بخشی از مقاله
چکیده
پروتکل لیچ یکی از بهترین پروتکلهاي مسیریابی مبتنی بر خوشهبندي میباشد که ابراي بهبود مشکلات آن پژوهشهاي بسیاري انجام گرفته است. چالشهاي مربوط به لکههاي نفتی پویا با اندازه متغیر و همچنین امکان ظاهرشدن در هر مکانی براي شبکههاي حسگر بیسیم، سبب شده است تا در این پژوهش جهت هدایت شناورها و قایقهاي نفتکش به هنگام نشت نفت در آبهاي آزاد، چارچوبی پیشنهاد گردد که در آن کشف مناطق خطر، تعیین مسیرهاي جایگزین و مدیریت جریان منظم ترافیک دریایی مد نظر قرار گیرد. نتایج شبیهسازي چارچوب پیشنهادي نشان میدهد که پروتکل شخصیسازي شده E-LEACH طول عمر گرهها را نسبت به پروتکل LEACH افزایش داده است.
-1 مقدمه
با توسعه جامعه و اقتصاد، توجه مردم به محیط دریایی بیشتر و بیشتر شد. این محیطهاي دریایی به دلیل فعالیتهاي انسانی نظیر صنعتی، توریستی و توسعههاي شهري، آسیبپذیر هستند.
در طی دهه گذشته، شبکههاي حسگر بیسیم بهطور گستردهاي در زمینههاي مختلف نظیر نظارت آب1، نظارت جنگل2، نظارت کشاورزي3، نظارت جنگی4، خانههاي هوشمند5 و جلوگیري از حوادث مورد استفاده قرار گرفتهاست. این تکنولوژي همچنین میتواند براي حس و جمعآوريکردن پارامترهاي فیزیکیِ زیر دریا و انتقال آنها به ایستگاه مرکزي با استفاده از ارتباطات بیسیم بهکار گرفته شود.
ویژگیهایی که سبب استفاده از شبکههاي حسگر بیسیم میشوند، خود-سازماندهی6، حداکثر کردن سودمندي مصرف انرژي، قیمت ارزان آنها، چگالی توزیع،رتباطاتا چندهاپیِ بازهکوتاه میباشند. همچنین بهطور مقایسهاي گرههاي حسگر هزینه اندکی دارند و میتوانند در کف دریا تعبیه شوند.
سیستم سنتی نظارت بر محیط دریایی با استفاده از کشتی تحقیقاتی اقیانوسشناسی، گران و زمانبر است و دقت کمی در زمان و فضا دارد. براي تحقیقات دریایی، روشهاي مبتنی بر شبکههاي حسگر بیسیم میتوانند به-طور چشمگیري جهت دستیابی به دادههاي واقعی، پوششهایی در زمان طولانی و ناحیههاي وسیع جغرافیایی بهبود یابند.
نکته مهم دیگر در مورد ارتباط زیرآب این است که ارتباط رادیویی به دلیل انتشار در شعاع محدود مناسب نیست و ارتباط صوتی قابل اعتمادتر و بهتر است. علاوه برآن مصرف انرژي حسگرهاي زیرآب به مراتب بیشتر از حسگرهاي استفاده شده بر روي زمین است. به این دلیل که حسگرها بزرگترند و اینکه ممکن است برخی از کاربردهاي آنها در زیرآب مقدار بیشتري داده نیاز داشته باشند. بنابراین آنچه مدنظر است: سختافزار، ارتباط صوتی از طریق حسگرها، پروتکلها، خودسازماندهی شبکه زیرآب، مکاندهی و هماهنگسازي زمان میباشد.
در سیستمهاي نظارت محیط دریایی مبتنیبر شبکههاي حسگر بیسیم، انواع متفاوتی از حسگرها بهمنظور اندازهگیري پارامترهاي مختلف فیزیکی نظیر دماي آب، شوري، گلآلودي، درجه pH آب، چگالی اکسیژن، کلروفیل، فشار، جهت باد و سرعت باد مورد استفاده قرار میگیرند.
مشکلات و چالشهاي شبکههاي حسگر بیسیم در زیرآب - : - .Elgenaidi & Newe, n.d
• حرکت: آب دریا شرایط محیطی را ایجاد میکند که به دلیل تأثیر منفی پارامترهاي شبکه - نظیر شکستن گره شناورنیاز - است شبکه مجدداً پیکربندي شود.
• مدیریت مصرف انرژي: بهطور معمول، باطريها تأمین کننده انرژي در شبکههاي حسگر بیسیم هستند. بهمنظور ذخیره انرژي، مکانیزمهاي ارتباطی بیسیم که هدفشان حداقل کردن فعالیتهاي رادیویی است، اعمال شده است.
• طراحی نرمافزار شبکه: بهطور معمول شبکههاي حسگر بیسیم، مبتنیبر سیستم شبکه تعبیه شده هستند. سیستمعامل بهعنوان هسته ارتباطی شبکه در نظر گرفته میشود. کدهاي برنامه، اتصالات و تحویل داده بین گرهها، ایستگاهمبنا و کاربر نهایی را مدیریت میکنند.
• انتقال داده و امنیت: ارتباطات بین مولفههاي شبکههاي حسگر بیسیم دریایی تحت تأثیر عواملی نظیر تعداد وضعیتهاي محیطی و طراحی شبکه میباشد. براي مثال، محیط آب، قدرت سیگنال رادیویی را کاهش میدهد. همچنین جهت اطمینان از محرمانگی و یکپارچگی دادههاي جمعآوري شده، پروتکل-هاي امنیتی میبایست مورد استفاده قرار گیرند.
طراحی و توسعه گرههاي حسگر زیرآب:
در این سیستم، گرههاي حسگر قرار گرفته در ناحیههاي هدف اطلاعات محیطی زیرآب را جمعآوري مینمایند. در برخی موارد دیگر این گرهها با حرکت به سمت نزدیکی هدف یا اطراف آن، اطلاعات مورد نظر را بهدست می-آورند. این اطلاعات به ایستگاهمبنا یا کشتی نزدیک به منطقه هدف، از طریق شبکههاي حسگر بیسیم ناظر زیرآب - UMWSN - 1 انتقال داده میشود.
سناریوي پیشنهادي جهت استفاده از UMWSN به شرح ذیل است.
-1 کشتیهاي جستجوگر، حسگرهاي زیرآب را، به سمت منطقه هدف حمل میکنند.
-2 غواصها حسگرها را در منطقه مورد نظر تعبیه مینمایند.
-3 ایستگاههاي گرههاي حسگر زیرآب، اطلاعات محیطی نظیر تصاویر یا دماي آب را نظارت میکنند.
-4 گرههاي حسگر بر اساس برنامه یا تقاضا فعالیت خود را انجام میدهند.
-5 اطلاعات جمعآوري شده و براي ایستگاهمبنا ارسال میگردد.
-6 محققان به اطلاعات ایستگاهمبنا از طریق اینترنت دسترسی دارند. و علاوهبر آن وضعیت گرهها را نیز چک میکنند.
دو نکته مهم در ارتباط با این سناریو عبارت است از: - 1 - دماي زیرآب که بهمنظور نظارت استفاده میشود. - 2 - اطلاعات GPS بهمنظور مکاندهی و موقعیتیابی.
با تکیه بر ارتباطات صوتی کوتاه از چالشهاي انتقال در بازه طولانی دوري میشود. آنچه مد نظر است استفاده از گونههاي مختلف حسگر براي رسیدن به هدف میباشد، بدین منظور فرض میشود گرههاي حسگر میتوانند با استفاده از الگوریتمهاي توزیعشده مکان خود را مشخص نمایند. گرههاي سطح بالا که گرههاي کنترلی هستند و با اینترنت ارتباط دارند. این نوع از گرها باید در قسمت خارج ازساحل2 یا در ساحل3 مکاندهی شده بهطوریکه انرژي و حجم بافر زیادي داشته باشند. با توجه به مطالب گفته شده میتوان 2 طرح کلی پیشنهاد داد: - 1 - چسباندن گرههاي معمولی به قایقهایی که مجهز به ارتباطات سریع رادیویی با ایستگاهمبنا هستند. - 2 - گرههایی که در کف دریا تعبیه شده و از طریق فیبر نوري با ایستگاهمبنا در ارتباط هستند.
چالشهاي حسگرهاي استفادهشده در زیرآب در مقایسه با روي زمین حسگرهاي استفاده شده در شبکههاي حسگر بیسیم زیرآب در مقایسه با حسگرهایی که بر روي زمین بهکار گرفته میشوند با چالشهاي ذیل مواجه هستند:
-1 به سطح بالاتري از محافظت به دلیل استفاده در محیط آب، نیاز دارند.
-2 به مقاومتپذیري بیشتري احتیاج دارند چرا که در محیط دریایی امواج، جریانهاي دریایی، جزر و مد، گردباد و طوفان، کشتیها و... وجود دارند که موجب تأثیر بر روي آنها و حرکتشان میشوند.
-3 مصرف انرژي بیشتر به دلیل فاصلههاي ارتباطی طولانی. -4 سایر مشکلات نظیر تعبیه و توزیع گره ها.
