شبکه های حسگر بیسیم – قسمت سوم

مروری بر ساختار کلی شبکه های حسگر

قبل از ارائه ساختار کلی شبکه­های حسگر، ابتدا برخی تعاریف کلیدی را، ارائه می کنیم:

·       حسگر: وسیله­ای که وجود شئ، رخداد یک وضعیت یا مقدار یک کمیت فیزیکی را تشخیص داده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. حسگر انواع مختلف دارد، مانند حسگرهای  دما، فشار، رطوبت، نور، شتاب سنج، مغناطیس سنج و…

·       کارانداز: با تحریک الکتریکی، یک عمل خاص مانند باز و بسته کردن یک شیر یا قطع و وصل یک کلید را انجام می دهد.

·       گره حسگر: به گرهی گفته می شود که فقط شامل یک یا چند حسگر باشد.

·       گره کارانداز: به گرهی گفته می شود که فقط شامل  یک یا چند کارانداز باشد.

·       گره حسگر کارانداز: به گرهی گفته می شود که مجهز به حسگر و کارانداز باشد.

·       شبکه حسگر: شبکه­ای که فقط شامل گره­های حسگر باشد. این شبکه نوع خاصی از شبکه حسگر می باشد. در کاربردهایی که هدف جمع اوری اطلاعات و تحقیق در مورد یک پدیده می باشد، استفاده می شود ؛ مانند مطالعه بر روی گردبادها و سایر پدیده­های محیطی.

·       میدان حسگر، کارانداز: ناحیه کاری که گره­های شبکه حس و کار در ان توزیع می شوند.

·       چاهک: گرهی که جمع اوری داده­ها را به عهده داشته و ارتباط بین گره­های حسگر و گره مدیریت وظیفه را برقرار می کند.

·       گره مدیر وظیفه: گرهی که شخصی به عنوان کاربر یا مدیر شبکه از طریق ان با شبکه ارتباط برقرار می کند. فرامین کنترلی و پرس و جوها از طریق این گره به شبکه ارسال شده و داده­های جمع اوری شده به ان بر می گردد.

·       شبکه حسگر، کار: شبکه­ای متشکل از گره­های حسگر و کارانداز است که حالت کلی شبکه­ های مورد بحث می باشد. به عبارت دیگر شبکه حسگر شبکه­ای است با تعداد زیادی گره، که هر گره می تواند در هر حالت  کلی دارای تعدادی حسگر و تعدادی کار انداز باشد. در هر حالت خاص یک گره ممکن است فقط حسگر یا فقط کار انداز باشد. گره­ها در ناحیه­ای که میدان حسگر نامیده می شود با چگالی زیاد پراکنده می­شود. یک چاهک دیده بانی کل شبکه را بر عهده دارد. اطلاعات بوسیله چاهک جمع اوری می شود و فرامین نیز از طریق ان منتشر می شوند. مدیریت وظایف می تواند متمرکز یا توزیع شده باشد. بسته به این که تصمیم گیری برای انجام واکنش در چه سطحی انجام شود، دو ساختار مختلف خود کار و نیمه خودکار وجود دارد. ترکیب ایندو روش نیز قابل استفاده است.

·       ساختار خودکار: حسگرهایی که یک رخداد یا پدیده را تشخیص می دهند، داده­های دریافتی را به گره­های کارانداز جهت پردازش و انجام واکنش مناسب ارسال می کند. گره­های کارانداز مجاور با هماهنگی یکدیگر تصمیم گیری کرده و عمل می نماید. در واقع هیچ کنترل متمرکزی وجود ندارد و تصمیم گیری­ها به صورت محلی انجام می شود.

·       ساختار نیمه خودکار: دراین ساختار، داده­ها توسط گره­ها به سمت چاهک هدایت شده و فرمان از طریق چاهک به گره­های کارانداز صادر می شود. از طرف دیگر در کاربردهای خاصی ممکن است از ساختار بخش بندی شده یا سلولی استفاده شود که در هر بخش یک سر دسته وجود دارد که داده­های گره­های دسته ی خود را به چاهک ارسال می کند. در واقع هر دسته مانند یک دروازه عمل می کند .

توپولوژی شبکه های حسگر

وجود گره­های دست نیافتنی و غیرقابل نگهداری که مستعد بروز خطا هستند در شبکه­های حسگر به مسئله  پشتیبانی از توپولوژی اهمیت خاصی می دهد. صدها هزار گره حسگر در منطقه مورد نظر با فاصله­ای کم از یکدیگر قرار می گیرند. با توجه به تراکم گره­ها و مستعد خطا بودن انها، نیاز به دقت فراوان در نگهداری توپولوژی وجود دارد. گره­های حسگر را می توان دسته جمعی یا تک تک در سر جایشان قرار داد. گره­ها را می توان :

1.  توسط هواپیما در محیط مورد نظر پخش کرد.

2.  توسط موشک، توپ یا راکد پخش نمود .

3.  درون یک کارخانه قراردارد.

4.  توسط انسان یا ربات قرار داد.

با توجه به دسترسی ناپذیر و غیر قابل نگهداری بودن گره­ها، انتظار می رود در هنگام جایگذاری  گره­ها به شیوه­ای مهندسی عمل نماییم.

جایگذاری مورد نظر بایستی:

1. هزینه جایگذاری را کاهش دهد.

2. نیاز به پیش سازماندهی و برنامه ریزی قبلی نداشته باشد.

3.  در جایگذاری انعطاف وجود داشته باشد.

4. خود سازماندهی و ظرفیت تحمل خطا را در گره­ها افزایش می دهد.

پس از بکارگیری شبکه، توپولوژی به دلائلی نظیر: مکان، قابلیت دسترسی، انرژی موجود، بروز خطا در گره، و جزئیات کاری تغییر می کند

معماری شبکه

معماری شبکه از دیدگاه­های زیر قابل بررسی می باشد:

·         معماری پروتکل ها که از دیدگاه کاربردها و انرژی اهمیت دارد.

·         کیفیت سرویس، قابلیت اطمینان، افزونگی، عدم دقت در عمل حسگرها را باید در نظر گرفت.

·         ساختار ادرس دهی در شبکه­های حسگر بیسیم کاملًا با شبکه ­های عادی متفاوت می باشد.

·         ساختار ادرس دهی داده محور و جغرافیایی نیز مورد نیاز می باشد.

·         مقیاس پذیری و نیازمندی­های انرژی نیاز به یک ساختار  بدون ادرس دارد. اعطای ادرس توزیع شده می تواند یک تکنیک باشد، اگر ادرسها در همسایه­ های دو پرشی، یکتا باشد.

·         تعریف خصوصیات شبکه­های حسگر بیسیم و ظرفیت پردازش اطلات در شبکه توسط گره­ها اهمیت زیادی دارد. این موضوع مربوط به تجمیع داده­ ها از چندین حسگر است. زمانی که قصد همگرایی در یک یا چند چاهک، پردازش سیگنال توزیع شده یا بهره برداری از ساختار هماهنگ گره­ها در احساس پدیده­ ها نیاز می باشد، از تکنیک­ های تجمیع داده­ ها استفاده می گردد. به علاوه تجمیع داده­ ها باعث کاهش تعداد بسته­ های ارسالی می گردد.

·         بر پایه پردازش درون شبکه­ای، سرویس­هایی که شبکه­ های حسگر بیسیم در سطح شبکه ارائه می کنند هنوز بطور کامل مشخص نشده است. سرویس­ها و عملیات، تنها انتقال بیت­ها از یک گره به گره دیگر نمی باشد بلکه کار گسترده تر می با شد.

زمانی که سرویس­های شبکه به صورت جزئی یا کلی توسط گره­های خارج از شبکه حسگر درخواست گردند نیاز به مفهوم دروازه خواهیم داشت. این که چگونه شبکه­ های حسگر را به صورت لایه­ های عادی شبکه برای ارتباط با دیگر پروتکل­های ارتباطی سازمان دهی نماییم، هنوز موضوعی برای مطالعات بیشتر می باشد. در مدت زمان معین، امکان تغییر وظایف شبکه­ های حسگر بیسیم وجود دارد، یعنی تمام گره­ها را با وظیفه جدید و نرم­افزار عملیات مورد نظر ان پیکر بندی کنیم

728
۰
۲۳ فروردین ۹۳

فرزانه تقدیسی

کارشناس ارشد هوش مصنوعی – پس از اتمام دوره Elastix & MCSE & CCNA & CCNP و اخذ مدارک بین المللی در این حوزه مشغول به کار شدم