بخشی از مقاله
چکیده
شبکه های حسگر بی سیم با استاندارد IEEE 802.15.4 یکی از مهمترین شبکه های کامپیوتری در فن آوری اطلاعات امروز است. شبکه های حسگر بی سیم با چند ایستگاه قدرتمند پایه و تعداد زیادی از گره های حسگر با منابع محدود تشکیل می شوند. در این شبکه ها توان عملیاتی و محاسبه ظرفیت بسیار مهم است. به طور کلی افزایش گره های حسگر باعث افزایش توان عملیاتی می گردد اما به دلیل برخورد بسته ها و ترافیک بالای شبکه توان عملیاتی ممکن است کاهش یابد. برای ارائه نرخ داده کم برای پوشش کوتاه و عمر باتری طولانی، ZigBee در شبکه حسگرهای بی سیم استفاده می شود و گره های ZigBee در شبکه حسگر بی سیم که به عنوان گره های حسگر ZigBee استفاده می شوند. گره های حسگر بی سیم سیستم ZigBee به طور کلی بر پایه پشته پروتکل که استاندارد IEEE 802.15.4 است و پروتکل ZigBee ساخته می شوند. در این مقاله ابتدا روش ها و الگوریتم های محاسبه ظرفیت و پس از آن روش ها و الگوریتم های افزایش و بهبود توان عملیاتی در شبکه های حسگر بی سیم مبتنی بر ZigBee مورد بحث قرار گرفته است. واژگان کلیدی: شبکه حسگر بی سیم، توان عملیاتی، محاسبه ظرفیت، شبکه ZigBee، استاندارد .IEEE 802.15.4
-1 مقدمه
پیشرفت های جدیدی در توسعه ارتباطات شبکه های حسگر بی سیم بوجود آمده است. شبکه های حسگر نشان از بهبود قابل توجهی نسبت به حسگرهای سنتی است. در تکنولوژی ارتباطات بی سیم پیشرفت های زیادی در زمینه های بسیاری مانند صنعت، پزشکی، امنیتی، نظامی و زمین شناسی و غیره حاصل شده است .[1] سنسورها در شبکه حسگر بی سیم دارای تنوع از اهداف، عملکردها و ظرفیت ها می باشند. [2] ZigBee دارای استاندارد IEEE 802.15.4 است که با شبکه محدوده ارتباطی کوتاه برای ایجاد شبکه شخصی بکار برده می شود. آن همچنین به عنوان توپولوژی ZigBee و درخت خوشه ZigBee شناخته می شود و میزان 250 کیلوبیت بر ثانیه که برای مسیریابی داده متوسط یا متناوب، مناسب تعریف می شود. ZigBee عملیات صرفه جویی در انرژی و مسیریابی سبک وزن برای مدیریت MAC با ساختار قاب فوق العاده پشتیبانی می کند.
در شبکه ZigBee، سه نوع مختلف از دستگاه ها استفاده می شوند:
·هماهنگ کننده : - ZC - این دستگاه در ریشه شبکه است و به عنوان دستگاه سطح بالا در شبکه ZigBee است که آغاز شکل گیری شبکه با اختصاص شناسایی خاص که شناسایی شبکه ناحیه شخصی نامیده می شود مانند .PAN ID همچنین می تواند به عنوان یک مسیریاب شبکه عمل کند.
·مسیریاب : - ZR - این دستگاه سطح دوم از دستگاه های ZigBee می باشد. این دستگاه می تواند با هماهنگ کننده های ZigBee و یا با ZR قبلی ارتباط برقرار کند. برای انتقال و دریافت داده ها، استفاده می گردد و همچنین به عنوان یک دستگاه میانی که در آن مسیریابی قابلیت دریافت و فرستادن دوباره بسته ها را به مسیرهای مشخص دارد استفاده می گردد.
·دستگاه پایانی : - ZED - دستگاه پایانی، دستگاهی با قابلیت پایین است که آخرین نوع از دستگاه ها است. این دستگاه اجازه ارتباط و یا شرکت در مسیریابی را نمی دهد. این دستگاه مانند بچه به دستگاه های والدین مانند هماهنگ کننده و یا مسیریاب برای ارائه پوشش وابسته است.
[3] IEEE 802.15.4 یک استاندارد است که به طور معمول برای ZigBee مفید است و این اساسا برای دستگاه های کم قدرت شبکه ناحیه شخصی بی سیم طراحی شده است و یا به عبارت دیگر می توان استاندارد ZigBee گفت. IEEE 802.15.4 یک استاندارد است که برای تعریف لایه فیزیکی و زیر لایه کنترل دسترسی متوسط برای شبکه های ناحیه شخصی بی سیم کوتاه برد بکار می رود. IEEE 802.15.4 یک استاندارد است که معمولا برای صرفه جویی انرژی در نظر گرفته می شود. این یک استاندارد است که مفید برای شبکه های سنسور قدرت کم با دو حالت عملیاتی که حالت روشن و حالت غیر روشن است. در حالت فعال روشن، فریم های روشن به صورت دوره ای توسط هماهنگ کننده ارسال می گردند. گره عامل در این حالت به خوبی هماهنگ شده است. در مقابل با حالت غیر روشن فعال، گره ها هماهنگ نیستند و انتقال روشن متناوب وجود ندارد همچنین گیرنده ها لازم است به طور مداوم برای دریافت یک قاب در هر زمان بیدار شوند.
جمع آوری داده ها، کاربرد اصلی الگوریتم زمان بندی راهنما [4] است و با نرخ تاخیر پوشش کم که طولانی ترین گزارش تاخیر در میان مسیریاب ها است. یک روش خود استقرار راه حل خوبی را برای حسگرهای ساکن ارائه نمیکند. بار سیستم توسط روش پخش سلولی کاهش می یابد. برای ارائه پوشش میدان حسگر، حداقل تعداد حسگرها مستقر می شوند. هنگامی که جریان داده مسیر دو طرفه است فرآیند کشف دستگاه انجام می شود. به منظور بهبود عملکرد مسیریابی در سناریو های متحرک سرآیند [5] ZigBee کاهش داده می شود. از دست دادن بسته رخ نخواهد داد اگر شبکه طرح های مش و مسیریابی درختی باشد. اجرای شبکه های حسگر نیاز به روش های شبکه ای تک کاره بی سیم دارد. مسیریابی مناسب و انتقال داده، تحویل پایدار/ حمل و نقل بسته ها را فراهم می کند. شکل 1 معماری IEEE 802.15.4 را نشان می دهد .[6]
-2 روش ها و الگوریتم های محاسبه ظرفیت
روش های مختلف محاسبه ظرفیت در شبکه های حسگر بی سیم عبارتند از:
-1-2 روش کارایی تحرک
کارایی مسیریابی در حالات متحرک با استفاده از استانداردهای ZigBee مشخص می شود که در گام اول برای انجام و اجرای اولیه لایه شبکه ZigBee در NS-2 است و در گام دوم برای تجزیه و تحلیل ظرفیت مقررات فعلی و ارائه یک مجموعه عظیمی از نتایج شبیه سازی برای تعیین اثر بخشی است اگر استاندارد برای رسیدگی به تحرک باشد .[7] از دست دادن بسته رخ نمی دهد وقتی که شبکه در هر دو سیستم مش و طرح مسیریابی درختی ثابت کار کند. از آنجا که دستگاه های پایانی ZigBee قادر نیستند به بازیابی مسیریابی، از مسیریاب های ZigBee به علت سربار آنها کاسته می شود. من در مورد پشته پروتکل ZigBee در رابطه با استاندارد IEEE 802.15.4 که در آن لایه PHY دارای 27 کانال است بحث می کنم و لایه MAC را برای دسترسی به کانال رادیویی با استفاده از CSMA/CA کنترل خواهم نمود. دو نوع چارچوب جهت بحث وجود دارند: آنها دستگاه با عملکرد کامل - FFD - و دستگاه با عملکرد کاهشی - RFD - هشتند و توجه داشته باشید که RFD فقط می تواند با FFD ارتباط برقرار کند. ZigBee دارای سه نوع از دستگاه ها یعنی هماهنگ کننده ZigBee، مسیریاب ZigBee و دستگاه های پایانی ZigBee می باشد. شبکه جدید توسط هماهنگ
