بخشی از مقاله
چکیده -
تمایل بشر به رصد و کنترل رویدادهاي پیرامونی منجر به تکنولوژيهاي جدیدي شده است. از جمله این تکنولوژيها شبکه هاي حسگر بیسیم هستند. شبکههاي حسگر بیسیم حاوي مجموعهاي از گرهها با منابع محدود به منظور تشخیص و اعلام رویداد به پایگاه اصلی هستند. این شبکه از گرههاي حسگر باید امکان انجام عملیات هاي مربوطه را بطور خودکار داشته باشند. در این مقاله هدف بررسی مسئله مسیریابی در این شبکه از نظر دسته بندي روشهاي مسیریابی، پارامترهاي موثر در مسیریابی و عوامل تحت تاثیر قرار گرفته از یک عملیات مسیریابی است.
-1 مقدمه
شبکه حسگر بیسیم حاوي گرههاي است که هر گره توانایی رسد عواملی همچون صدا، نور ،... هستند. این گرهها علاوه بر امکان تشخیص عامل مربوطه امکان برقراري ارتباط با یک دیگر را به منظور تکمیل اهداف مجموعه را نیز دارند. بنابراین گرهها با انجام ارتباط با یکدیگر فعالیتهاي همچون انتقال پیام به یا از مرکز را فراهم میآورند. نکته قابل توجه آن است که این قبیل از تعاملات بین گرهها باید با لحاظ نمودن نیازهاي عملیاتی مجموعه حسگرها همراه با محدودیتهاي خود گرهها و به منظور افزایش کارایی انجام پذیرد. از جمله مهمترین بخشها در عملیات شبکه حسگر ، عملیات مسیریابی در این شبکهها است. در بخش بعدي به بیان تاثیر مسیریابی در جنبههاي مختلف کارایی شبکه پرداخته و در ادامه چالشهاي مد نظر در عملیات مسیریابی و در نهایت طبقهبنديهاي گوناگون روشهاي مسیریابی را پوشش میدهیم.
-2 عوامل تحت تاثیر عملیات مسیریابی
براي درك بهتر از نقش عملیات مسیریابی بر کارایی شبکه حسگر ، در ادامه به بیان تاثیر عملیات مسیریابی بر عوامل کارایی میپردازیم و پارامترهاي درگیر در این رابطه را توصیف میکنیم.
• مصرف انرژي
با توجه به یکبار مصرف بودن گرههاي حسگر و محدودیت هاي زیاد این گرهها، بحث انرژي مصرفی نقش اولیه و مهمی در تصمیم گیريها دارد، بنابراین بطور قطع یکی از پارمترهاي که در ارزیابی کارایی روشهاي مسیریابی مورد بررسی قرار میگیرد بحث میزان انرژي مصرفی است.
• حافظه مصرفی
از دیگر محدودیتهاي سخت افزاري گرههاي حسگر بحث حافظه ذخیره سازیاین گرهها است. الگوریتمها گوناگون در مسیریابی عموما جهت نگهداري مقادیر مورد استفاده در الگوریتم نیاز به حافظه دارند بنابراین میزان حافظه مصرفی هر الگوریتم در امتیازدهی به آن موثر میباشد و کاهش میزان انرژي مصرفی یکی از اهداف محقیق مربوطه است.
• میزان تاخیر انتها به انتها
تاخیر انتها به انتها از جمله مواردي است که در شبکه به عنوان یک پارمتر اساسی براي ارزیابی کارایی استفاده میگردد. این پارامتر بیانگر مدت زمان طی شده از ارسال تا دریافت پیام بین گره مبدا و مقصد است. هرچه این مدت کاهش یابد سرعت رسد و تشخیص عموال تحریک حسگرها بالا میرود. در شبکههاي حسگر بیسیم معمولا با توجه به نیازهاي حیاتی و حساس براي تصمیم گیري نهایی در مورد یک اتفاق بحث اعلام سریع یک رویداد از مهمترین عوامل است. از طرفی میتوان یادآور شد که مسیریابی پیام مهمترین عامل در زمان انتقال است. انتخاب مسیرها با ترافیک بالا و یا مسیرها با فاصله طولانی میتواند زمان انتظار براي انتقال یک پیام را به شدت افزایش دهد.
• میزان قابلیت اطمینان
قابلیت اطمینان در حقیقت احتمال موفقیت است، یا احتمال اینکه سیستم یا مجموعه بدون وقوع خرابی به وظایف تعیین شده با محدودیتهاي تعیین شده در طراحی - مانند محدوده زمانی و مکانی - و در شرایط کارکردي مشخص - مانند دما، رطوبت، ارتعاش و... - عمل کندح در شبکههاي حسگر بیسیم به دلیل محیطهاي مورد استفاده و نوع کاربرد آنها عموما مشکلات از غیر مترقبه اجتناب ناپذیر است. بنابراین در نظر گرفتن مکانیزمی براي جبران و پوشش مشکل پیش آمده یکی از اهداف مهم درمسیریابی است. به طور مثال وجود مسیرهاي جایگزین میتواند قابلیت اطمینان را بهبود دهد.
• میزان بستههاي از بین رفته
از دست رفتن پیامها در مسیر انتقال یک مشکل غیر قابل پیشگیري است که به خاطر عواملی همچون پر بودن بافر، ترافیک بالا و ... رخ میدهد. مسیریابی مناسب یکی از راهکارهاي کاهش این بستهها است.
• طول عمر شبکه
طول عمر شبکه از جمله پارامترهاي است که بر روي عملیات شبکه حسگر تاثیر گذار است. یعنی هر آنچه گرهها زمان طولانی تري زنده بمانند شبکه مدت زمان بیشتري به درستی وظایف محول شده به خود را انجام می دهد. طول عمر در قالب سه پارامتر بررسی می گردد.
- زمان مرگ اولین گره : زمانی که در آن اولین گره شبکه به دلیل اتمام انرژي از کار میافتد.
- زمان مرگ نیمی از گره ها: زمانی که در آن نیمی از گره هاي شبکه به دلیل اتمام انرژي از کار افتاده باشند.
- زمان مرگ آخرین گره: زمانی که در آن آخرین گرة شبکه به دلیل اتمام انرژي از کار میافتد.
• میزان پوشش محیط
پوشش شبکه از جمله پارامترهاي است که قابلیت عملیاتی و کاربردي یک شبکه حسگر را تحت تاثیر قرار میدهد. از آن جایی که از دست دادن گرههاي حسگر فعال در ناحیهاي از شبکه حسگر، با از دست رفتن پوشش شبکه اي، پایش آن ناحیه را غیر ممکن خواهد ساخت، حفظ پوشش شبکه اي یکی از مهمترین معیارهاي ارزیابی الگوریتم هاي مسیریابی شبکه حسگر محسوب میگردد.
• امکانات مورد نیاز
برخی از الگوریتمهاي مسیریابی به تجهیزات و سخت افزارهاي اضافی یا تکمیلی نیاز دارند. بطور مثال سیستم موقعیت یاب حبن و یا آنتنهاي ارتباطی با برد بالا یا ظرفیت خاص جز سخت افزارهاي است که برخی از روشهاي مسیریابی بر پایه آنان بنا شده اند. با توجه به ذات محدودیت منابع در گرههاي حسگر هرچه نیازهاي سخت افزاري یک روش مسیریابی کم باشد الگوریتم قابلیت اجرا بروي شبکههاي بیشتري را دارد.
• امنیت
امنیت جز جدا نشدنی از سیستمهاي مبتی بر تکنولوژي فناوري اطلاعات است. در مسیریابی شبکههاي حسگر بیسیم نیز در نظر گرفتن امنیت و امکان مقابله با حملات امنیتی از موارد مهم در طراحی است.
• توازن بار
رعایت توزیع بار انتقال بین حسگرهاي میانی از موارد مهم در طراحی روشهاي مسیریابی است. عدم توازن بار مواردي همچون تخلیه زود هنگام انرژي گرهها، ایجاد ترافیک، از دست رفتن پیامها و .... را در پی دارد.
-3 چالش هاي طراحی پروتکل مسیریابی در شححها پروتکل هاي مسیریابی 7]،[4 در شبکه گیرنده بی سیم مسئول کشف و حفظ مسیرهاي با انرژي کارامد در شبکه ها، به منظور ایجاد ارتباطات قابل اعتماد و کارا می باشند. با توجه به محدودیت در نوع شبکه، هدف اصلی از طراحی پروتکل مسیریابی گسترش طول عمر شبکه ،نگه داشتن زنده ي سنسور ها تا حد ممکن می باشد. این موضوع باعث می شود که شبکه براي یک دوره زمانی طولانی متصل باقی بماند. برخی از عوامل چالشی که در طراحی پروتکل هاي مسیریابی مهم میباشد در زي مشاهده میکنید.
1-3 استقرار گره پیاده سازي اویلیه گرههاي حسگر بسیار وابسته به نرم افزار می
باشد و بر عملکرد پروتکل هاي مسیریابی تاثیر می گذارد. این می تواند دستی یا تصادفی باشد 4]،.[6 در استراتژي اول، گره به صورت دستی قرار داده می شود و داده ها از طریق مسیر هاي از قبل تعیین شده جابجا می شوند. در استقرار دستی، منطقه با انتخاب دقیق چگالی گره پوشش داده می شود. .[8] از سوي دیگر، در استقرار تصادفی، گره به صورت خودسرانه پراکنده شده است. اگر کاربرد به تشخیص رویداد مربوط باشد، سپس یک استقرار گره تصادفی براي دریافت نتایج موثر کارآمد می باشد
2-3 مصرف انرژي هدف اصلی از پروتکل هاي مسیریابی انتقال داده ها بین سنسور
و دریافت آن به شیوه اي کارآمد می باشد. هر گره حسگر زمان حسگري، پردازش ، دریافت و ارسال اطلاعات انرژي مصرف می کند
در میان این ها ، انتقال داده بیشترین انرژي را مصرف می کند .[1 1] از آنجا که گره هاي حسگر ، انرژي محدود دارند، تخلیه انرژي برخی از گره منجر به تغییرات بزرگ در توپولوژي و اتصال به شبکه، دوباره سازمان دهی شبکه و یافتن مسیرهاي جدید می شود. بنابراین، نیاز به طراحی پروتکل هاي مسیریابی است که می تواند مصالحه بین مصرف انرژي و دقت را ایجاد کند احساس می شود
