بخشی از مقاله
طبقه بندی پروتکل های مسیر یابی در شبکه های حسگر بیسیم با توجه به تجزیه و تحلیل گستره متنوعی از پروتکل ها
چکیده - یکی از چالش های اصلی در طراحی پروتکل های شبکههای حسگر بیسیم، کارایی انرژی ناشی از منابع انرژی محدود نودهای حسگر است، می باشد. هدف نهایی از طراحی این پروتکلها عملیاتی نگه داشتن نودهای حسگر برای طولانی ترین مدت ممکن و به طبع آن افزایش طول عمر شبکه است. به خصوص مسیریابی و انتشار داده ها، مخصوصاً باید مورد توجه قرار گیرد برای انجام عملیات نظارت به طور مناسب، نودهای حسگر احتیاج به همکاری با یکدیگر در شبکه دارند که این همکاری بوسیله ارسال داده و پیام های کنترلی دیگران صورت می گیرد بنابراین برای حسگرها ضروری است که در طول انجام عملیات خود، درگیر ارتباط بین خودشان نیز باشند. مصرف انرژی حسگرها تحت سلطه میزان ارسال دادهها و تحویل آنهاست بطور خاص، انرژی مصرف شده بوسیله نودهای حسگر برای عملیات پردازش و حسگری در مقایسه با انرژی مصرف شده جهت ارسال و انتقال دادهها ناچیز و قابل چشم پوشی است. بنابراین پروتکل های مسیریابی و انتشار دادههایی که برای WSn پیشنهاد می شوند باید تا حد ممکن، از نظر میزان مصرف انرژی کار آ
باشند تا طول عمر تک تک نودهای حسگر و به طبع آن طول عمر عملیاتی کل شبکه افزایش پیدا کند. در این مقاله نمونه ای از پروتکلهای مسیریابی و انتشار داده را برای شبکههای حسگر بی سیم، براساس طبقه بندی مطرح شده بررسی نمودیم . این طبقه بندی چندین معیار دسته بندی را به حساب می آورد که شامل موقعیت اطلاعات، لایه بندی شبکه، پردازش درون شبکه ای، مرکزی بودن داده، افزونگی مسیر، پویایی شبکه، نیازمندیهای کیفیت سرویس و ناهمگونی شبکه می باشند.
کلید واژه- شبکه های حسگر بیسیم، پروتکل، مسیریابی، کیفیت سرویس
۱- مقدمه
میدانیم مسیریابی و انتشار دادهها موضوع مهمی در شبکههای حسگر بی سیم به شمار میرود عملکردهای اساسی شبکههای حسگر بی سیم، کنترل پدیدهها در محیط فیزیکی و گزارش دادههای حس شده به گره مرکزی به نام سینک که در آن عملیات بیشتری میتواند روی دادهها جمع آوری شده صورت گیرد، میباشد. هدف از طبقه بندی پروتکلهای مسیریابی در شبکههای حسگر بی سیم سه چیز است:۱- تأمین ساختاری جهت بررسی و مقایسه پروتکلهای مسیریابی و انتشار دادهها برای شبکههای حسگر بی سیم ۲- نشان دادن این که چگونه مسیریابی و پروتکلهای انتشار دادهها می تواند بر طبق این گونه طبقه بندی گروه بندی شود ۳- کسب نگرشهای جدید در پروتکلهای مسیریابی و انتشار دادهها و در نتیجه راههایی برای تحقق آینده به خصوص این طبقه بندی متشکل از دو نوع گروه می باشد: اول گروهی که پروتکلهای مسیریابی و انتشار دادهها را با توجه به نحوه بکارگیری حسگر برای مثال، تغییر پذیری حسگر که در آن حسگرهامی توانند متحرک یا ثابت باشند، طبقه بندی می کند و دیگری گروهی که آنها با توجه به توازن بین ماتریس های متفاوت و خاص کاربردهای حسگری طبقه بندی مینماید مثل راندمان انرژی، تأخیر کم، دقت زیاد دادهها و تحمل خطا
۲- روش و هدف مطالعه:
در این نوشتار مطالعه گسترده ای بر روی پروتکلهای مسیریابی مختلف که در سراسر نهادهای آکادمیک جهان مورد بررسی و اجرا درآمده قرار گرفته و سعی شده به صورت اختصار مزایا و معایب مهم ترین این پروتکلها بیان شود. در حالت کلی پروتکل های مسیریابی به هفت دسته کلی تقسیم شده که در ذیل به
توضیح آنها پرداخته شده است.
۱-۲ - پروتکل های مکان محور: مفهوم محل فیزیکی، یک معیار ضروری در چندین پروتکل مسیریابی و انتقال دادهها در شبکههای حسگر بیسیم می باشد. بر مبنای اطلاعات محل حسگرها، این پروتکلها میتوانند دامنه کوتاه یا بلندی داشته باشند و این مسئله به آن بستگی دارد که آیا فاصله بین ارسال کنندههای متوالی حداقل است یا حداکثر. انرژی مصرف شده در ارسال دادهها به فاصله ای بستگی دارد که روی آن دادهها ارسال میگردد. قابل توجه است که اطلاعات مکان در این شبکه ها مورد توجه قرار میگیرد و موضوع انرژی در اینجا مطرح نمی شود. چندین پروتکل مسیریابی مبتنی بر مکان وجود دارد که برای شبکههای حسگر بی سیم پیشنهاد شده است که عبارتنداز:
GAF:geopraphic distance routing GEAR: geographic and energy and a Ware routing SPAN:coordination of power saving with routing TBF: trajectory-based forwarding BVGF: bounded voronoigreedy forwarding GeRaF: geographiv random forwarding MECN :minimum energy communication network SM ECN : amall minimum energy communication network
۲- ۲- پروتکل های لایه بندی شده و مبتنی بر پردازش داخل شبکه ای: معماری شبکه میتواند یکنواخت باشد به طوری که تمامی حسگرها از نقش مشابهی برخوردار باشند. به عبارت دیگر، تمامی حسگرها، دادههای حس شده خود را به سوی سینک و ضرورتاً بدون عبور از یک نود خاص، پیش می برند. یک شبکه در صورتی لایه بندی نشده گفته می شود که تمامی حسگرها تنها یک گروه تشکیل دهند که در آن حسگرها با همدیگر جهت رسیدن به یک عملیات نظارت مشترک همکاری می نمایند. از سوی دیگر، حسگرهای موجود در شبکه می توانند به خوشه هایی گروه بندی شوند که هر یک از آنها با حسگری خاص به نام سرخوشه کنترل می گردد. این نوع حسگرها لایه بندی شده گفته می شوند، که در آنها هر گونه داده حس شده باید از یک یا چند سرخوشه قبل از رسیدن به سینک عبور کند. پس ما یک نمونه از پروتکلهای لایه بندی شده ای را توصیف می کنیم که در آن یک شبکه متشکل از چندین خوشه از حسگرها است. هر دسته با یک گره خاص به نام سر خوشه کنترل میگردد که مسئول هماهنگ سازی انتقال دادههای تمامی حسگرهای موجود در دسته اش است. تمامی حسگرهای موجود در یک خوشه با سرخوشه ای ارتباط برقرار می کنند که بعنوان سینک محلی عمل میکند و گاها داده حسگری شده را به سینک سراسری ارسال میکند. توجه داشته باشید که فاصله ارسال دادهها از نود حسگر به سرخوشه در مقایسه با فاصله ارسال دادهها از نود حسگر به سینک به مراتب کمتر است. در اینجا به چندین پروتکل بر اساس این مکانیزم عمل می کند اشاره خواهیم کرد:
LEACH : low-energy adaptive clustering hierarchy PEGASIS : power-efficient gathering information system TEEN : threshold sensitive energy efficient sensor network protocol APTEEN: adaptive periodic teen
۳-۲- پروتکل داده محور: یک نمونه ارتباطی جدید در شبکههای حسگر بیسیم پدیدار گشته است که حسگرها را قادر به حسگری، ذخیرهسازی، پردازش، و محاسبه جهت هماهنگ ساختن فعالیتهای حسگری شان میسازد. این الگوی ارتباطی، مرکزیت داده اطلاق می شود چون تمامی ارتباطات بین حسگرها مرتبط با دادههای نامگذاری شده می باشند. پروتکلهای داده محور زمانی که حسگرهای مبدا دادههای خود را به سینک ارسال می کنند، حسگرهای میانی می توانند بعضی از اشکال تجمیع را بر روی دادههای منتشر شده از حسگرهای چندگانه مبدا اجرا و دادههای مجتمع شده را به سینک ارسال کنند. این پردازش می تواند به ذخیره انرژی منجر شود زیرا انتقال های کمتری جهت ارسال داده ها از مبدا به سینک نیاز است در اینجا به بخشی از نمونه های مسیریابی داده محور و پروتکل انتشار اشاره خواهیم نمود:
SPIN: sensor protocols for information via negotiation ACQUIRE:active query forwarding in sensor networks EAD: energy-aware data-centricrouting DirectedDiffustion Rumor Routing Cougar Information-Directed Routing Quorum-Based Information Dissemination Home Agent
Based Information Dissemination
۴-۲- پروتکل مبتنی بر چند مسیری: علاوه بر مقیاس بندی و کارائی انرژی، طراحی پروتکلهای مسیریابی و انتشار داده برای شبکههای حسگر بی سیم نیز باید مستحکم باشد، که بدان معنی است که شبکه علیرغم وقوع اشکال در حسگر و لینک، به عملکرد خود ادامه دهد. مسیریابی چند مسیره روشی است که میتواند انتشار داده را قطعی بسازد. این تکنیک مسیریابی به مفهوم وجود مسیرهای متعدد بین منبع و حسگرهای مقصد و منبع است. این مسیرها میتوانند گسسته و یا تا حدودی گسسته باشند. اگرچه حفظ مسیرهای جایگزین، بعضی موارد سربار را بوجود می آورد و انرژی بیشتری را مصرف می کند ولی مسیریابی چند مسیره یک تکنیک مؤثر برای استحکام در مواجهه با اشکالات مسیر بوده که به سبب تغییرات توپولوژیکی فراوان به واسطه لینک ها ارتباطی بی سیم غیر مطمئن و اشتباهات حسگر ایجاد می گردند. پروتکلهای که برای این قسمت می توان نام برد اعم از:
Sensor-Disjoint Multipath
Braided Multipath N-to-1 Multipath Discovery
۲- ۵- پروتکل مبتنی بر تحرک: میدانیم چندین عامل مثل متحرک بودن و انرژی محدود بر روی توپولوژی شبکه تأثیر دارند. تحرک و سیار بودن ویژگی مطلوبی است که می توان جهت غلبه بر بعضی مسائل در
شبکههای حسگر بی سیم مانند حفره پوشش دهی و حفره اتصالات از آن استفاده نمود. در شبکههای سیار نودهای
