پایان نامه مسیریابی در شبکه های حسگر بیسیم

چکیده

 شبکه های حسگر بیسیم، نوع خاصی از شبکه های کامپیوتری هستند که برای انجام کارهای نظارتی تعبیه شده اند. این شبکه ها از تعداد زیادی (حتی هزاران) گره کوچک با قابلیت و قدرت پایین و همچنین ارزان قیمت تشکیل شده اند. این گره ها که هر کدام سنسور نامیده می شوند، می توانند اطلاعاتی را از محیط اطراف خود دریافت کرده و با انجام یکسری عملیات، اطلاعات را برای همسایگان خود ارسال کنند. در شبکه های حسگر بیسیم پروتکل های بسیاری به موضوع مسیریابی پرداخته اند. این پروتکل ها می توانند از دید ساختار شبکه به دسنه مسیریابی تخت، سلسله مراتبی و مبتنی بر مکان تقسیم شوند. در مدل تخت همه گره ها نقش یا کار مساوی دارند اما در سلسله مراتبی گره ها نقش مختلفی بازی می کنند و در مدل مبتنی بر مکان نیز از موقعیت گره های سنسور برای مسیردهی داده در شبکه استفاده می شود. انواع مختلف این پروتکل ها در اینجا مورد بررسی قرار گرفته و در مواردی با پارامترهایی با هم مقایسه شده اند.

جمع بندی و پیشنهادات  

   پروتکل هایی که بر مبنای مشخصات و کاربرد شبکه، داده ها و درخواست ها را اسم گذاری می کنند، پروتکل هایی با محوریت داده نامیده می شوند. در این نوع پروتکل ها نیازی به تشکیل خوشه نیست. نحوه نامگذاری و عملکرد این پروتکل ها بسیار به کاربرد شبکه بستگی دارد. از طرف دیگر دسته ای دیگر از پروتکل ها پروتکل های سلسله مراتبی هستند که شبکه را به چند خوشه تقسیم می کنند که هر کدام به صورت مستقل کارهای خود را انجام می دهد و هر خوشه دارای یک سرپرست است. گاهی اوقات سرپرست ها طوری انتخاب می شوند که از نظر انرژی محدودیت کمتری داشته باشند. هر سرپرست داده های حسگرهای خودش را دریافت کرده و باهم ترکیب می کند و حاصل را به ایستگاه پایه می فرستد. جالب ترین بخش تحقیقات در مورد این پروتکل ها این است که چگونه خوشه ها شکل بگیرند تا مصرف انرژی و سایر پارامترها مانند تاخیر شبکه بهینه شود. همچنین نحوه ی ترکیب داده ها در هر خوشه باید در اینده بیشتر مورد توجه قرار گیرد. افزایش اندازه ی شبکه، باعث افزایش و پیچیدگی مسیریابی و رساندن اطلاعات به مرکز اصلی می باشد. اما هم چنان مسیریابی و پردازش نیاز به انرژی دارند. بنابراین یکی از نکات کلیدی توسعه و ارائه ی پروتکل های مسیریابی جدید در جهت کاهش و صرفه-جویی در انرژی مصرفی است. پروتکل هایی که از مکان حسگرها برای مسیریابی بهینه استفاده می کنند پروتکل های مبتنی بر مکان نام دارند. در واقع هنوز هم استفاده بهینه از اطلاعات مکانی جهت به کارگیری بهینه انرژی در حال تحقیق و بررسی است.

معرفی شبکه های حسگر بیسیم

شبکه­های حسگر بیسیم جهت جمع اوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی­تواند حضورداشته باشدمورد استفاده قرار می گیرند. در یک شبکه حسگر ، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می کنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده گر اصلی ارسال می نمایند. عملکرد شبکه این است که گزارش پدیده هایی را که اتفاق می­افتد به مشاهده گری بدهد که لازم نیست از ساختار شبکه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط انها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت انسان کار می­کنند. معمولا تمامی گره­ها همسان می­باشند و عملاً با همکاری با یکدیگر، هدف کلی شبکه را براورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین می­باشد. پیشرفت­های اخیر در طراحی و ساخت تراشه­های تجاری این امکان را به وجود اورده است که عمل پردازش سیگنال و حس­کنندگی در یک تراشه انجام گردد که به این قطعات حسگرهای شبکه بیسیم گفته می­شود که شامل سیستم­های میکروالکترومکانیکی(MEMS)مانند حسگرها، محرک­ها و قطعات رادیوییRFمی­باشد.

تاریخچه شبکه های حسگر

اولین نمونه­های شبکه ­های حسگر برای کاربردهای نظامی طراحی و اجرا شدند تا نیروهای ارتشی بتوانند در یک منطقه جدید، بدون نیاز به برپا کردن تجهیزات خاص مرتبط با زیر ساخت شبکه با هم ارتباط داشته باشند. طبیعت پویا و متغیر محیط فعالیت ارتش­ها باعث می­شود استفاده از تجهیزات شبکه­های ثابت چندان مناسب به نظر نرسد. از سوی دیگر روش­های دیگر ارتباطات بیسیم در فرکانس­های بالای Mhz100کار می­کنند، پس تنها هنگامی که دید مستقیم وجود داشته باشد ارتباط برقرار است. این مشکلات به خوبی با استفاده از شبکه­های حسگر برطرف می­شود. زیرا ارتباط در این شبکه­ها چندگامه  است یعنی بین مبدا و مقصد لازم نیست دید مستقیم وجود داشته باشد و یا حتی این دو در محدوده امواج یکدیگر باشند، بلکه با استفاده از تعدادی گره­ میانجی، ارتباط مبدا و مقصد برقرار می­شود. لازم به یاداوری است که اجزای تشکیل دهنده شبکه­های حسگر تنها همان گره­ها هستند و نیازی به تجهیزات از پیش تعیین شده ندارند.

تعداد صفحات 82 word 

فهرست مصالب

فصل اول: مقدمات و کلیات.. 1

1-1 مقدمه. 2

1-2 معرفی شبکه های حسگر بیسیم. 2

1-3 تاریخچه شبکه های حسگر 6

1-4 ساختار هر گره حسگر 7

1-4-1 اجزاء درونی یک گره حسگر 8

1-4-2 محدودیت های سخت افزاری یک گره حسگر 10

1-5 پشته پروتکلی. 11

1-6 مزایای شبکه های حسگر بیسیم. 13

1-7 کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم. 16

1-8 طراحی شبکه های حسگر بی سیم. 20

فصل دوم: مسیریابی در شبکه های حسگر بیسیم. 24

2-1 مقدمه. 25

2-2 پروتکل های مسیریابی. 25

2-3 عوامل موثر در طراحی پروتکل های مسیریابی. 25

2-3-1 دینامیک شبکه. 26

2-3-2 جایگذاری حسگرها در شبکه. 26

2-3-3 محدودیت انرژی. 27

2-3-4 مدل انتقال اطلاعات.. 27

2-3-5 ترکیب دادهها 28

2-4 مسیریابی تخت.. 28

2-4-1 پروتکل سیل اسا 29

2-4-2 پروتکل شایعه پراکنی. 29

2-4-3 پروتکل SPIN.. 30

2-4-3-1 SPIN1. 32

2-4-3-2 SPIN2. 33

2-4-4 انتشار مستقیم. 34

2-4-5 GBR.. 35

2-4-6 EAR.. 37

2-5 مسیریابی سلسله مراتبی. 39

2-5-1 پروتکل LEACH.. 40

2-5-2 پروتکلSEP. 49

2-5-3 پروتکل PEGASIS. 51

2-5-4 پروتکل TEEN و APTEEN.. 53

2-5-5 پروتکل SOP. 55

2-5-6 پروتکل Sensor Aggregates Routing. 58

2-5-7 پروتکل VGA.. 59

2-5-8 پروتکل HPAR.. 60

2-5-9 پروتکل TTDD.. 61

2-6 پروتکل های مسیریابی مبتنی بر مکان. 64

2-6-1 پروتکل GAF. 64

2-6-2 پروتکل GEAR.. 66

فصل سوم جمع بندی و پیشنهادات.. 68

3 – 1 جمع بندی و پیشنهادات.. 69

فهرست منابع. 71

Abstract 74

فهرست اشکال

شکل1-1: معماری ارتباطات شبکه های حسگر بیسیم. 5

شکل1‑2: اجزاء درونی یک گره حسگر 9

شکل 1-3: پشته پروتکلی شبکههای حسگر 12

شکل 1-4:  نمونه کاربردهای شبکههای حسگر بیسیم. 17

شکل 2-1: نحوه عملکرد پروتکلSPIN.. 32

شکل2-2: نحوه عملکرد پروتکل انتشار مستقیم. 35

شکل 2-3: خوشه بندی در شبکه های بیسیم. 42

 شکل 2-4: نحوه خوشه بندی در پروتکل TEEN.. 54