بخشی از مقاله
چکیده
شبکه حسگر بیسیم متشکل از طیف گستردهای از کاربردهاست. نظارت های امنیتی، مراقبتهای پزشکی و نظارت بر محیط زیست از عمده کاربردها محسوب میشود. مشکل پوشش در شبکه حسگر بیسیم اخیراً مورد بحث و مطالعه قرار گرفته است. به ویژه زمانی که بحث اتصال و بهرهوری انرژی مورد توجه است. این مقاله تمرکزش بر روی مشکل جایگزینی گرههای حسگر در شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از گرههای متحرک میباشد. بهرهگیری از حسگرهایی با قابلیت تحرک برای بهبود حفظ - پشتیبانی - پوشش کلی با استفاده از مفهوم خوشهبندی پویا پیشنهاد گردیده است. در راه حل پیشنهادی جهت رفع نقص فرض میشود اطلاعات محلی در دسترس نمیباشد. گرههای حسگر متحرک با استفاده از عملیات ساده هندسی مستقر و جایگزین گرههای مرده شوند تا به بازیابی و افزایش پوشش موجود و اتصال شبکه بپردازند.
واژگان کلیدی: شبکه های حسگر بی سیم 1، پوشش2 ، اتصال3 ، توزیع4 ، خوشه بندی پویا5
-1 مقدمه
در شبکههای حسگر بیسیم، حسگرها با اندازه کوچک قابلیتهای پیشرفته سنجشی5، ارتباطات و تواناییهای محاسباتی مجهز گردیدهاند. براساس این پارامترها گرههای حسگر بیسیم صدها و یا هزاران نوع مختلف خواهند داشت. این گرههای حسگر به برقراری ارتباطات با امواج رادیویی میپردازند. توان هر حسگر توسط یک باتری تأمین میگردد که معمولاً به مصرف ارتباطات و حس کردن گره حسگر میرسد. گرههای حسگر تبادل اطلاعات محیطی را به نظور بدست آوردن یک نمای کلی از ناحیه کنترل شده را که هدف اصلی شبکه حسگر است را ممکن میسازد. در واقع در اغلب کاربردها، حسگرها به صورت تصادفی در محیط پرخطر که امکان حضور انسان وجود ندارد پراکنده میشوند. این امر منجر به این واقعیت گردیده است که حسگرهای توزیع و از راه دور کنترل میگردند نمیتوانند درجه مورد نیاز از پوشش و اتصال را تضمین نمایند.
پوشش و اتصال از الزامات بنیادی در شبکههای حسگر بیسیماند و میتوانند معیارهای مورد نظر را وقتی که کیفیت سرویس نیز در درجه اول اهمیت باشد برای برنامههای کاربردی استفاده گردد. پوشش منطقه تعدادی از اهداف است که توسط یک حسگر مانیتور میشود. یک منطقه میتواند توسط حسگرهای زیادی دیدهبانی شوند تا درجه بالاتری از پوشش را تأمین کنند. درجه پوشش بسته به برنامههای کاربردی و تعداد نقصهایی است که میتواند تحمل شوند. - قابل توجه باشند - . مشکل تعویض حسگرها در شبکههای حسگر بیسیم شامل حسگرهای متحرک نیز میشود. حسگرهای مجهز شده به قابلیت تحرک برای بازیابی یا بهبود پوشش و اتصال کلی مورد استفاده قرار میگیرند.
گرههای حسگر متحرک [23] [22] با استفاده از عملیات ساده هندسی به جایگزینی گرههای مرده جهت بازیابی و افزایش پوشش موجود و اتصال گرهها میپردازد. الگوی حس کردن - سنجش - گرههای حسگر متحرک نسبت به حوزه هدف تعیین میشود. پروتکل جایگزینی حسگرهای پیشنهادی به طور موفقیتآمیزی به مدیریت رفع نقص در غیاب اطلاعات مکانی پرداخته و موجب بهرهوری از انرژی کارآمد میگردد. این مقاله به صورت زیر سازماندهی شده است. در بخش دوم به طور خلاصه به معرفی کارهای مرتبط پرداختهایم. در بخش سوم به توصیف کار در بخش پیشنهادی اشاره داریم. در بخش چهارم نتایج تجربی و توصیفات کار و در بخش پنجم نتیجهگیری و مشاهده نتایج شبیهسازی را ارائه کردهایم.
-2 کارهای مرتبط در [5] به برنامهریزی و معرفی ابزارهای تشخیص و یا تجزیه و تحلیل برای استقرار در مقیاسهای بزرگ میپردازد. ابزاربرنامهریزی در فاز پیش توزیع موردنظر و استفاده است اما ابزارهای تجزیه و تحلیل در فاز بعد از استقرار مورد بحث است. در [9] و [15] نویسندگان پیشنهادشان را در توپولوژی شبکه حسگر بیسیم ارائه میدهند.مسائل توپولوژی را به دو دسته تقسیم میکنند:
1.مسئله توپولوژی آگاهی
2.مسئله کنترل توپولوژی
مسئله توپولوژی آگاهی عبارتست از: مشکلات جغرافیایی مسیریابی و مشکل حوزههای حسگر.مسئله کنترل توپولوژی خود به دو قسمت تقسیم میگردد: توپولوژی پوشش حسگرها و توپولوژی اتصال حسگرها. توپولوژی پوشش حسگرها درباره نحوه به حداکثر رساندن ناحیه سنجش به همراه کمترین میزان مصرف انرژی بحث مینماید. شبکههای حسگر سیستمهای خود تنظیمی دارند که به هماهنگی گرههای مستقل میپردازد. اما توسعه آنها با توجه به محدودیتهای تجهیزات حسگرها به آرامی انجام میگیرد. محدودیتهای انرژی حسگرها به باتری یا سلولهای خورشیدی آنها بستگی دارد. سطح انرژی گرههای حسگر ثابت و متغیر و حتی بسیار متنوع است. توپولوژی اتصال دیگر مفهوم مهم در مشکلات کنترل توپولوژی است. در [25] روشی را برای دیدهبانی، پشتیبانی و ترمیم اتصالات شبکه با شبکه حسگر متحرک پویا ارائه شده است، به طوری که اتصال شبکه به طور مداوم در دسترس بوده و تحمل پذیری خطا 6را فراهم میکند. در [10] پیشنهاد گرههای هیبرید متحرک به همراه انرژیهای بیشتر را نسبت به دیگر گرهها برای فعالیتهای آن مورد بحث است.
در پشتیبانی پوشش مفهوم طول عمر یک موضوع دیگر است. ممکن است بتوان با خود برنامهریزی و اضافه کردن گرههای مازاد حالتهای مختلفی را برای گرههای حسگر ایجاد نمود. راهکارهایی پیش از این در [2] و [27] جهت پشتیبانی از پوشش و اتصال در شبکه حسگر بیسیم ارائه شده است. در [26] هر حسگر میتواند خود برنامهریزی داشته و به طور جداگانه به کنترل شعاع رادیویی و شعاع احساس خود پرداخته و با مکانیزمهای بازسازی پویا هماهنگ شود. پشتیبانی اتصال در شبکه حسگر با اعمال تصمیم به روشن یا خاموش شدنی RF - شعاع رادیویی - گرهها انجام میشود و پشتیبانی پوشش در شبکه حسگر با اعمال تصمیمگیری برای روشن یا خاموش شدن شعاع احساس - Sensing - انجام میپذیرد. شعاع اتصال مستقل از شعاع احساس میباشد. حسگرها چهار حالت میتوانند داشت باشند.
·حالت خواب که هر دو شعاع اتصال و شعاع احساس در حالت خاموش میباشند.
·حالت فعال که هر دو شعاع اتصال و شعاع احساس در حالت روشن میباشند.
·حالت سنجش که شعاع اتصال خاموش و شعاع احساس روشن میباشد.
·حالت ارتباط که شعاع احساس خاموش و شعاع اتصال روشن میباشد.
این روش برای تمام کاربردها مناسب است اما هزینه دیدهبانی - مانیتورینگ - را بالا میبرد. مسئله بعدی استفاده از گرههای مازاد است، این امر پوشش بهتر را فراهم میکند اما هزینهی زیادی دارد. [1] گره مازاد در ناحیه بزرگ برای طول عمر پوشش با پراکندگی گرههای مازاد در ناحیه هدف به صورت تصادفی توزیع میگردد. در این روش آنها فرض میکنند که هر گره حسگر دارای سه حالت عملیاتی است:
·سنجش
·رله7 - تعویض -
·خواب
