شبکه های سنسوری بی سیم

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                

صفحه

فصل اول: معرفی شبکه های حسگر

1-1: حسگر

1-2: گره مدیر وظیفه

1-3: ساختار خودکار                                                                                            

1-4: ساختار نیمه خودکار

فصل دوم: پشته پروتکلی

2-1: موضوعات مطرح

2-2: نمونه ی پیاده سازی شده شبکه حس/کارذره ی میکا

فصل سوم:افزارهای شبیه سازی شبکه

3-1: خصوصیات لازم برای شبیه سازهای شبکه

3-2: شبیه ساز NS(v2)

3-3: شبیه ساز OMNeT

3-4: شبیه ساز Ptolemy II

فصل چهارم: مدل سازی شبکه های بی سیم

4-1: اجرای یک مدل پیش ساخته

4-2: ساختار یک مدل پیش ساخته

4-3: کانال ها

4-4: اکتور های مرکب

4-5: کنترل اجرا

4-6: ساخت یک مدل جدید

4-7: به کارگیری اکتور plot    

4-8: قابلیت های مدل سازی

4-9: بهره آنتن دهی ارسال

فصل پنجم: ساختار نرم افزار

5-1: پیاده سازی در Ptolemy II

5-2: نقایص شبکه های حسگر

چکیده

شبکه های حسگر نسل جدیدی از شبکه ها هستندکه به طور معمول، از تعداد زیادی گره ارزان قیمت تشکیل شده اند وارتباط این گره ها به صورت بیسیم صورت می گیرد. هدف اصلی در این شبکه ها، جمع آوری اطلاعاتی در مورد محیط پیرامو ن حسگر های شبکه است . نحوه عملکرد کلی این شبکه ها به این صورت است که گره ها اطاعات مور د نیاز را جمع آوری می کنند وسپس آنها را به سمت گیرنده ارسال می کنند. نحوه انتشار اطلاعات در ا ین شبکه ها،تاحد ز یادی مشابه انتشار اطلاعات در شبکه های مورد ی (ad-hoc) است به این معنی که انتقال اطلاعات به صورت گره به گره،صورت می پذ یرد. تفاوت عمده شبکه های حسگر با شبکه های مورد ی،منابع انرژی محدود و قابلیت پردازشی نسبتا پا یین آنهاست که ا ین موارد باعث شده تا انتشار اطلاعات، یکی از مسائل عمده و قابل بحث در این شبکه ها باشد. شبکه های حسگر امروزه به عنوان یکی از مباحث بسیار داغ علمی مطرح است و تحقیقات بسیاری بر روی بهبود عملکرداین شبکه ها صورت می گیرد. تا کنون کار های ز یادی در جهت بهبود و افزایش کارایی در زمینه پخش اطلاعات در شبکه های حسکر، صورت گرفته است. یکی از روشهای مطرح در این زمینه، روش انتشار مستقیم(directed diffusion) است که در این روش از ایده نامگذاری سطح پایین اطلاعات استفاده شده است و کلیه داده ها در این روش به صورت زوجهای صفت -مقدارنامگذاری می شود. این روش ، پایه بس یاری از روشها ی مطرح شده بعد ی در زمینه انتشار اطلاعات در شبکه های حسگر راتشکیل می دهد که در ا ین سمینار مورد بحث و بررسی قرار گرفته اندو در نهایت از لحاظ قابلیت ها و نقاط ضعف و قوت، بایکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند.

کلمات کلیدی:

شبکه های حسگر، روشهای انتشاراطلاعات،مسیریابی، خلاصه سازی و فشرد ه سازی اطلاعات.

مقدمه

شبکه های حسگر نسل جد یدی از شبکه ها هستندکه به طور معمول، از تعداد زیادی گره ارزانقیمت تشکیل شده اند. امروزه بحث سیستمهای کنترل و نظارت از راه دور یکی از مباحث پر چالش در زمینه علوم الکترونیک و کامپیوتر می باشد. لذا تحقیقات در هر زمانی به دنبال راه حلی می باشد تا شرایط خاص و انتظارات مدنظر را پاسخ دهد؛ در شرایط و کیفیت کاری یکسان هر چه نسبت هزینه به کارائی پائینتر باشد، همان قدرمحبوبیت آن شیوه بالاتر خواهد رفت. برای اگاهی از تغییرات محیط اطراف و یا وضعیت هر مجموعه نیازمند یکسری تجهیزاتی هستیم که بعنوان حسگر شناخته می شوند و اینها تغییرات مدنظر (تغییرات فیزیکی یا شیمیائی) را در قالب یک پاسخ ، به منظور انداز ه گیری میزان تغییرات و یا وجود آن، ارائه می دهند. پس از جمع آوری اطلاعات مورد نیاز می توان سایر عملیات را بر اساس پاسخ ارائه شده انجام داد.

پیشرفتهای اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم باعث شده بتوانیم گره های حسگر چند کاره ، با توان مصرفی پائین و هزینه کم داشته باشیم که از نظر اندازه خیلی کو چک هستند و برا ی مسافت های کوتاه می توانند با هم ارتباط برقرار کنند. این گره های حسگر کوچک طبق نظریه شبکه های حسگر، دارای تجهیزات حس کردن، پردازش داده ها و مخابره آنها می باشند. تفاوت اصلی شبکه های حسگر با سایر شبکه ها در ماهیت داده -محور (data-centric) و همچنین منابع انرژی و پردازشی بسیار محدود در آنهاست که موجب شده تا روش های مطرح شده جهت انتقال داده ها در سایر شبکه ها و حتی شبکه هایی که تا حد زیادی ساختاری مشابه شبکه های حسگر دارند ) مانند شبکه های موردی(، در این شبکه ها قابل استفاده نباشند. روند توسعه این شبکه ها در حدی است که مطمئنا این شبکه ها در آینده نزدیک، نقش مهمی را در زندگی روزمره ما ایفا خواهند کرد . از کاربرد هایی که در حال حاضر برای شبکه حسگر مطرح می شود و روز به روز بر تعدادشان افزوده می شود، می توان به کاربرد هایی نظیر عمل ردیابی در محیط های گسترده جغرافیایی، سیستم های امنیتی، نظارت بر سازه های بزرگ، نظارت بر بیماران دارای وضعیت حساس، نظارت بر پارامتر های محیطی در مناطقی که حضور انسان در آنها خطرناک است و بسیاری کاربرد های دیگر اشاره کرد.

شبکه های حسگر در واقع تجمع تعداد زیادی از گره های حسگر می باشند که در محیط پراکنده شد ه اند و هر کدام به طور خودمختار و با همکاری سایر گر ه ها هدف خاصی را دنبال می کنند. گره ها به هم نزدیک هستند و هرگر ه ا ی با گره دیگری می تواند ارتباط برقرار کند و اطاعات خود را در اختیار گر ه دیگری قرار دهد و در نهایت وضعیت محیط تحت نظر، به یک گره مرکزی گزارش می شود.

تکنیک ها و شیوه های مورد استفاده در چنین شبکه های وابستگی شدیدی به ماهیت کاربرد شبکه دارد و ساختار توپولوژی شبکه، شرایط جوی و محیطی ، محدودیتها و ... عوامل موثری در پارامترهای کارایی و هزینه شبکه می باشند. لذا امروزه در سرتاسر دانشگاه های معتبر و مراکز تحقیقاتی کامپیوتری ، الکترونیکی و بخصوص مخابراتی ، شبکه های حسگر بیسیم، یک زمینه تحقیقاتی بسیار جذاب و پرطرفدار محسوب می شود. تحقیقات و پیشنهادات زیادی در مباحث مختلف ارائه شده است و همچنان حجم تحقیقات در این زمینه سیر صعودی دارد .

هدف اصلی تمامی این تلاش ها و ارائه راهکارها، داشتن سیستمی با شیوه های کنترلی ساده ، آسان و با هزینه پائین می باشد که در نهایت با پاسخگویی به نیازمندیهای ما بتواند در مقابل محدودیتها (پهنای باند، انرژی، دخالت های محیطی، فیدینگ و) ... ایستادگی کند و شرایط کلی را طبق خواسته ها و تمایلات ما(انتقال حجم زیاد اطلاعات پر محتوا، بقاء پذیری و طول عمر بالا، هزینه پائین و ... )را فراهم سازد . لذا محققین جنبه های مختلف را تحلیل و بررسی می نمایند و سعی می کنند ایده های بهینه و کارا را استخراج کنند . این ا یده ها می توانند از محیط وحش اطرافمان الهام گرفته شده باشد و با استفاده از قوانین ریاضی و نظریات تئوری و آماری می توان آنها را تحلیل نمود.

به دلایل ذکر شده در بالا، بحث شبکه های حسگر در حال حاضر یکی از مباحث داغ در محافل علمی است و روز به روز بر تعداد مقاله هایی که در این مورد منتشر می شوند افزوده می گردد. در سالهای اخیر نیز چند کنفرانس معتبر IEEE نیز در همین زمینه برگزار شده است.

یکی از چالش های مطرح در زمینه شبکه های حسگر، نحوه مسیریابی و انتقال اطلاعات جمع آوری شده، در گره های این شبکه هاست. از آنجایی که این شبکه ها از لحاظ میزان انرژی قابل دسترسی و منابع پردازشی موجود، محدودیت دارند نمی توان از روش های مطرح شده برای سایر شبکه ها، در شبکه های حسگر استفاده کرد . در فصل بعد، ساختار کلی و خصوصیات شبکه های حسگر مطرح شده است و در قسمت بعدی خلاصه بعضی از روشهای مطرح شده جهت انتشار اطلاعات در شبکه های حسگر، به عنوان نمونه آورده شده است.