شبکه های حسگر بی سیم- معرفی و آشنایی با WSNs

طول عمر شبکه های حسگر بی سیم

یکی از مسائل مهم شبکه­ های حسگر بی سیم، افزایش طول عمر و پایداری شبکه بر اساس توپولوژی آن است. فاصله ارتباطی طولانی بین حس‌گرها و سینک در یک شبکه حس‌گر بی­‌سیم انرژی زیادی را مصرف می­‌کند و همچنین طول عمر شبکه و پایداری آن را نیز کاهش می­‌دهد به عنوان مثال خوشه ­بندی، به ­عنوان یکی از روش‌های کنترل توپولوژی برای پایداری شبکه ‌های حس‌گر بی­‌سیم می­‌تواند نیازمندی مصرف انرژی را به­ عنوان مهم‌ترین چالش در WSNs کاهش دهد.

در این بخش ترجمه مفهومی مسیریابی مبتنی بر مکان متعادل انرژی برای افزایش طول عمر شبکه حسگر بی‌سیم عنوان مقاله Energy Balanced Position-based Routing for Lifetime Maximization of Wireless Sensor Networks می‌باشد که در ۱۵ صفحه به تشریح روش کار مقاله می‌پردازد.

کاربرد های شبکه های حسگر بی سیم

شبکه‌های حس‌گر بی‌سیم کاربردهای بسیاری دارند ازجمله می‌توان کاربردهای نظارتی صنعتی، نظامی، کشاورزی، محیط‌ زیست و غیره را نام برد. البته موضوعاتی چون انرژی و عمر مفید، کاربرد گسترده آن‌ها را تحت‌الشعاع قرار داده است بنابراین، افزایش طول عمر، یکی از مهم‌ترین موضوعات مطرح و از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو هست.

مفاهیم لازم برای درک شبکه­ های حسگر بی­ سیم

• حسگر

وسیله‌ای که وجود شیء رخداد یک وضعیت یا مقدار یک کمیت فیزیکی را تشخیص داده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. حس‌گر انواع مختلف دارد مانند حس‌گرهای دما، فشار، رطوبت، نور، شتاب سنج، مغناطیس‌سنج و…

• کارانداز

با تحریک الکتریکی یک عمل خاصی مانند باز و بسته کردن یک شیر یا قطع و وصل یک کلید را انجام می‌دهد

• گره حسگر

به گره‌ای گفته می‌شود که فقط شامل یک یا چند حسگر باشد.

• گره کارانداز 

به گره‌ای گفته می‌شود که فقط شامل یک یا چند کارانداز باشد.

• گره حسگر/کارانداز

به گره‌ای گفته می‌شود که مجهز به حسگر و کار انداز باشد.

• شبکه حسگر

شبکه‌ای که فقط شامل گره‌های حسگر باشد. این شبکه نوع خاصی از شبکه حس/کاراست. در کاربردهایی که هدف جمع‌آوری اطلاعات و تحقیق در مورد یک پدیده هست کاربرد دارد. مثل مطالعه روی گردبادها.

• میدان حسگر/کارانداز

ناحیه کاری که گره‌های شبکه حس/کار در آن توزیع می‌شوند.

• چاهک

گرهی که جمع‌آوری داده‌ها را به عهده دارد؛ و ارتباط بین گره‌های حس/کار و گره مدیر وظیفه را برقرار می‌کند.

• گره مدیر وظیفه

گرهی که یک شخصی به‌عنوان کاربر یا مدیر شبکه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار می‌کند. فرمان‌ها کنترلی و پرس‌وجوها از این گره به شبکه ارسال‌شده و داده‌های جمع‌آوری‌شده به آن برمی‌گردد.

شبکه حس‌گر:

شبکه‌ای متشکل از گره‌های حس‌گر و کار انداز یا حس‌گر/کارانداز است که حالت کلی شبکه‌های موردبحث هست. عبارت‌دیگر شبکه حس/کار شبکه‌ای است با تعداد زیادی گره که هر گره می‌تواند در حالت کلی دارای تعدادی حس‌گر و تعدادی کارانداز باشد. در حالت خاص یک گره ممکن است فقط حس‌گر یا فقط کارانداز باشد. در رابطه با این مسئله فایل آماده در قالب پاورپوینت طراحی و تدوین شده که مناسب جهت انواع ارائه شما عزیزان می‌باشد برای دسترسی به فایل مربوطه روی لینک زیر کلیک کنید.

• پاورپوینت آماده حسگرهای هوشمند — کاربرد، ویژگی و انواع – کلیک کنید.

ویژگی‌های شبکه­  حسگر بی‌سیم

وجود برخی ویژگی‌ها در شبکه حس‌گر/ کارانداز، آن را از سایر شبکه‌های سنتی و بی‌سیم متمایز می‌کند. از آن جمله عبارت‌اند از:

• تنگناهای سخت‌افزاری شامل محدودیت‌های اندازه فیزیکی، منبع انرژی، قدرت پردازش، ظرفیت حافظه
• تعداد بسیار زیاد گره‌ها
• چگالی بالا در توزیع گره‌ها در ناحیه عملیاتی
• وجود استعداد خرابی در گره‌ها
• تغییرات توپولوژی به‌صورت پویا و احیاناً متناوب
• استفاده از روش پخش همگانی در ارتباط بین گره‌ها در مقابل ارتباط نقطه‌به‌نقطه
• داده محور بودن شبکه به این معنی که گره‌ها کد شناسایی ندارند

ساختار ارتباطی شبکه‌های حسگر بی سیم

گره‌های حس‌گری همانند شکل (۲-۵) در یک منطقه پراکنده می‌شوند. همان‌طور که قبلاً هم اشاره کردیم گره‌های حس‌گری دارای توانایی خودسامان دهی هستند. هرکدام از این گره‌های پخش‌شده دارای توانایی جمع‌کردن اطلاعات و ارسال آن‌ها به پایانه‌ای موسوم به sink است. این اطلاعات از یک مسیر چندمرحله‌ای که زیرساخت مشخصی ندارد به سینک فرستاده می‌شوند و سینک می‌تواند توسط لینک ماهواره یا اینترنت با گره task manager ارتباط برقرار کند.

تحمل خرابی در شبکه های حسگر بی سیم

برخی از گره‌های حس‌گری ممکن است از کار بیفتند. ازکارافتادن گره‌های حس‌گری نباید تأثیری روی کارکرد عمومی شبکه داشته باشد؛ بنابراین تحمل خرابی را توانایی برقرار نگه‌داشتن عملیات شبکه حس‌گر علی‌رغم ازکارافتادن برخی از گره‌ها» تعریف می‌کنیم ‌درواقع یک شبکه حس‌گر خوب با ازکارافتادن تعدادی از گره‌های حس‌گری، به‌سرعت خود را با شرایط جدید (تعداد حس‌گرهای کمتر) وفق داده و کار خود را انجام می‌دهد.

قابلیت گسترش در شبکه های حسگر بی سیم

تعداد گره‌های حس‌گری که برای مطالعه یک پدیده مورداستفاده قرار می‌گیرند، ممکن است در حدود صدها و یا هزاران گره باشد. مسلماً تعداد گره‌ها به کاربرد و دقت موردنظر بستگی دارد؛ به‌طوری‌که در بعضی موارد این تعداد ممکن است به میلیون‌ها عدد نیز برسد. یک شبکه باید طوری طراحی شود که بتواند چگالی بالای گره‌های حس‌گری را نیز تحقق بخشد. این چگالی می‌تواند از چند گره تا چند صد گره در یک منطقه که ممکن است کمتر از ۱۰ متر قطر داشته باشد، تغییر کند.

توپولوژی در شبکه های حسگر بی سیم

توپولوژی ذاتی شبکه حس/کار توپولوژی گراف است. به دلیل اینکه ارتباط گره‌ها بی‌سیم و به‌صورت پخش همگانی است و هر گره با چند گره دیگر که در محدوده برد آن قرار دارد ارتباط دارد. الگوریتم‌های کارا در جمع‌آوری داده و کاربردهای ردگیری اشیاء شبکه را درخت پوشا در نظر می‌گیرند. چون ترافیک اصولاً به فرمی است که داده‌ها از چند گره به سمت یک گره حرکت می‌کند.

مدیریت توپولوژی باید با دقت انجام شود یک مرحله اساسی مدیریت توپولوژی راه‌اندازی اولیه شبکه است گره‌هایی که قبلاً هیچ ارتباط اولیه‌ای نداشته‌اند در هنگام جایگیری و شروع بکار اولیه باید بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. الگوریتم‌های مدیریت توپولوژی در راه‌اندازی اولیه باید امکان عضویت گره‌های جدید و حذف گره‌هایی که به دلایلی از کار می‌افتند را فراهم کنند. پویایی توپولوژی از خصوصیات شبکه‌های حس/کار است که امنیت آن را به چالش می‌کشد. ارائه روش‌های مدیریت توپولوژی پویا به‌طوری‌که موارد امنیتی را هم پوشش دهد از موضوعاتی است که جای کار زیادی دارد.

توان مصرفی گره‌ها در شبکه های حسگر بی سیم

گره‌های شبکه حس/کار باید توان مصرفی کم داشته باشند. گاهی منبع تغذیه یک باتری ۲/۱ ولت باانرژی ۵/. آمپرساعت است که باید توان لازم برای مدت طولانی مثلاً نه ماه را تأمین کند. در بسیاری از کاربردها باتری قابل تعویض نیست. لذا عمر باطری عملاً عمر گره را مشخص می‌کند.

به علت اینکه یک گره علاوه برگرفتن اطلاعات (توسط حس‌گر) یا اجرای یک فرمان (توسط کارانداز) به‌عنوان مسیریاب نیز عمل می‌کند بدعمل کردن گره باعث حذف آن از توپولوژی شده و سازمان‌دهی مجدد شبکه و مسیردهی مجدد بسته عبوری را در پی خواهد داشت. در طراحی سخت‌افزار گره‌ها استفاده از طرح‌ها و قطعاتی که مصرف پایینی دارند و فراهم کردن امکان حالت خواب برای کل گره یا برای هر بخش به‌طور مجزا مهم است.

سخن آخر

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) یکی از فناوری‌های نوین و پرکاربرد در زمینه‌های مختلفی چون نظامی، پزشکی، محیط زیست، کشاورزی و صنعت به شمار می‌آیند. ما در این مقاله سعی کردیم درباره کاربردها، ویژگی‌ها و طول عمر این شبکه با شما صحبت کنیم البته در حال حاضر چالش‌هایی همچون محدودیت‌های انرژی، امنیت، قابلیت اطمینان، و مدیریت کارآمد منابع، هنوز هم به‌عنوان موانعی در مسیر توسعه و کاربرد گسترده این شبکه‌ها مطرح هستند که در نهایت، با توجه به رشد روزافزون اینترنت اشیا (IoT)، شبکه‌های حسگر بی‌سیم نقش مهمی در پیشبرد این فناوری ایفا می‌کنند و انتظار می‌رود که در آینده‌ای نزدیک، اهمیت و کاربرد این شبکه‌ها بیش از پیش افزایش یابد.

ترجمه مفهومی مقاله انتخاب مسیر چاهک متحرک در شبکه های حسگر بی سیم

ترجمه مفهومی مقاله انتخاب مسیر چاهک متحرک در شبکه های حسگر بی سیم

کلیک کنید