نگاهی به شبکه های بی سیم حسگر

مشاهده : 172
نگاهی به شبکه های بی سیم حسگر کامپیوتر و موبایل
پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و…پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری های گوناگون داده است.این حسگرهای […]
پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین،
اندازه کوچک، قیمت مناسب و…
پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین،
اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری های گوناگون داده است.
این حسگرهای کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی (بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن
اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده ای برای ایجاد و گسترش شبکه های موسوم به شبکه های بی سیم حسگر
WSN شده اند.
در این مقاله قصد داریم به یکی دیگر از این شبکه های مخابراتی می پردازیم که با کاربردهای جالب و
خاص خود، توجه متخصصان را به خود جلب کرده است: شبکه های بی سیم حسگر.
در این مقاله برآنیم تا خوانندگان را به طور اجمالی با چیستی، ویژگی ها و فاکتورهای اساسی طراحی در شبکه
های بی سیم حسگر آشنا کنیم.
امیدواریم این مقاله مقدمه تلاش های پیگیر علاقه مندان برای پژوهش های بیشتر در این حوزه باشد.
مقدمهپیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین،
اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری های گوناگون داده است.
این حسگرهای کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی (بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن
اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده ای برای ایجاد و گسترش شبکه های موسوم به شبکه های بی سیم حسگر
WSN شده اند.
یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره های حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده
و به جمع آوری اطلاعات از محیط می پردازند.
لزوماً مکان قرار گرفتن گره های حسگری، از قبل تعیین شده و مشخص نیست.
چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می آورد که بتوانیم آنها را در مکان های خطرناک و یا غیرقابل دسترس
رها کنیم.
از طرف دیگر این بدان معنی است که پروتکل ها و الگوریتم های شبکه های حسگری باید دارای توانایی های
خودساماندهی باشند.
دیگر خصوصیت های منحصر به فرد شبکه های حسگری، توانایی همکاری و هماهنگی بین گره های حسگری است.
هر گره حسگر روی برد خود دارای یک پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا
به گره ای که مسیول پردازش و نتیجه گیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازش های اولیه و ساده
را روی اطلاعاتی که به دست آورده است، انجام می دهد و سپس داده های نیمه پردازش شده را ارسال
می کند.
با اینکه هر حسگر به تنهایی توانایی ناچیزی دارد، ترکیب صدها حسگر کوچک امکانات جدیدی را عرضه می کند.
در واقع قدرت شبکه های بی سیم حسگر در توانایی به کارگیری تعداد زیادی گره کوچک است که خود قادرند
سرهم و سازماندهی شوند و در موارد متعددی چون مسیریابی هم زمان، نظارت بر شرایط محیطی، نظارت بر سلامت ساختارها
یا تجهیزات یک سیستم به کار گرفته شوند.
گستره کاربری شبکه های بی سیم حسگر بسیار وسیع بوده و از کاربردهای کشاورزی، پزشکی و صنعتی تا کاربردهای نظامی
را شامل می شود.
به عنوان مثال یکی از متداول ترین کاربردهای این تکنولوژی، نظارت بر یک محیط دور از دسترس است.
مثلاً نشتی یک کارخانه شیمیایی در محیط وسیع کارخانه می تواند توسط صدها حسگر که به طور خودکار یک شبکه
بی سیم را تشکیل می دهند، نظارت شده و در هنگام بروز نشت شیمیایی به سرعت به مرکز اطلاع داده
شود.
● ویژگی های عمومی یک شبکه حسگر علاوه بر نکاتی که تا کنون درباره شبکه های حسگر به عنوان مقدمه
آشنایی با این فناوری بیان کردیم، این شبکه ها دارای یک سری ویژگی های عمومی نیز هستند.
مهم ترین این ویژگی ها عبارت است از: ۱) بر خلاف شبکه های بی سیم سنتی، همه گره ها در
شبکه های بی سیم حسگر نیازی به برقراری ارتباط مستقیم با نزدیک ترین برج کنترل قدرت یا ایستگاه پایه ندارند،
بلکه حسگرها به خوشه هایی (سلول هایی) تقسیم می شوند که هر خوشه (سلول) یک سرگروه خوشه موسوم به Parent
انتخاب می کند.
این سرگروه ها وظیفه جمع آوری اطلاعات را بر عهده دارند.
جمع آوری اطلاعات به منظور کاهش اطلاعات ارسالی از گره ها به ایستگاه پایه و در نتیجه بهبود بازده انرژی
شبکه انجام می شود.
البته چگونگی انتخاب سرگروه خود بحثی تخصصی است که در تیوری شبکه های بی سیم حسگر مفصلاً مورد بحث قرار
می گیرد.
۲) پروتکل های شبکه ای همتا به همتا یک سری ارتباطات مش مانند را جهت انتقال اطلاعات بین هزاران دستگاه
کوچک با استفاده از روش چندجهشی ایجاد می کنند.
معماری انطباق پذیر مش، قابلیت تطبیق با گره های جدید جهت پوشش دادن یک ناحیه جغرافیایی بزرگ تر را دارا
است.
علاوه بر این، سیستم می تواند به طور خودکار از دست دادن یک گره یا حتی چند گره را جبران
کند.
۳) هر حسگر موجود در شبکه دارای یک رنج حسگری است که به نقاط موجود در آن رنج احاطه کامل
دارد.
یکی از اهداف شبکه های حسگری این است که هر محل در فضای مورد نظر بایستی حداقل در رنج حسگری
یک گره قرار گیرد تا شبکه قابلیت پوشش همه منطقه موردنظر را داشته باشد.
یک حسگر با شعاع حسگری r را می توان با یک دیسک با شعاع r مدل کرد.
این دیسک نقاطی را که درون این شعاع قرار می گیرند، تحت پوشش قرار می دهد.
بدیهی است که برای تحت پوشش قرار دادن کل منطقه این دیسک ها باید کل نقاط منطقه را بپوشانند.
با این که توجه زیادی به پوشش کامل منطقه توسط حسگرها می شود، احتمال دارد نقاطی تحت پوشش هیچ حسگری
قرار نگیرد.
این نقاط تحت عنوان حفره های پوششی نامیده می شوند.
اگر تعدادی حسگر به علاوه یک منطقه هدف داشته باشیم، هر نقطه در منطقه باید طوری توسط حداقل n حسگر
پوشش داده شود که هیچ حفره پوششی ایجاد نشود.
طراحی یک شبکه تحت تأثیر فاکتورهای متعددی است.
این فاکتورها عبارتند از: تحمل خرابی، قابلیت گسترش، هزینه تولید، محیط کار، توپولوژی شبکه حسگری، محدودیت های سخت افزاری، محیط
انتقال و مصرف توان که در زیر به شرح آنها می پردازیم.
● فاکتورهای طراحی فاکتورهای بیان شده در بالا از اهمیت فراوانی در طراحی پروتکل های شبکه های حسگر برخوردار هستند؛
در ادامه درباره هر یک از آنها توضیحات مختصری ارایه می کنیم.
▪ تحمل خرابی: برخی از گره های حسگری ممکن است از کار بیفتند یا به دلیل پایان توانشان، عمر آنها
تمام شود، یا آسیب فیزیکی ببینند و از محیط تأثیر بگیرند.
از کار افتادن گره های حسگری نباید تأثیری روی کارکرد عمومی شبکه داشته باشد.
بنابراین تحمل خرابی را “توانایی برقرار نگه داشتن عملیات شبکه حسگر علی رغم از کار افتادن برخی از گره ها”
تعریف می کنیم.
در واقع یک شبکه حسگر خوب با از کار افتادن تعدادی از گره های حسگری، به سرعت خود را با
شرایط جدید (تعداد حسگرهای کمتر) وفق داده و کار خود را انجام می دهد.
▪ قابلیت گسترش: تعداد گره های حسگری که برای مطالعه یک پدیده مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است در
حدود صدها و یا هزاران گره باشد.
مسلماً تعداد گره ها به کاربرد و دقت موردنظر بستگی دارد؛ به طوری که در بعضی موارد این تعداد ممکن
است به میلیون ها عدد نیز برسد.
یک شبکه باید طوری طراحی شود که بتواند چگالی بالای گره های حسگری را نیز تحقق بخشد.
این چگالی می تواند از چند گره تا چند صد گره در یک منطقه که ممکن است کمتر از ۱۰
متر قطر داشته باشد، تغییر کند.
▪ هزینه تولید: از آنجایی که شبکه های حسگری از تعداد زیادی گره های حسگری تشکیل شده اند، هزینه یک
گره در برآورد کردن هزینه کل شبکه بسیار مهم است.
اگر هزینه یک شبکه حسگری گران تر از هزینه استفاده از شبکه های مشابه قدیمی باشد، در بسیاری موارد استفاده
از آن مقرون به صرفه نیست.
در نتیجه قیمت هر گره حسگری تا حد ممکن باید پایین نگه داشته شود.
▪ ویژگی های سخت افزاری: همان طور که در شکل ۴ مشاهده می شود، یک گره حسگری از ۴ بخش
عمده تشکیل شده است: ـ واحد حسگر ، ـ واحد پردازش، ـ واحد دریافت و ارسال ـ واحد توان.
البته بسته به کاربرد، شبکه های حسگر می توانند شامل اجزای دیگری چون: سیستم پیداکردن مکان جغرافیایی، مولد توان و
بخش مربوط به حرکت در گره های متحرک نیز باشند.
در زیر اندکی درباره بخش های اصلی هر حسگر توضیح می دهیم.
۱) واحد های حسگری معمولاً از دو بخش حسگرها و مبدل های آنالوگ به دیجیتال تشکیل می شوند.
حسگرها بر اساس دریافت هایشان از پدیده مورد مطالعه، سیگنال های آنالوگ را تولید می کنند.
سپس این سیگنال ها توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال به سیگنال دیجیتال تبدیل شده و به بخش پردازش سپرده می
شوند.
۲) بخش پردازش که معمولاً با یک حافظه کوچک همراه است، همکاری گره با گره های دیگر را در جهت
انجام وظایف محول شده به هر حسگر مدیریت می کند.
۳) بخش فرستنده و گیرنده، گره را به شبکه متصل می کند.
بخش توان نیز یکی از مهم ترین بخش های یک گره حسگری است.
توان موردنیاز ممکن است با بخش های جمع آوری توان، مانند سلول های خورشیدی تأمین شود.
به موازات تولید توان، تلاش برای کاهش مصرف توان در شبکه بسیار مهم است.
صرفه جویی در مصرف توان در حالت کلی از دو طریق ممکن است.
یک راه ساخت حسگرهایی با مصرف انرژی کمتر و راه دیگر به کاربردن روش های مدیریت توان در طراحی نرم
افزاری شبکه است.
مثلاً ارسال TDMA از نظر مصرف توان مناسب است؛ زیرا در فاصله هر شیار زمانی که اطلاعات هر حسگر ارسال
نمی شود، حسگر در حالت انتظار که مصرف انرژی بسیار کمی دارد، قرار می گیرد.
روش های مناسب پیکربندی هندسی شبکه و یا انتخاب Parent می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد.
برای مطالعه جزییات بیشتر در این باره مراجع [۴] و [۳] مناسب اند.
همان طور که گفتیم هر حسگر ممکن است بخش های دیگری را نیز که به کاربرد خاص شبکه مربوط است
دارا باشد.
به عنوان نمونه، اکثر تکنیک های مسیریابی و وظایف حسگری نیازمند دانش دقیقی از مکان یابی جغرافیایی است.
در نتیجه متداول است که گره های حسگری دارای سیستم موقعیت یابی نیز باشند.
علاوه بر این در برخی موارد گره حسگری لازم است که متحرک باشد، لذا در مواقع لزوم بخشی نیز برای
حرکت در نظر گرفته می شود.
تمام این زیر بخش ها باید در یک قالب کوچک قرار بگیرند.
اندازه مورد نیاز ممکن است حتی کوچک تر از یک سانتی متر مکعب باشد.
علاوه بر اندازه، محدودیت های فراوان دیگری نیز برای گره های حسگری وجود دارد؛ این گره ها باید توان بسیار
کمی مصرف کنند، در یک محیط با چگالی بالا (از نظر تعداد گره ها) کار کنند، قیمت تمام شده آنها
ارزان باشد، قابل رها کردن در محیط و همچنین خودکار باشند.
بدون وقفه کار کنند و قابلیت سازگاری با محیط داشته باشند ● سخن پایانی به نظر می رسد که شبکه
های WSN کلاس جدیدی از شبکه های مخابراتی را به ما معرفی کرده اند.
این شبکه ها به ما این قدرت را می دهند که بفهمیم در یک محیط فیزیکی که حتی حضور انسانی
ممکن نیست؛ چه می گذرد.
این توانمندی مهم و منحصر به فرد با ترکیب قابلیت های حسگرهای الکترونیکی و فناوری های پیشرفته شبکه های مخابراتی
حاصل شده است.
البته پیشرفت های بیشتر در این حوزه منوط به انجام تحقیقات بیشتر مخصوصاً در حوزه استانداردسازی و مباحث اقتصادی است.
هرچند امروزه تولید انبوه و ارزان قیمت تراشه های الکترونیکی ممکن شده است؛ اما در حال حاضر برای تولید و
ایجاد شبکه ای کم هزینه برای کاربرد های صنعتی وکشاورزی و نیز توسعه بازار تجاری آن به تلاش های بیشتری
نیاز است.
اخبار فن آوری اطلاعات ایتنا
2011-03-11 / گردآوری:
گزارش خطا در خبر
نظر خود را بنویسید - نظرات کاربران (۰)
فیلم پرشین وی
برای رشد کسب و کار خود، فالوور بخرید !! برای رشد کسب و کار خود، فالوور بخرید !!
خرید فالوور اینستاگرام، بهترین روش برای افزایش فالوور ارزان
سوژه های روز رو این جا ببینید !
فال روزانه
تعبیر خواب
با دنیای بی نظیر و پر از خلاقیت گوشی های موبایل همراه شوید
گوشی دست دوم بخریم یانه؟ (نکات مهم خرید گوشی دست دوم)
کمی در رابطه با تاریخچه و اطلاعات گوگل کروم بخوانیم
کیفیت و وضوح بالای تلویزیون ۵۵ اینچ سونی به همراه قیمت
تجربه فروش بیشتر با طراحی سایت فروشگاهی
اندروید ۱۰ جدیدترین سیستم عامل گوشی های هوشمند را بیشتر بشناسید
دوربین آیفون ۱۱ را بیشتر بشناسیم
سونی اکسپریا ۵ پرچم دار کوچک سونی
نحوه فهمیدن آنفالو شدن در اینستاگرام توسط سایر کاربران
آیپد پروی جدید و ویژگی های منحصربفردش
آیفون ۱۱ چه چیزهایی برای موفقیت لازم دارد؟
حذف شدن کیبورد گوشی ها با هوش مصنوعی
تعداد لایک در اینستاگرام نمایش داده شود یا نه؟
راه‌ رفتن معلولین با آسانی با شورت ورزشی رباتیک
اسم آیفون آیا از گوشی های اپل حذف خواهد شد؟
بازی‌های رایگان iOS مخصوص فصل تابستان
logo-samandehi