دانلود مقاله بررسی روش های مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم

بخشی از مقاله

چکیده

شبکه های حسگر بی سیم از گره های کوچک با سنجش، محاسبه و قابلیت های ارتباطات بی سیم تشکیل شده است. پروتکل های انتشار بسیاری از مسیریابی و مدیریت توان و داده به طور خاص برای wsn طراحی شده اند که در آن آگاهی از انرژی یک مسئله ضروری طراحی است. پروتکل های مسیریابی در wsn بسته به کاربرد و معماری شبکه ممکن است متفاوت باشند. در این مقاله یک بررسی از حالت و شکل الگـوریتم هـای مسـیریابی تخـت و سلسله مراتبی ارائه شده است و مزایا و معایب هر یک از این الگوریتم ها به اختصار بیان شده است.

واژه های کلیدی: شبکه حسگر، wsn، مسیر یابی تخت، مسیریابی سلسله مراتبی.

1 -مقدمه

شبکه حسگر بی سیم (WSN) نوعی از شـبکه بـی سیم است که با استفاده از دستگاه های مستقل کـه از حسگرها اسـتفاده مـی کننـد و در نقـاط مختلـف نوزیع شده اند بر شرایط محیطی ماننـد دمـا، صـدا، لرزش، فشار، حرکت یا آلاینده ها نظارت می کنند.

شیکه های حسگر بی سیم در ابتدا با انگیـزه کـاربرد های نظامی توسعه پیدا کرد، امـا در حـال حاضـر در بسیاری از زمینه های کاربرد غیـر نظـامی، از جملـه محیط زیسـت و نظـارت بـر زیسـتگاه، برنامـه هـای مراقبت های بهداشـتی، اتوماسـیون خانـه، و کنتـرل ترافیک استفاده می شود. .[1]

یک wsn از 100 ها یا هزاران حسگر تشکیل شـده است. این حسگرها قادر به برقراری ارتبـاط مسـتقیم با حسگرهای دیگر و ایستگاه پایـه مـی باشـند. هـر تصمیمی که حسگر می گیرد بر مبنـای وظـایف آن، اطلاعاتی که از محیط فیزیکی حـس کـرده اسـت و

1

دانش او در زمینه ی منابع انرژی و محاسـبات، پایـه گذاری می شود. علاوه بر این یک یا چنـد سنسـور، هر گره در شبکه هـای حسـگر بـه طـور معمـول بـا فرستنده و گیرنده رادیویی یـا دیگـر دسـتگاه هـای ارتباطات بی سیم، یک میکروکنترلر کوچک و منبـع انرژی(معمولا یک باتری) مجهز شده است.

اندازه و هزینه گره های حسگر متفاوت است، که این تفاوت ها نتیجه محدودیت های مربـوط بـه منـابعی مانند انرژی، حافظه، سرعت محاسباتی و پهنای بانـد است.

شکل _1 ساختار یک شبکه حسگر بی سیم[9]

اولین همایش ملی برق و کامپیوتر جنوب ایران دانشگاه آزاد اسلامی واحد خورموج
اردیبهشت 92

2 -مقایسه wsn با دیگر شبکه های بی سیم

wsn ها در مقایسه با دیگر شبکه های بی سیم چون شبکه های mobile، شبکه های ad-hoc و شبکه های cellular تفاوت هایی دارد که این تفاوت ها بر روی مسیریابی در این شبکه تاثیر گذار است .

• به دلیل بسیار زیاد بودن گره ها در این شبکه ها، استفاده از یک شمای آدرس دهی سراسری به دلیل overhead ای که نگه داری این آدرس ها به وجود می آورد امکان پذیر نمی باشد. بنابراین پروتکل های مبتنی بر IP را نمی توان در این شبکه ها استفاده کرد.[2]

• طراحی الگوریتم های مسیریابی باید به گونه ای انجام بگیرد که در آن محدودیت های حسگر ها از لحاظ انرژی و ظرفیت ذخیره سازی در نظر گرفته شده باشد.[3]

• چون گره ها در این شبکه ها تقریبا ثابت هستند و مانند گره های شبکه های mobile و ad-hoc تغییر مکان زیادی ندارند، لذا توپولوژی شبکه از لحاظ تغییر مکان آن ها تغییر چندانی نمی کند.

• مکان استقرار حسگرها در جمع آوری داده اهمیت زیادی دارد. به همین منظور برای مشخص کردن مکان حسگرها از تکنولوژی هایی چون GPS ، امواج رادیویی و الگوریتم های تقسیم مثلثی و مانند آن استفاده می کنند.

• در ا ین شبکه جمع آوری اطلاعات توسط همه ی حسگرها و بر اساس اتفاقات

مشترک انجام می پذیرد. لذا احتمال این که بین داده ها افزورگی وجود داشته باشد بسیار بالا است.

با توجه به این ویژگی ها مشخص می شود که شبکه های wsn به الگوریتم های مسیریابی خاص خود نیاز دارند. یافتن و نگه داری مسیرها در این الگوریتم ها بسیار قابل اهمیت است چون باید محدودیت انرژی در آن ها لحاظ شود و همین محدودیت انرژی می تواند باعث تغییراتی در توپولوژی شبکه شود که غیرقابل پیش بینی می باشد. [2]

3 -مسیر یابی تخت1

اولین دسته از پروتکل های مسیریابی، پروتکل مسیریابی مولتی هاپ تخت است. در شبکه های مسطح هر گره به طور معمول نقش یکسانی را بازی می کند و گره های حسگر برای انجام دادن وظیفه سنجش با یکدیگر همکاری می کنند.

• جاری شدن سیل2

جاری شدن سیل یک مکانیزم کلاسیک برای تقویت داده ها در شبکه های حسگر بدون نیاز به هر گونه الگوریتم مسیریابی و نگهداری توپولوژی است. در این روش هر حسگر یک بسته داده پخش به تمام همسایگانش دریافت می کند و این فرایند ادامه می یابد تا زمانی که بسته اطلاعاتی به مقصد برسد و یا تعداد بیشتر از هاپ ها برای بسته ها رسیده است.[4]

1 Flat Routing 2 Flooding

2

اولین همایش ملی برق و کامپیوتر جنوب ایران دانشگاه آزاد اسلامی واحد خورموج
اردیبهشت 92

الگوریتم جاری شدن سیل در برابر تغییرات توپولوژی شبکه مقاوم است. این الگوریتم به هیچ محاسبات پیچیده ای برای مسیریابی نیاز ندارد و دارای این مزیت است که ارسال داده ها به مقصد در سطح بالایی از اطمینان انجام می گیرد. اگرچه روش سیل آسا برای به اجرا درآمدن خیلی آسان است، ولی محدودیت های زیر در آن وجود دارد:

هنگامی که دو گره سنجش از یک منطقه بسته های مشابه را به همسایه یکسان ارسال می کنند، همپوشانی ایجاد می شود. همان طور که در شکل 3 نشان داده شده است، دو حسگر A) و (B یک منطقه جغرافیایی مشترک (r) را پوشش می دهند و C یک کپی مشابه از داده ها را از این حسگرها دریافت می کند.[5]