کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از - دانلود رایگان
دانلود رایگان شبکه های حسگر بی سیم متشکل از تعداد زیادی گره های حسگر کوچک هستند که این گره ها دارای محدودیت های سطح انرژی ،پهنای باند،توان پردازشی و حافظه هستند.از این
دانلود رایگان
| کاهش مصرف انرژی در شبکه حسگر بی سیم با استفاده از بلوم فیلترفهرست مطالب عنوان صفحه فصل 1 مقدمه 1 1-1.مقدمه 2 1-2.تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق 4 1-3.فرضیه ها 5 1-4.اهداف تحقیق 5 1-5.روش تحقیق 6 1-6.مراحل انجام تحقیق 6 1-7.نمای کلی راه حل ما 6 1-8.ساختار پایان نامه 7 فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی 8 1-2.معرفی شبکه های حسگر بی سیم 9 2-2. کاربرد شبکه های حسگر بی سیم 14 2-3.معماری شبکه های حسگر بی سیم 16 2-4.عوامل مهم در طراحی شبکه های حسگر بی سیم 16 2-5.اجزای نرم افزاری 21 2-6.سیستم عامل Tinyos 21 2-7.جدول توزیع درهم سازی 22 2-8.انواع جدول توزیع درهم سازی 23 2-9.مقایسه بلوم فیلتر و درهم سازی 26 2-10.توابع هش بلوم فیلتر 27 2-11.مروری بر پروتکل پیشنهادی بلوم فیلتر 28 2-11-1.مقدمه 28 2-11-2.سیستم بلوم فیلتر 29 2-12.طبقه بندی روش های کاهش مصرف انرژی در شبکه های حسگر 32 2-12-1.چرخه وظایف 32 2-12-2.روش های داده گرا 34 2-12-3.روش های مبتنی بر قابلیت تحرک 37 2-13.نتیجه گیری 39 فصل 3 مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی 40 3-1.پروتکل های مسیریابی 41 3-2.پارامترهای موثردر طراحی پروتکل های مسیر یابی 42 3-2-1. پروتکل با محوریت داده ( Data-Centeric-Protocols)43 3-2-1-1. Flooding و Gossiping 44 3-2-1-2. SPIN 45 3-2-1-3. Direct Diffusion 46 3-2-1-4. EAR 46 3-2-1-5. GBR 48 3-2-2. پروتکل های دارای سلسله مراتبی (Hierachical-Protocols ) 48 3-2-2-1. LEACH 49 3-2-2-2.PEGASIS 49 3-2-2-3. TEEN 49 3-2-2-4. APTEEN 50 3-2-3. پروتکل های مبتنی بر مکان (Lcation-Based-Protocols ) 50 3-2-3-1. GEAR 50 3-2-4. پروتکل های مبتنی بر جریان شبکه و Qos 51 3-2-4-1. SAR 51 3-3. روش Anita Kanavalli50 3-3-1. تعریف مسئله 54 3-3-2.الگوریتم54 3-4. روش پیشنهادی برای مسیر یابی با کمک بلوم فیلتر55 3-4-1. توضیحات مقدماتی56 3-4-2.الگوریتم پیشنهادی56 3-4-3. مثبت نادرست بلوم فیلتر58 3-5. فشرده سازی بلوم فیلتر62 3-6. جمع بندی پروتکل های مسیر یابی برای شبکه حسگر بی سیم 63 فصل 4 پروتکل جدید پیشنهادی 64 4-1. مقدمه 67 4-2. ارزیابی کارایی 67 4-2-1. مدل رادیویی 67 4-4-2.جزئیات شبکه 68 4-2-3.پارامترهای شبیه سازی 69 4-2-4.نتایج شبیه سازی 70 4-3.الگوریتم های خوشه بندی 74 4-3-1.الگوریتم LEACH 74 4-3-2.پروتکل خوشه بندی LEACHمرکز 77 4-3-3.معایب و مزایای الگوریتم LEACH 79 4-3-4.تعیین درصد خوشه در کل شبکه 79 4-4.روش پیشنهادی برای خوشه بندی 81 4-5.انتقال بلوم فیلتر 82 4-6.مقایسه روش پیشنهادی با LEACH 83 4-7.شبیه سازی85 4-8.مصرف انرژی 90 4-9.نتیجه گیری 91 فصل 5 جمع بندی و پیشنهادها 92 5-1. مقدمه 93 5-2. یافته های تحقیق 94 5-3. نوآوری تحقیق 95 5-4. پیشنهادها 95 مراجع 96 پیوست1 99 پیوست2 129 واژه نامه 136 فهرست اشکال و نمودارها عنوان صفحه فصل 1 مقدمه 1 فصل 2 مروری بر منابع مطالعاتی 8 شکل 2-1. ساختار کلی شبکه حسگر 10 شکل 2-2. ساختار خودکار 11 شکل 2-3. ساختار نیمه خودکار 11 شکل 2 -4. ساختمان داخلی گره حسگر/ کارانداز 13 شکل 2 -5. پشته پروتکلی 15 شکل 2 -6. نحوه طبقه بندی گره هادر شبکه حسگر 16 شکل 2-7. یک جدول درهم سازی توزیعی 22 شکل 2-8. شبکه آدرس پذیر محتوایی CAN 25 شکل 2-9. نمودار تابع درهم سازی بر حسب مثبت نادرست 28 شکل 2 -10. نمودار وابستگیMبهKوN 31 شکل 2 -11. نمای کلی کاهش داده ها 36 شکل 2 -12. مدل خطی تخمین اندازه گیری حسگرها(پارک و تاکشی2007 ) 37 شکل 2-13. مدل غیر خطی تخمین اندازه گیری حسگرها (پارک و تاکشی2007) 37 شکل 2-14. نمودار زمان عمر شبکه(محمد احمدی نیاوهمکاران،2011) 38 شکل 2-15. مقايسه ميزان مصرف انرژي در قسمت هاي مختلف گره حسگر 39 فصل 3 مسیریابی والگوریتم پیشنهادی 40 شکل 3-1. پدیده انفجار شبکه حسگر بی سیم 44 شکل 3-2. همپوشانی شبکه حسگر بی سیم 45 شکل 3-3. Spin شبکه حسگر بی سیم 46 شکل 3-4. Directed diffusion در شبکه حسگر بی سیم 46 شکل 3-5. Teen در شبکه حسگر بی سیم 50 شکل 3-6. نحوه عملکرد در روش SMA 52 شکل 3-7. چگونگی ارتباط حسگرهای متحرک با حسگرهای ثابت در پروتکل EAR 53 شکل 3-8. چند مثال از درخت های بدست آمده در SAR 54 شکل3-9. نموداربلوم فیلتر بر حسب مثبت نادرست با در نظر گرفتن وزن و فاصله 56 شکل3-10. مسیریابی و ارسال در بلوم فیلترها 57 شکل3-11. نمودار الگوریتم ها در بلوم فیلتر 57 شکل3-12. عضویت توابع درهم ساز در بلوم فیلتر 58 شکل3-13. احتمال مثبت نادرست در بلوم فیلتر128بیتی 61 شکل3-14. هیستوگرام تابع مشاهده شده احتمالات مثبت های نادرست برای پیکربندی بلوم فیلتر 62 فصل 4 نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها 64 شکل 4-1. محیط شبیه سازNS-2 69 شکل 4-2. تعداد بسته های رسیده به چاهک قبل از خاموشی اولین گره 71 شکل 4-3. تعداد گام های طی شده برای رسیدن بسته به چاهک 72 شکل 4-4. میزان مصرف انرژی برای رسیدن بسته به چاهک 72 شکل 4-5. تعداد رد و بدل شدن بسته ها بین گره ها ی شبکه تا خاموش شدن اولین گره 72 شکل 4-6. گراف مصرف انرژی الگوریتم پیشنهادیدر محیط NS-2 73 شکل 4-7. دو نمونه از اجرای الگوریتم LEACH 75 شکل 4-8. مراحل اجرای الگوریتم LEACH 76 شکل4-9. مراحل اجرای الگوریتم LEACH بر اساس خوشه ها 78 شکل4-10. نمودار تعیین درصد خوشه ها(P) 80 شکل 4-11. سرخوشه در بلوم فیلتر 81 شکل4-12.آرایشی در چند گره حسگر 84 شکل 4-13. تاثیر پارامترهای ورودی و خروجی 88 شکل 4-14. مصرف انرژی 89 شکل 4-15. گره های زنده 89 شکل 4-16. انرژی جهش ارسال 90 فصل 5 جمع بندی و پیشنهادها 92 مراجع 96 پیوست1 99 پیوست2 129 واژه نامه 136 فهرست جداول 1 عنوان صفحه فصل 1 مقدمه 1 فصل 2 مروری بر منابع مطالعاتی 8 فصل 3 مسیریابی و الگوریتم پیشنهادی 40 جدول 3-1. احتمالات مثبت نادرست مشاهده شده 59 جدول 3-1. مقادیرمثبت نادرست در بلوم فیلتر 60 جدول 3-3. پروتکل های مسیر یابی برای شبکه های حسگر بی سیم 64 فصل 4 نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها 66 جدول 4-1.پارامترهای شبیه سازی 70 جدول 4-2. پارامترهای انرژی 88 فصل 5 جمع بندی و پیشنهادات 92 فهرست علائم اختصاری چکیده: واژه هاي كليدي: شبكه هاي حسگر بي سيم، بلوم فیلتر،كاهش مصرف انرژي، طول عمر شبکه،توابع درهم سازی فصل 1 مقدمه 1-1.مقدمه [1] ناميده مي شوند. گره هاي حسگر عموماً مجهز به قابليت هاي حسگري، پردازشي و ارتباطي هستند. گره هاي حسگر از نظر مكاني توزيع شده بوده و شرايط مربوط به محيط اطراف خود را اندازه گيري مي كنند. وظيفة اصلي گرة حسگر، جمع آوري نقاط داده در فواصل زماني منظم و تبديل آن به يك سيگنال الكترونيكي و انتشار سيگنال به گرة سينك يا ايستگاه مبنا از طريق رسانه هاي ارتباطي بي سيم قابل اطمينان است. با ظهور و تکامل فناوري ميکروالکترونيک در دهة70 ميلادي، حسگر هاي جديد مورد توجه قرارگرفتند. با استفاده از فناوري ميکروالکترونيک، حسگر هاي ارزان قيمت با ابعاد کوچک و وزن کم توليد شدند. مواد اوليه جديد براي ساخت حسگر، کشف و شناخته شده و متعاقب آن اصول جديدي براي مقاصد عملي جمع آوري اطلاعات مطرح گرديد. يكپارچگي حسگر و مدارات الکترونيکي تغيير شکل دهندة سيگنال، فرصت هاي قابل توجهي را براي بخش عمده اي از کاربردها پديد آورد. امروزه کاهش حجم و وزن حسگر ها و افزايش ميزان حساسيت آن ها، هدف اصلي بسياري از آزمايشگاه هاي تحقيقاتي و شرکت هاي مختلف مي باشد. اما كوچك شدن حجم گره هاي حسگر به معناي كوچك تر شدن باتري هاي مولد انرژي آنان بود.مهمترين دليل پيدايش و توسعه شبكه هاي حسگر بي سيم، كاربردهاي پايش مداوم محيط هايي بوده است كه دستيابي وحضور دائمي انسان در آن ها، سخت يا ناممكن مي باشد. كاربردهايي نظير پايش فوران يك كوه آتشفشان فعال، پايش مناطق مرزي صعب العبور، پايش استحكام سدها، پل ها و جاده ها، پايش ميدان جنگ يا مناطق حساس نظامي و از اين قبيل. در نتيجه معمولاً شارژ مجدد يا تعويض گره هاي مرده( از كار افتاده به دليل اتمام منبع انرژي) امكان پذير نمي باشد، زيرا همان طور كه گفته شد اين گره ها معمولاً در محيط ها و شرايط سخت، خشن و غيرقابل دسترس قرار گرفته و اغلب بصورت تصادفي و اقتضايي در محيط پراكنده مي شوند. بنابراين دو نكته در كارايي شبكه هاي حسگر از اهميت خاصي برخوردار است: يكي طول عمر و ديگري ميزان پوشش شبكه اي اين شبكه ها. چنین شبکه ای بزرگی بطور معمول شامل تعدادی از گره های حسگر توزیع شده هستند که گره های حسگر در حقیقت کامپیوتر های کوچکی هستند که رابط کاربری و مولفه های محدودی دارند که ماژول های مهم شبکه های حسگر بی سیم دستگاه مسیریاب و ایستگاههای پایه می باشند که سازماندهی خود را به چند هاب معطوف می کنند.اما تکمیل شبکه های حسگر بی سیم مشکلات تئوری و عملی خاص خود را از قبیل مصرف انرژی و قابلیت اطمینان و تحمل پذیری خطا و مقیاس پذیری دارد. با وجود پيشرفت هاي صورت گرفته در اين نوع شبكه ها، گره هاي حسگر به دليل تعداد زياد، اندازه كوچك و روش قرارگيري اقتضايي، هنوز هم براي تامين انرژي خود، متكي به باتري هايي با توان اندك مي باشندکه توان متوسط هر گره حسگر در حدود 1میلی وات می باشد وهر گره حسگر دارای یک پردازنده جاسازی شده با قدرت رادیویی کم و بطور معمول با باتری کار می کنند و هر حسگر دارای منابع محدود انرژی و قابلیت خود را تا زمانی که انرزی خود را تخلیه می کند ادامه می دهد و مهمترین عمل این است که انرژی برای شبکه حسگر باید اداره شود و طول عمر سنسور به دقت کنترل شود ]1][2 [.بنابراين يكي از مهمترين مسايل در شبكه هاي حسگر بي سيم،که برای طراحی پروتکل های شبکه نیازمند مساله محدوديت شديد انرژي و قابلیت اطمینان است. بنابراين لحاظ نمودن الگوريتم هاي توزیع شده درهم ساز در طراحي شبكه هاي حسگر با عمر طولاني، امري حياتي است چون در جدول های درهم ساز افزودن داده های جدید در زمان کم امکان پذیر است. زمان لازم برای جست وجو و افزودن هر دو تابع نوع جدول و میزان داده ها هستند. این زمان می تواند با انتخاب جدول مناسب به مرتبه زمانی۱برسد. امروزهروش هاي مديريت پوياي توان كه به كاهش مصرف انرژي شبكه هاي حسگر بعد از طراحي و قرارگيري آن ها مي پردازند، از بالاترين اهميت برخوردار مي باشند. در سال هاي اخيربراي مديريت پوياي توان، توجه به ابزارهاي هوشمند و توانمندي نظير الگوریتم توزیع شده درهم سازی رونق چشم گيري يافته است. يك الگوریتم توزیع شده درهم سازی، سيستمي بزرگ متشكل از عناصر پردازشي موازي يا توزيع شده است که شامل جدول توزیع شده درهم سازی می باشد که این جدول نیز یک کلاس از سیستم توزیع شده غیر متمرکز است که مراجعه به سرویس مثل یک جدول درهم سازی را فراهم می کند]3 [.کلید و ارزش جفت های هستند که در جدول توزیع شده درهم سازی ذخیره می شوند و هر گره کارآمد می تواند ارزش های مرتبط با یک کلید واژه را بازیابی کند و مسئولیت نقشه برداری برای حفظ ارزش کلید در میان گره ها توزیع می شود و نیز برای بهبود وضوح فضایی جمع آوری داده ها به جای سنسور تک قدرتمند این رویکرد متعدد توزیع سنسورهای ساده و ارزان قیمت در یک منطقه مفید است داده ها جدا از پردازش ذخيره نمي شوند، زيرا داده ها في نفسه به هم متصل هستند..با توجه به پهنای باند سنسور که بین 50تا250کیلو بایت بر ثانیه می باشد انرژی محدود برای محاسبات مانع مهمی برای رسیدن به موفقیت است. از اين رو الگوریتم توزیع شده درهم سازی به عنوان ستون فقرات برای پردازش روی شبکه مي تواند ابزار مناسبي براي به كارگيري در شبكه هاي حسگر بوده تاثير قابل ملاحظه اي در كاهش مصرف انرژي و قابلیت اطمینان شبكه هاي حسگر و افزايش طول عمر آن ها داشته باشند .هدف ما از اين تحقيق ارايه روشي بهينه براي كاهش مصرف انرژي و قابلیت اطمینان در شبكه هاي حسگر با به كارگيري قابليت هاي الگوریتم توزیع شده درهم سازی مي باشدکه این قابلیت ها شامل چند بخشی و تک بخشی بودن توزیع گره ها در مقیاس و همچنین به اشتراک گذاری فایل و محتوای سیستم های توزیع]5 [.بطور کلی الگوریتم درهم سازی به تابعی گفته می شود که حجم زیادی از داده ها(حجم نامشخصی از داده ها)را به یک عدد طبیعی تبدیل می کند تا فشرده سازی داده ها با سرعت زیادی انجام شود]6 [.درهم سازی یک عمل خلاصه سازی (digest ) را روی جریان ورودی انجام می دهد جریان داده ورودی را به یک خلاصه کوچک تبدیل می کنند. زمانی که مقدار درهم سازی دوورودی متفاوت یکسان باشند می گوییم تصادم رخ داده است. این امر از این حقیقت ناشی می شود که تعداد مقادیر یک الگوریتمدرهم سازی بسیار زیاد می باشند .این یک عمل یک طرفه(غیر قابل بازگشت) می باشد و جریان داده ورودی آنها با هر حجمی که باشد خروجی یک مقدار ثابت میشود ]7 [.وقتی که ما سنسورها را توزیع می کنیم معلوم می کنیم هر پیامی که به سنسور می دهیم حاوی چه اطلاعاتی است که الگوریتم توزیع شکل می گیرد ]13 [. 1-2.تعریف مساله و سئوالات اصلی تحقیق 1-3.فرضیه ها 1-4.اهداف تحقیق 1-5.روش تحقیق 1-6.مراحل انجام تحقیق [2]از مجموعه ای از عناصر در فیلتر برای تست عناصر استفاده می کند در حالی که مثبت کاذب با تخصیص حافظه ممکن است کاهش یابد]12 [. 1-8.ساختار پایان نامه 2-1.معرفی شبکه های حسگر بیسیم[3] حسگر : وسيله اي كه وجود شيئ رخداد يك وضعيت يا مقدار يك كميت فيزيكي را تشخيص داده و به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. حسگر انواع مختلف دارد مانند حسگرهاي دما، فشار، رطوبت، شتاب سنج، مغناطيس سنج و... كارانداز : با تحريك الكتريكي يك عمل خاصي مانند باز و بسته كردن يك شير يا قطع و وصل يك كليد را انجام مي دهد. گره حسگر:به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند حسگر باشد. گره كارانداز: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند كارانداز باشد. گره حسگر:به گره ای گفته مي شود كه مجهز به حسگر و كار انداز باشد. شبكه حسگر :شبكه اي كه فقط شامل گره هاي حسگر باشد. اين شبكه نوع خاصي از شبكه حسگراست. در كاربردهايي كه هدف جمع آوري اطلاعات و تحقيق در مورد يك پديده مي باشد كاربرد دارد. مثل مطالعه روي گردبادها. میدان حسگر:ناحیه کاری که گره های شبکه حسگر در آن توزیع میشوند. چاهک[4]: گرهی که جمع آوری داده ها را به عهده دارد. و ارتباط بین گره های حسگر و گره مدیر وظیفه[5] را برقرار مي كند. گره مدیر وظیفه: گرهی که یک شخصی بعنوان کاربريا مدیر شبكه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار میکند. فرامین کنترلی و پرس و جو ها از اين گره به شبکه ارسال شده و داده های جمع آوری شده به آن بر میگردد. شبكه حسگر:شبكه اي متشكل از گره هاي حسگر و كار انداز يا حسگر/كارانداز است كه حالت كلي شبكه هاي مورد بحث مي باشد. به عبارت ديگر شبكه حسگرشبكه اي است با تعداد زيادي گره كه هر گره مي تواند در حالت كلي داراي تعدادي حسگر و تعدادي كارانداز باشد. در حالت خاص يك گره ممكن است فقط حسگر يا فقط كارانداز باشد. گره ها در ناحيه اي كه ميدان حسگر ناميده مي شود با چگالي زياد پراكنده مي شوند. يك چاهك پايش[6] كل شبكه را بر عهده دارد. اطلاعات بوسيله چاهك جمع آوري مي شود و فرامين از طريق چاهك منتشر مي شود. شكل2-1 را ببينيد. مدیریت وظایف میتواند متمرکز یا توزیع شده باشد. بسته به اينكه تصميم گيري براي انجام واكنش در چه سطحي انجام شود دو ساختار مختلف خودكار و نيمه خودكار وجود دارد. که ترکیب آن نیز قابل استفاده است[1]. شكل2-1: ساختار كلي شبكه حسگر ساختار خودكار :حسگر هايي كه يك رخداد يا پديده را تشخيص مي دهند داده هاي دريافتي را به گره هاي كارانداز جهت پردازش و انجام واكنش مناسب ارسال مي كنند. گره هاي كارانداز مجاور با هماهنگي با يكديگر تصميم گيري كرده و عمل مي نمايند. در واقع هیچ کنترل متمرکزی وجود ندارد و تصمیم گیری ها بصورت محلی انجام میشود.شكل2-2 را ببینید. ساختار نيمه خودكار: در اين ساختار داده ها توسط گره ها به سمت چاهك هدايت شده و فرمان از طريق چاهك به گره هاي كار انداز صادر شود. شكل2-3 را مشاهده كنيد. شكل2-2: ساختار خودكار شكل2-3:ساختار نيمه خودكار ساختمان گره شكل2-4 ساختمان داخلي گره حسگر را نشان مي دهد. هر گره شامل واحد حسگر/ كارانداز، واحد پردازش داده ها، فرستنده/گيرنده بي سيم و منبع تغذيه مي باشد بخشهاي اضافي واحد متحرك ساز، سيستم مكان ياب و توليد توان نيز ممكن است بسته به كاربرد در گره ها وجود داشته باشد.واحد پردازش داده شامل يك پردازندة كوچك و يك حافظه با ظرفيت محدود است داده ها را از حسگرها گرفته بسته به كاربرد پردازش محدودي روي آنها انجام داده و از طريق فرستنده ارسال مي كند. واحد پردازش مديريت هماهنگي و مشاركت با ساير گره ها در شبكه را انجام مي دهد. واحد فرستنده گيرنده ارتباط گره با شبكه را برقرار مي كند. واحد حسگر شامل يك سري حسگر و مبدل آنالوگ به ديجيتال است كه اطلاعات آنالوگ را از حسگرگرفته و بصورت ديجيتال به پردازنده تحويل مي دهد. واحد كارانداز شامل كارانداز و مبدل ديجيتال به آنالوگ است كه فرامين ديجيتال را از پردازنده گرفته و به كارانداز تحويل مي دهد. واحد تامين انرژي، توان مصرفي تمام بخشها را تامين مي كند كه اغلب يك باطري با انرژي محدود است. محدوديت منبع انرژي يكي از تنگناهاي اساسي است كه در طراحي شبكه هاي حس/كار همه چيز را تحت تاثير قرار مي دهد. در كنار اين بخش ممكن است واحدي براي توليد انرژي مثل سلول هاي خورشيدي وجود داشته باشد در گره هاي متحرك واحدي براي متحرك سازي وجود دارد. مكانياب موقعيت فيزيكي گره را تشخيص مي دهد. تكنيكهاي مسيردهي و وظايف حسگري به اطلاعات مكان با دقت بالا نياز دارند. يكي از مهمترين مزاياي شبكه هاي حس/كار توانايي مديريت ارتباط بين گره هاي در حال حركت مي باشد. شكل2-4: ساختمان داخلی گره حسگر
2-3.معماری شبکه حسگر بی سیم شکل2-6:نحوه طبقه بندی گره ها در شبکه حسگر[3] عوامل متعددی در طراحي شبکه های حسگر موثر است و موضوعات بسیاری در این زمینه مطرح است که بررسی تمام آنها در این نوشتار نمیگنجد از این رو تنها به ذکر برخی از آنها بطور خلاصه اکتفا می کنیم. 1- تنگناهاي سخت افزاري:هرگره ضمن اينكه بايد كل اجزاء لازم را داشته باشد بايد بحد كافي كوچك، سبك و كم حجم نيز باشد بعنوان مثال در برخي كاربردها گره يايد به كوچكي يك قوطي كبريت باشد و حتي گاهي حجم گره محدود به يك سانتيمتر مكعب است و از نظر وزن آنقدر باید سبك باشد كه بتواند همراه باد در هوا معلق شود. در عين حال هر گره بايد توان مصرفي بسيار كم، قيمت تمام شده پايين داشته و با شرايط محيطي سازگار باشد. اينها همه محدوديتهايي است كه كار طراحي و ساخت گره هاي حسگر را با چالش مواجه ميكند. ارائه طرح های سخت افزاری سبک و کم حجم در مورد هر یک از اجزای گره بخصوص قسمت ارتباط بی سیم و حسگرها از جمله موضوعات تحقیقاتی است که جای کار بسیار دارد. پيشرفت فن آوري ساخت مدارات مجتمع با فشردگي بالا و مصرف پايين، نقش بسزايي در كاهش تنگناهاي سخت افزاري خواهد داشت. : توپولوژي ذاتي شبكه حسگر توپولوژي گراف است. بدليل اينكه ارتباط گره هابي سيم و بصورت پخش همگاني است و هر گره با چند گره ديگر كه در محدوده برد آن قرار دارد ارتباط دارد.الگوريتم هاي كارا در جمع آوري داده و كاربردهاي ردگيري اشياء شبكه را درخت پوشا در نظر مي گيرند. چون ترافيك اصولا بفرمي است كه داده ها از چند گره به سمت يك گره حركت مي كند. مديريت توپولوژي بايد با دقت انجام شوديك مرحله اساسي مديريت توپولوژي راه اندازي اوليه شبكه است گره هايي كه قبلا هيچ ارتباط اوليه اي ندشته اند در هنگام جايگيري و شروع بكار اوليه بايد بتوانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند. الگوريتم هاي مديريت توپولوژي در راه اندازي اوليه بايد امكان عضويت گره هاي جديد و حذف گره هايي كه بدلايلي از كار مي افتند را فراهم كنند. پويايي توپولوژي از خصوصيات شبكه هاي حسگر است كه امنيت آن را به چالش مي كشد. ارائه روشهاي مديريت توپولوژي پويا بطوري كه موارد امنيتي را هم پوشش دهد از موضوعاتي است كه جاي كار زيادي دارد. 4- مقياس پذيري :شبكه بايد هم از نظر تعداد گره و هم از نظر ميزان پراكندگي گره ها، مقياس پذير باشد. بعبارت ديگر شبكه حس/كار از طرفي بايد بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتي ميليون ها گره كار كند و از طرف ديگر، چگالي توزيع متفاوت گره ها را نيز پشتيباني كند. چگالي طبق فرمول (2) محاسبه مي شود. كه بيانگر تعداد متوسط گره هايي است كه در برد يك گره نوعي (مثلادايره اي با قطر10 متر) قرار مي گيرد. A: مساحت ناحيه كاري N: تعداد گره در ناحيه كاري و R: برد ارسال راديويي است. در بسياري كاربردها توزيع گره ها اتفاقي صورت مي گيرد و امكان توزيع با چگالي مشخص و يكنواخت وجود ندارد يا گره ها در اثر عوامل محيطي جابجا مي شوند. بنابراين چگالي باید بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغيير كند. موضوع مقياس پذيري به روشها نيز مربوط مي شود برخي روشها ممكن است مقياس پذير نباشد يعني در يك چگالي يا تعداد محدود از گره كار كند. در مقابل برخي روشها مقياس پذير هستند. (2) رسانه ارتباطي:در شبكه هاي حسگر ارتباط گره ها بصورت بي سيم و از طريق رسانه راديويي، مادون قرمز، يا رسانه هاي نوري ديگر صورت مي گيرد. اكثرا از ارتباط راديويي استفاده مي شود. البته ارتباط مادون قرمز ارزانتر و ساختنش آسانتر است ولي فقط در خط مستقيم عمل مي كند. 10- ارتباط بلادرنگ[19] و هماهنگي[20] : در برخي كاربردها مانند سيستم تشخيص و جلوگيري از گسترش آتش سوزي يا سيستم پيش گيري از سرقت سرعت پاسخگويي شبكه اهميت زيادي دارد. در نمايش بلادرنگ فشار بر روي مانيتور بسته هاي ارسالي بايد بطور لحظه اي روزآمد باشند. براي تحقق بلادرنگ يك روش اين است كه براي بسته هاي ارسالي يك ضرب العجل تعيين شود و در لايه كنترل دسترسي رسانه[21] بسته هاي با ضرب العجل كوتاهتر زودتر ارسال شوند مدت ضرب العجل به كاربرد بستگي دارد. مسئلة مهم ديگر تحويل گزارش رخدادها به چاهك، يا كارانداز ناحيه، به ترتيب وقوع آنهاست در غير اين صورت ممكن است شبكه واكنش درستي انجام ندهد. نكته ديگر هماهنگي كلي شبكه در ارتباط با گزارشهايي است كه در مورد يك رخداد از حسگرهاي مختلف به كاراندازهاي ناحيه مربوطه داده مي شود. بعنوان مثال در يك كاربرد نظامي فرض كنيد حسگرهايي جهت تشخيص حضور يگان هاي پياده دشمن و كاراندازهايي جهت نابودي آن در نظر گرفته شده چند حسگر حضور دشمن را به كار اندازها اطلاع مي دهند شبكه بايد در كل منطقه، عمليات را به يكباره شروع كند. در غير اين صورت با واكنش اولين كارانداز، سربازان دشمن متفرق شده و عمليات با شكست مواجه مي شود. بهرحال موضوع بلادرنگ و هماهنگي در شبكه هاي حسگر بخصوص در مقياس بزرگ و شرايط نامطمئن از مباحث تحقيقاتي است. 12- عوامل پیش بینی نشده:یک شبکه حسگر کارانداز تابع تعداد زیادی از عدم قطعیت هاست. عوامل طبیعی غیر قابل پیش بینی مثل سیل زلزله، مشکلات ناشی از ارتباط بی سیم و اختلالات رادیویی، امکان خرابی هر گره، کالیبره نبودن حسگرها، پویایی ساختار و مسیردهی شبکه، اضافه شدن گره های جدید و حذف گره های قدیمی، جابجایی گره ها بطور کنترل شده یا در اثر عوامل طبیعی و غيره. سؤالی كه مطرح است این است که در این شرایط چگونه میتوان چشم اندازی فراهم کرد که از دیدگاه لایه کاربرد شبکه یک موجودیت قابل اطمینان در مقیاس بزرگ دارای کارایی عملیاتی مشخص و قابل اعتماد باشد. باتوجه به اینکه شبکه های حسگر کارانداز تا حدود زیادی بصورت مرکزی غیر قابل کنترل هستند و بصورت خودکار یا حداقل نیمه خودکار عمل میکنند باید بتوانند با مدیریت مستقل بر مشکلات غلبه کنند. از این رو باید ویژگی های خود بهینه سازی[27] خود سازماندهی[28] و خود درمانی[29] را داشته باشند. اینها از جمله مواردی هستند که بحث در مورد آنها آسان ولی تحقق آن بسیار پیچیده است. بهرحال اين موضوعات ازجمله موارد تحقیقاتی می باشند. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |