاي مسيريابي، به نحوي به گره مرکزي ارسال گردد.
    تنگناهاي سختافزاري: هرگره ضمن اينكه بايد كل اجزاء لازم را داشته باشد بايد بحد كافي كوچك، سبك و كم حجم نيز باشد. در عين حال هر گره بايد انرژی مصرفي بسيار كم و قيمت تمام شده پايين داشته و با شرايط محيطي سازگار باشد. اينها همه محدوديتهايي است كه كار طراحي و ساخت گره‌هاي حسگر را با چالش مواجه ميكند. ارائه طرحهاي سختافزاري سبک و کم حجم در مورد هر يک از اجزاي گره بخصوص قسمت ارتباط بيسيم و حسگرها از جمله موضوعات تحقيقاتي است که جاي کار بسيار دارد. پيشرفت فنآوري ساخت مدارات مجتمع با فشردگي بالا و مصرف پايين، نقش بسزايي در كاهش تنگناهاي سختافزاري داشته است.
    تحملپذيري خطا و قابليت اطمينان:هر گره ممكن است خراب شود يا در اثر رويدادهاي محيطي مثل تصادف يا انفجار بكلي نابود شود يا در اثر تمام شدن منبع انرژي از كار بيفتد. منظور از تحمل‌پذيري يا قابليت اطمينان اين است كه خرابي گرهها نبايد عملكرد كلي شبكه را تحت تاثير قرار دهد. در واقع ميخواهيم با استفاده از اجزاي غير قابل اطمينان يك شبكه قابل اطمينان بسازيم.
    توپولوژي: توپولوژي شبکه يکي از مفاهيم اوليه در شبکههاي حسگر است که ديگر موارد نظير مسيريابي و ... بر روي آن تعريف ميشود. ساختارهاي زيادي در توپولوژي مطرح است که بر اساس اولويتهاي مختلف و در شرايط متفاوت يکي بر ديگري برتري دارد. از جمله مواردي که در انتخاب يک ساختار تاثير ميگذارد ميتوان به مصرف انرژي کمتر، تنک بودن ساختار، کم بودن درجه گره، تحملپذيري خطا و تداخل اشاره کرد.
    مقياسپذيري: شبكه بايد هم از نظر تعداد گره و هم از نظر ميزان پراكندگي گرهها مقياسپذير باشد. بعبارت ديگر شبكه حسگر از طرفي بايد بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتي ميليونها گره كار كند و از طرف ديگر، چگالي توزيع متفاوت گرهها را نيز پشتيباني كند. در بسياري كاربردها توزيع گرهها تصادفي صورت ميگيرد و امكان توزيع با چگالي مشخص و يكنواخت وجود ندارد يا گرهها در اثر عوامل محيطي جابجا ميشوند. بنابراين چگالي بايد بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغيير كند. موضوع مقياسپذيري به روشها نيز مربوط ميشود برخي روشها ممكن است مقياسپذير نباشند يعني در يك چگالي با تعداد محدود از گره كار كند. در مقابل برخي روشها مقياسپذير هستند.
    شرايط محيطي: طيف وسيعي از كاربردهاي شبكههاي حسگرمربوط به محيطهايي ميشود كه انسان نميتواند در آن حضور داشته باشد. مانند محيطهاي آلوده از نظر شيميايي، ميكروبي، هستهاي و يا مطالعات در كف اقيانوسها و فضا و يا محيطهاي نظامي به علت حضور دشمن و يا در جنگل و زيستگاه جانوران كه حضور انسان باعث فرار آنها ميشود. در هر مورد، شرايط محيطي بايد در طراحي گرهها در نظر گرفته شود مثلا در دريا و محيطهاي مرطوب گره حسگر در محفظهاي كه رطوبت را منتقل نكند قرار مي‌گيرد.
    رسانه ارتباطي: در شبكههاي حسگر ارتباط گرهها بصورت بيسيم و از طريق رسانه راديويي، مادون قرمز، يا رسانه‌هاي نوري صورت ميگيرد. در رسانه رادیویی که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد از باندهای مختلف صنعتی، علمی و پزشکی که در اکثر کشورها آزاد است استفاده میشود. تعیین فرکانس در این رسانه با توجه به برخی محدودیتهای سختافزاری، کارائی آنتن و مصرف انرژی است. به خاطر لزوم دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده، رسانه مادون قرمز چندان مورد استفاده شبکههای حسگر نیست هرچند ساختن آنها ارزان و آسان است. اخیرا، رسانه نوری به عنوان رسانه ارتباطی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این توجهات میتوان به استفاده از آن در ذره غیار هوشمند اشاره کرد. انتخاب رسانه ارتباطی از بین این سه رسانه (رادیویی، مادون قرمز و نوری) با توجه به محدودیتها و ویژگیهای کاربرد مورد نظر از مسائل مطرح در طراحی شبکههای حسگر است.
    افزايش طول عمر شبكه: طول عمر گرهها بعلت محدوديت انرژي منبع تغذيه كوتاه است. علاوه بر آن در برخی مواقع، موقعيت ويژة يك گره در شبكه مشكل را تشديد ميكند. مثلاً گرهاي كه در فاصله يك قدمي گره مرکزي قرار دارد از يك طرف بخاطر بار كاري زياد خيلي زود انرژي خود را از دست ميدهد و از طرفي از كار افتادن آن باعث قطع ارتباط گره مرکزي با كل شبكه و در نتيجه موجب از كار افتادن شبكه ميشود. مشكل تخليه زود هنگام انرژي در مورد گرههاي نواحي كم تراكم در توزيع غير يكنواخت گرهها نيز صدق ميكند در اينگونه موارد داشتن يك مديريت انرژی در داخل گرهها و ارائه راهحلهاي انرژيآگاه بطوري كه از گرههاي بحراني كمترين استفاده را بكند مناسب خواهد بود. با توجه به مطالب بيان شده تمام الگوريتمها و تکنيکهاي مورد استفاده در شبکههاي حسگر به انرژي بعنوان يک محدوديت جدي نگاه ميکنند و سعي ميکنند با آگاهي از سطح انرژي مصرفي عمل کنند تا کمترين انرژي مصرف گردد و در نتيجه افزايش طولعمر شبکه حسگر را به دنبال داشته باشد.
    امنيت و مداخلات : موضوع امنيت در برخي كاربردها بخصوصدر كاربردهاي نظامي يك موضوع بحراني است و بخاطر برخي ويژگيها، شبكههاي حسگر در مقابل مداخلات آسيب پذير هستند. اولين ويژگي بيسيم بودن ارتباطات شبكه است كه كار دشمن را براي فعاليتهاي ضد امنيتي و مداخلات آسانتر ميكند. ويژگي ديگر استفاده از يك فركانس واحد ارتباطي براي كل شبكه است كه شبكه را در مقابل استراق سمع آسيبپذير ميكند. ويژگي بعدي خاصيت پويايي توپولوژي است كه زمينه را براي پذيرش گرههاي دشمن فراهم ميكند. اينكه پروتكلهاي مربوط به مسيريابي، كنترل ترافيك و لايه كنترل دسترسي شبكه سعي دارند باهزينه و سربار كمتري كار كنند مشكلات امنيتي بوجود ميآورد. يكي از نقاط ضعف شبكه حسگر كمبود منبع انرژي است و دشمن ميتواند با قرار دادن يك گره مزاحم كه مرتب پيغامهاي بيدارباش بصورت پخش همگاني با انرژي زياد توليد ميكند باعث شود بدون دليل گرههاي همسايه از حالت خواب خارج شوند. ادامة اين روند باعث به هدر رفتن انرژي گرهها شده و عمر آنها را كوتاه ميكند. با توجه به محدوديتها بايد دنبال راهحلهاي ساده و كارا مبتني بر طبيعت شبكه حسگربود. اساسا‏ً چالشهاي زيادي در بحث امنيت شبكه حسگر وجود دارد و مباحث تحقيقاتي مطرح در اين زمينه گسترده و پيچيده هستند.
     

    فایل های ضمیمه:

    • s.jpg
      s.jpg
      اندازه فایل:
      64.3 KB
      نمایش ها:
      154
    • 1.png
      1.png
      اندازه فایل:
      14.8 KB
      نمایش ها:
      157
    • 2.png
      2.png
      اندازه فایل:
      105.7 KB
      نمایش ها:
      13
    • 2.png
      2.png
      اندازه فایل:
      105.7 KB
      نمایش ها:
      14
    • 3.png
      3.png
      اندازه فایل:
      26.9 KB
      نمایش ها:
      168
    • 4.png
      4.png
      اندازه فایل:
      7.9 KB
      نمایش ها:
      138
    • 5.png
      5.png
      اندازه فایل:
      15.7 KB
      نمایش ها:
      148
    • 6.png
      6.png
      اندازه فایل:
      161.3 KB
      نمایش ها:
      142
    آخرین ویرایش: ‏9/10/13
    نارگل, farhadi و a.hashemipour از این پست تشکر کرده اند.
وضعیت موضوع:
You must be a logged-in, registered member of this site to view further posts in this thread.
موضوع بسته شده است.

این صفحه را به اشتراک بگذارید