شبکه حسگر بی‌سیم(3)

مشخصه های منحصر به فرد گیرنده ی بی سیم :

*گره های گیرنده با مقیاس کم

*قدرت محدود که می توان ذخیره یا تخلیه شود

*شرایط محیطی نا مناسب

*نقص های گره

* ترک گره

*شبکه دینامیک توپو لوژی

*نقص ارتباطات

*غیر یکنواختی گره ها

*گسترش با مقیاس بالا

*عملکرد خودکار

گره های گیرنده را می توان کامپیوتر های کوچکی تصور کرد. کاملاً اساسی و در وجه مشترکشان در ساختار و اجزاء آنها معمولاً شامل واحد پردازنده و قدرت اشتباه محاسبه ی محدود و حافظه ی محدود هستند گیرنده ها (شامل شرایط خاص مدارها) دستگاه ارتباطی (معمولاً فرستنده و گیرنده رادیویی و نوری متناوب) و منبع انرژی هم معمولاً از باتری است. پایگاه ها بنیادی از یا چند اجزاء برجسته از شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم (WSN) با محاسبه ی بیشتر انرژی ، منبع ارتباطاتی ، آنها مثل دروازه بین گره گیرنده و کاربر نهایی عمل می کنند.

ساختار ارتباطی شبکه‌های حسگر

گره‌های حسگری  در یک منطقه پراکنده می‌شوند. همان‌طور كه قبلاً هم اشاره كردیم گره‌های حسگری دارای توانایی خودساماندهی هستند. هر کدام از این گره‌های پخش‌شده دارای توانایی جمع‌کردن اطلاعات و ارسال آنها به پایانه‌ای موسوم به sink است. این اطلاعات از یک مسیر چند مرحله‌ای که زیرساخت مشخصی ندارد به سینک فرستاده می‌شوند و سینک می‌تواند توسط لینک ماهواره یا اینترنت با گره task manager ارتباط برقرار کند.

طراحی یک شبکه تحت تأثیر فاکتورهای متعددی است. این فاکتورها عبارتند از: تحمل خرابی، قابلیت گسترش، هزینه تولید، محیط کار، توپولوژی شبکه حسگری، محدودیت‌های سخت‌افزاری، محیط انتقال و مصرف توان که در زیر به شرح آنها می‌پردازیم:

فاکتورهای طراحی

فاکتورهای بیان‌شده در بالا از اهمیت فراوانی در طراحی پروتکل‌های شبکه‌های حسگر برخوردار هستند؛ در ادامه درباره هر یك از آنها توضیحات مختصری ارائه می‌كنیم.

تحمل خرابی

برخی از گره‌های 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 گره‌های حسگری نباید تأثیری روی کارکرد عمومی شبکه داشته باشد. بنابراین تحمل خرابی را "توانایی برقرار نگه داشتن عملیات شبکه حسگر علی‌رغم از کار افتادن برخی از گره‌ها" تعریف می‌كنیم. ‌در واقع یك شبكه حسگر خوب با از كار افتادن تعدادی از گره‌های حسگری، به سرعت خود را با شرایط جدید (تعداد حسگرهای كمتر) وفق داده و كار خود را انجام می‌دهد.

قابلیت گسترش

تعداد گره‌های حسگری که برای مطالعه یک پدیده مورد استفاده قرار می‌گیرند، ممکن است در حدود صدها و یا هزاران گره باشد. مسلماً تعداد گره‌ها به کاربرد و دقت موردنظر بستگی دارد؛ به طوری‌ كه در بعضی موارد این تعداد ممکن است به میلیون‌ها عدد نیز برسد. یك شبكه باید طوری طراحی شود كه 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 10 متر قطر داشته باشد، تغییر کند.

هزینه تولید

از آنجایی که شبکه‌های حسگری از تعداد زیادی گره‌های حسگری تشکیل شده‌اند، هزینه یک گره در برآورد کردن هزینه کل شبکه بسیار مهم است. اگر هزینه یک شبکه حسگری گران‌تر از هزینه استفاده از شبكه‌های مشابه قدیمی باشد، در بسیاری موارد استفاده از آن مقرون به صرفه نیست. در نتیجه قیمت هر گره حسگری تا حد ممكن باید پایین نگه داشته شود.

ویژگی‌های سخت‌افزاری

یک گره حسگری از4 بخش عمده تشکیل شده است:

*واحد حسگر

*واحد پردازش

* واحد دریافت و ارسال

*واحد توان.

البته بسته به كاربرد، شبكه‌های حسگر می‌توانند شامل اجزای دیگری چون: سیستم پیداکردن مکان جغرافیایی، مولد توان و بخش مربوط به حرکت در گره‌های متحرک نیز باشند.

بخش های اصلی هر حسگر

1. واحد‌های حسگری معمولاً از دو بخش حسگرها و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال تشکیل می‌شوند. حسگرها بر اساس دریافت‌هایشان از پدیده مورد مطالعه، سیگنال‌های آنالوگ را تولید می‌كنند. سپس این سیگنال‌ها توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال به سیگنال دیجیتال تبدیل شده و به بخش پردازش سپرده می‌شوند.

2.بخش پردازش که معمولاً با یک حافظه کوچک همراه است، همکاری گره با گره‌های دیگر را در جهت انجام وظایف محول شده به هر حسگر مدیریت می‌کند.

3.بخش فرستنده و گیرنده، گره را به شبکه متصل می‌کند. بخش توان نیز یکی از مهم‌ترین بخش‌های یک گره حسگری است. توان موردنیاز ممکن است با بخش‌های جمع‌آوری توان، مانند سلول‌های خورشیدی تأمین شود. به موازات تولید توان، تلاش برای كاهش مصرف توان در شبكه بسیار مهم است. صرفه جویی در مصرف توان در حالت كلی از دو طریق ممكن است. یك راه ساخت حسگرهایی با مصرف انرژی كمتر و راه دیگر به كاربردن روش‌های مدیریت توان در طراحی نرم‌افزاری شبكه است. مثلاً ارسال TDMA از نظر مصرف توان مناسب است؛ زیرا در فاصله هر شیار زمانی كه اطلاعات هر حسگر ارسال نمی‌شود، حسگر در حالت انتظار كه مصرف انرژی بسیار كمی دارد، قرار می‌گیرد.

روش‌های مناسب پیكربندی هندسی شبكه و یا انتخاب Parent می‌تواند مصرف انرژی را كاهش دهد. همان‌طور كه گفتیم هر حسگر ممکن است بخش‌های دیگری را نیز که به کاربرد خاص شبکه مربوط است دارا باشد. به عنوان نمونه، اکثر تکنیک‌های مسیریابی و وظایف حسگری نیازمند دانش دقیقی از مکان‌یابی جغرافیایی است. در نتیجه متداول است که گره‌های حسگری دارای سیستم موقعیت‌یابی 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 می‌شود.

تمام این زیر‌‌بخش‌ها باید در یک قالب کوچک قرار بگیرند. اندازه مورد نیاز ممکن است حتی کوچک‌تر از یک سانتی‌متر مکعب باشد.

علاوه بر اندازه، محدودیت‌های فراوان دیگری نیز برای گره‌های حسگری وجود دارد؛ این گره‌ها باید توان بسیار کمی مصرف کنند، در یک محیط با چگالی بالا (از نظر تعداد گره‌ها) 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.

نظارت بر محیط

کنترل یا نظارت بر محیط نوعی استفاده از گیرنده بی سیم است. در نظارت محیط ، گیرنده بی سیم در ناحیه‌ای پراکنده می‌شود که تعدادی پدیده یا حادثه باید تحت نظارت باشد. برای مثال تعداد زیادی از این گره‌های فرستنده و دریافت کننده می‌توانند در میدان جنگ برای آشکار کردن تجاوز دشمن بجای استفاده از مین‌های زمینی گسترش داده شوند.

زمانی که این حس گر یا گیرنده اتفاقی را که تحت نظر بوده (گرما، فشار ، صدا ، نور ، زمین هایی با خواص مغناطیسی و لرزش و ارتعاش و غیره) پیدا می‌کند، لازم است که اتفاق به یکی از پایگاه‌ها گزارش شود. این پایگاه بر اساس نوع کاربری شبکه عملی مناسب، مانند ارسال پیغام به اینترنت یا ماهواره و یا پردازش محلی داده، را انجام می‌دهد.