بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای حسگر بیسیم نوعی شبکههای موردی چندگامی هستند که شامل چندین حسگر توزیعشده میباشند و اطلاعات مفید مانند فشار، صدا، حرکت و غیره را جمعآوری کرده و در اختیار گرهای به نام گره چاهک که یک گره پردازنده مرکزی است قرار میدهد. این نوع شبکهها با توجه به جدید بودنشان نیازمند الگوریتمهای جدیدی در زمینههای مختلف میباشند، با مد نظر گرفتن این مطلب که در این نوع شبکهها، منابع انرژی محدود میباشد، بنابراین ذخیرهسازی انرژی یکی از نکات مهم در این شبکه ها محسوب می گردد. در مواردی که گرههای حسگر متحرک هستند، قابلیت تحرک میتواند در نهایت به عنوان ابزاری برای کاهش مصرف انرژی - فراتر از طرحهای چرخه وظایف و دادهگرا - به کار رود که عمده نگرانیها در این شبکهها میباشد. در این مقاله به بحث کاهش مصرف انرژی با استفاده از تحرک گره چاهک پرداخته شده است.
.1 مقدمه
شبکههای حسگر بی سیم نوعی شبکه های موردی چندگامی هستند که شامل چندین حسگر توزیعشده میباشند و اطلاعات مفید مانند فشار، صدا، حرکت و غیره را جمع آوری کرده و در اختیار گرهای به نام گره چاهک3 که یک گره پردازنده مرکزی است قرار می دهد. شبکههای حسگر بی سیم کاربردهایی در زمینههای نظامی، کنترل ترافیک و زمینه های بسیار دیگری دارند - . - wang,2005 تفاوت اصلی این شبکهها ارتباط آن با محیط و پدیدههای فیزیکی است. شبکههای قدیمی ارتباط بین انسانها و پایگاههای اطلاعاتی را فراهم میکند در حالیکه شبکههای حسگر مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است و با استفاده از حسگرها، محیط فیزیکی را مشاهده کرده و بر اساس مشاهدات خود تصمیمگیری کرده و عملیات مناسب را انجام میدهند - . - khalili,2014 شبکه های حسگر بیسیم در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.
این نوع شبکهها با توجه به جدید بودنشان نیازمند الگوریتمهای جدیدی در زمینههای مختلف میباشند، با مد نظر گرفتن این مطلب که در این نوع شبکهها، منابع انرژی محدود میباشد، بنابراین ذخیرهسازی انرژی یکی از نکات مهم در این شبکهها محسوب میگردد. یکی از روشهای صرفهجویی در مصرف انرژی، حرکت گره چاهک در شبکه حسگر بی سیم است. از آن جاییکه در یک شبکه حسگر با گره چاهک ثابت گرههای اطراف گره چاهک، انرژی خود را زودتر از سایر گرهها از دست میدهند، این امر در طول عمر شبکه تاثیر گذار است. موضوع گره چاهک متحرک میتواند در کاهش انرژی مصرفی و افزایش طول عمر شبکه موثر باشد.
تحقیقات مرتبط
خلیلی و همکارانش در - khalili,2015 - ، شبکه حسگر بیسیم را با یک گراف مدل کردند. مجموع حسگرها و گرههای چاهک به عنوان راسهای گراف و ارتباطات بین گرهها از طریق یالهای گراف نشان داده شدهاند. فهرستی از مناطقی که چاهک میتواند در آنها اقامت کند وجود دارد. حرکت چاهک به وسیله روابط ریاضی فرمولسازی شده است و تابع هدف در بهینهسازی این تحقیق، بیشینه کردن طول عمر شبکه حسگر بی سیم است که خود یک مسئله NP-Hard است.
گاندهام4 و همکارانش در - - Gandham,2003، یک مسئله بهینه سازی خطی برای مشخص کردن مسیر چاهکهای متحرک ارائه کرد این مسئله بهینهسازی، که به بررسی بهینه سازی مصرف انرژی در شبکههای حسگر بیسیم میپردازد، حداقل انرژی در هر گره و مصرف انرژی در هر دور را به دست می آورد.یون و شیا5 در - Yun, Y. and Y. Xia 2010 - ، یک قالب برای طول عمر شبکه با استفاده از هر دو چاهک متحرک و برنامه تحمل تاخیر پیشنهاد دادند. برای زمانهایی که برنامههای اساسی تحمل تاخیر در تحویل اطلاعات را دارند. هر گره حسگر برای دستیابی به طولانیترین طول عمر میتواند به طور موقت دادهها را تا حداکثر تاخیر خود ذخیره کند تا زمانیکه چاهک متحرک در محلیترین نقطه برای انتقال قرار بگیرد.
باساگنی - Basagni,2006 - 6 ، یک مدل عملیتر به وسیله ترکیب دو محدودیت بر روی حرکت چاهک را توسعه داد: حداکثر فاصله بین دو حرکت متوالی و حداقل زمان اقامت در هر منطقه اقامت، تحت چنین محدودیتهایی، به یک مسیر حرکت بهینه برای حرکت گره چاهک به طوری که طول عمر شبکه حسگر بی سیم افزایش یابد دست یافت. آنها مسئله را به وسیله یک جبر خطی عددی فرمول سازی کردند و یک الگوریتم اکتشافی توزیع شده را ارائه کردند. ادامه این مقاله به این شرح سازماندهی شده است: در بخش2، مقدمهای از شبکههای حسگر بیسیم آمده است، در بخش 3 تحرک در شبکههای حسگر بیسیم بررسی شده است، در بخش 4 به بررسی مدل شبکه پرداخته شده و در بخش 5 بحث و نتیجهگیری نهایی آمده است.
.2 مقدمهای برشبکههای حسگر بیسیم
شبکه حسگر بیسیم شبکهای است که از گرههایی با اندازه کوچک تشکیل شده است که قابلیت ارتباط بیسیم با محیط پیرامون خود را دارد. هر گره مجهز به حسگرهایی است که نوع آن بنابه کاربردهای شبکه تعیین میشود. این حسگرها وظیفه جمعآوری اطلاعات از محیط پیرامون خود را دارند، هدف نهایی در شبکه حسگر بیسیم ارسال تمامی اطلاعات جمعآوری شده به یک یا چند گره مقصد به نام گره چاهک است.
به دلیل حجم کم گرهها و قابلیت ایجاد ارتباط بدون نیاز به زیرساخت، شبکههای حسگر بیسیم کاربردهای زیادی در زندگی بشر یافته اند، از جمله این کاربرد ها میتوان به کنترل ترافیک شهری، نظارت بر جنگلها، ردیابی حیوانات کمیاب به منظور حفظ نسل آنها، مراقبت از محیطهای عمومی، کنترل شرایط محیطی در محیطهای غیر قابل دسترسی و غیره اشاره کرد، به موازات استفاده ها و کاربردهای صنعتی شبکههای حسگر بیسیم، پژوهشها و مطالعات علمی نیز در این زمینه بسیار مورد توجه قرار گرفته و امروزه جنبههای مختلف این نوع شبکهها موضوعات روز پژوهشی در دنیا هستند.
مهمترین چالشی که شبکه حسگر بی سیم با آن مواجه است و آن را از دیگر همتایان بیسیم خود متمایز می کند، محدودیت مصرف انرژی است. گرههای این شبکه منبع انرژی محدودی دارند و با باتریهای غیر قابل شارژ مجدد کار میکنند . تعویض و یا شارژ باتری گرهها به دو دلیل امکانپذیر نیست: دلیل اول آنکه عموما گرههای شبکه حسگر بی سیم در محیطهایی قرار میگیرند که یا دسترسی به آنها ممکن نیست و یا بسیار مشکل است. بنابراین مصرف انرژی، اصلیترین نیازمندی یک شبکه حسگر بیسیم است. از دیگر نیازمندیها در این نوع شبکه میتوان به تاخیر کم در ارسال، قابلیت اطمینان بالا7، توانایی تحمل خطا8 و توانایی تحمل تغییرات در توپولوژی شبکه اشاره کرد - - anastasi,2009
.3 تحرک در شبکه حسگر بیسیم
در مواردی که گرههای حسگر متحرک هستند، قابلیت تحرک9می تواند در نهایت به عنوان ابزاری برای کاهش مصرف انرژی - فراتر از طرحهای چرخه وظایف و دادهگرا - به کار رود. در شبکه حسگر ایستا، بستههایی که از گرههای حسگر میآیند، معمولا یک مسیر چند پرشی را تا گره - گرههای - چاهک طی میکنند. بنابراین برخی از مسیرها ممکن است بیش از سایر مسیرها پر شوند و گرههای نزدیکتر به چاهک باید بستههای بیشتری را رله کنند. بهطوریکه بیشتر مورد تخلیه انرژی قرار میگیرند - که به آن اثر قیفی10 میگویند - اگر برخی از گرهها - احتمالا گره چاهک - متحرک باشند، جریان ترافیک ممکن است تغییر یابد.
در یک شبکه حسگر بی سیم با گرههای ثابت آنچه واضح است این است که گرههایی که به گره چاهک نزدیکتر هستند زودتر از سایر گرههای شبکه، انرژی خود را از دست میدهند چرا که وظیفه رساندن داده ها از گره های دیگر به گره چاهک را برعهده دارند که نتیجه این کار مصرف انرژی بیشتر است.از بین رفتن زودتر انرژی گرههای همسایه چاهک نسبت به سایر گرههای شبکه مشکل جدا شدن ارتباط چاهک از سایر گرهها را به همراه می آورد . - basagni,2008 - این مشکل از بین رفتن انرژی گرههای همسایه گره چاهک را"مشکل همسایگان چاهک" می نامند.
