بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
مبانی شبکه های بی سیم
فصل چهارم: شبکه های حسگر بی سیم
اسلاید 2 :
شبکه های حسگر بی سیم
Wireless sensor networks
اسلاید 3 :
شبکه های حسگر بی سیم Wireless Sensor Networks
شبكه حسگر (ویا حس كار) شبكه اي است متشكل از تعداد زيادي گره كوچك. در هر گره تعدادي حسگر وجود دارد.
شبكه حس/كار بشدت با محيط فيزيكي تعامل دارد. از طريق حسگرها اطلاعات محيط را گرفته و از طريق كار انداز ها واكنش نشان مي دهد.
ارتباط بين گره ها بصورت بي سيم است.
هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعاً از لحاظ فيزيكي بسيار كوچك است و دارای محدودیت هایی در قدرت پردازش، ظرفيت حافظه، منبع تغذيه، . می باشد.
اين محدوديت ها مشكلاتي را بوجود مي آورد كه منشأ بسياري از مباحث پژوهشي مطرح در اين زمينه است.
اين شبكه از پشته پروتكلي شبكه هاي سنتي پيروي مي كند ولي بخاطر محدودیت ها و تفاوتهاي وابسته به كاربرد، پروتكل ها بايد باز نويسي شوند.
اسلاید 4 :
سه مشخصه مهم شبکه های حسگر بی سیم
سه مشخصه مهم، شبکه های حسگر بی سیم را از شبکه های موردی (Ad hoc)، متمایز میکند
اسلاید 5 :
کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم
اسلاید 7 :
WSNs Applications
Figure 3: WSNs Applications
اسلاید 8 :
Sensor devices are becoming widely available
- Programmable devices
- Off-the-shelf gadgets/tools
اسلاید 9 :
Wireless Sensor Network(WSN) vs. Mobile Ad Hoc Network (MANET)
4/18/2021
اسلاید 10 :
ساختار کلی شبکه حسگر بی سیم
حسگر : وسيله اي كه وجود جسمی، رخداد يك وضعيت يا مقدار يك كميت فيزيكي را تشخيص داده و به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. حسگر انواع مختلف دارد مانند حسگرهاي دما، فشار، رطوبت، نور، شتاب سنج، مغناطيس سنج و.
گره حسگر: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند حسگر باشد.
شبكه حسگر : شبكه اي كه فقط شامل گره هاي حسگر باشد. در كاربردهايي كه هدف جمع آوري اطلاعات و تحقيق در مورد يك پديده مي باشد كاربرد دارد.
چاهک (Sink): گرهی است که جمع آوری داده ها را به عهده دارد. و ارتباط بین گره های حسگر و گره مدیر وظیفه (Task Manager) را برقرار مي كند.
گره مدیر وظیفه: گرهی که یک شخصی بعنوان کاربر يا مدیر شبكه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار میکند. فرمانهای کنترلی و پرس و جو ها از اين گره به شبکه ارسال شده و داده های جمع آوری شده به آن بر میگردد.
اسلاید 11 :
WSN Communication Architecture
چاهک
منطقه رویداد
گره مدیر وظیفه
اسلاید 12 :
Sensor node components
اسلاید 14 :
ساختمان داخلي گره حسگر
واحد پردازش داده شامل يك پردازندة كوچك و يك حافظه با ظرفيت محدود است
داده ها را از حسگرها گرفته بسته به كاربرد پردازش محدودي روي آنها انجام داده و از طريق فرستنده ارسال مي كند.
واحد پردازش مديريت هماهنگي و مشاركت با ساير گره ها در شبكه را انجام مي دهد.
واحد فرستنده/گيرنده، ارتباط گره با شبكه را برقرار مي كند.
واحد حسگر شامل يك سري حسگر و مبدل آنالوگ به ديجيتال است كه اطلاعات آنالوگ را از حسگرگرفته و بصورت ديجيتال به پردازنده تحويل مي دهد.
واحد تامين انرژي, توان مصرفي تمام بخشها را تامين مي كند كه اغلب يك باطري با انرژي محدود است.
محدوديت منبع انرژي يكي از تنگناهاي اساسي است كه در طراحي شبكه هاي حسگر همه چيز را تحت تاثير قرار مي دهد.
مكان ياب موقعيت فيزيكي گره را تشخيص مي دهد.
تكنيكهاي مسيردهي و وظايف حسگري به اطلاعات مكان با دقت بالا نياز دارند.
يكي از مهمترين مزاياي شبكه هاي حسگر توانايي مديريت ارتباط بين گره هاي در حال حركت مي باشد.
اسلاید 15 :
ويژگي های شبكه حسگر
وجود برخي ويژگي ها در شبكه حسگر آن را از ساير شبكه هاي سنتی و بي سيم متمايز مي كند.
تنگناهاي سخت افزاري شامل محدوديتهاي اندازة فيزيكي, منبع انرژي, قدرت پردازش, ظرفيت حافظه
تعداد بسيار زياد گره ها
چگالي بالا در توزيع گره ها در ناحيه عملياتي
وجود استعداد خرابي در گره ها
تغييرات توپولوژي بصورت پويا و احيانا متناوب
استفاده از روش پخش همگاني (Broadcast) در ارتباط بين گره ها در مقابل ارتباط نقطه به نقطه
داده محور (Data Centric) بودن شبكه به اين معني كه گره ها كد شناسايي (ID:Identification code) ندارند
اسلاید 16 :
تنگناهاي سخت افزاري
هرگره ضمن اينكه بايد كل اجزاء لازم را داشته باشد بايد بحد كافي كوچك, سبك و كم حجم نيز باشد
بعنوان مثال در برخي كاربردها گره بايد به كوچكي يك قوطي كبريت باشد و حتي گاهي حجم گره محدود به يك سانتيمتر مكعب است
و از نظر وزن آنقدر باید سبك باشد كه بتواند همراه باد در هوا معلق شود.
در عين حال هر گره بايد توان مصرفي بسيار كم, قيمت تمام شده پايين داشته و با شرايط محيطي سازگار باشد.
اينها همه محدوديتهايي است كه كار طراحي و ساخت گره هاي حسگر را با چالش مواجه ميكند.
ارائه طرح های سخت افزاری سبک و کم حجم در مورد هر یک از اجزای گره بخصوص قسمت ارتباط بی سیم و حسگرها از جمله موضوعات تحقیقاتی است که جای کار بسیار دارد.
پيشرفت فن آوري ساخت مدارات مجتمع با فشردگي بالا و مصرف پايين, نقش بسزايي در كاهش تنگناهاي سخت افزاري خواهد داشت.
اسلاید 17 :
توپولوژي
توپولوژي شبكه حسگر توپولوژي گراف است. بدليل اينكه ارتباط گره ها بي سيم و بصورت پخش همگاني است و هر گره با چند گره ديگر كه در محدوده برد آن قرار دارد ارتباط دارد.
يك مرحله اساسي مديريت توپولوژي راه اندازي اوليه شبكه است گره هايي كه قبلاً هيچ ارتباط اوليه اي ندشته اند در هنگام جايگيري و شروع بكار اوليه بايد بتوانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند.
الگوريتم هاي مديريت توپولوژي در راه اندازي اوليه بايد امكان عضويت گره هاي جديد و حذف گره هايي كه بدلايلي از كار مي افتند را فراهم كنند.
پويايي توپولوژي از خصوصيات شبكه هاي حسگر است كه امنيت آن را به چالش مي كشد.
ارائه روشهاي مديريت توپولوژي پويا بطوري كه موارد امنيتي را هم پوشش دهد از موضوعاتي است كه جاي كار زيادي دارد.
اسلاید 18 :
قابليت اطمينان
اسلاید 19 :
مقياس پذيري
اسلاید 20 :
توان مصرفي گره ها
گره هاي شبكه حسگر بايد توان مصرفي كم داشته باشند.
گاهي منبع تغذيه يك باتري 2/1 ولت با انرژي 5/. آمپر ساعت است كه بايد توان لازم براي مدت طولاني مثلاً 9 ماه را تامين كند.
در بسياري از كاربردها باتري قابل تعويض نيست.
لذا عمر باطري عملاً عمر گره را مشخص مي كند.
بعلت اينكه يك گره علاوه بر گرفتن اطلاعات(توسط حسگر) يا اجراي يك فرمان، بعنوان رهياب نيز عمل مي كند بد عمل كردن گره باعث حذف آن از توپولوژي شده و سازماندهي مجدد شبكه و مسيردهي مجدد بسته عبوري را در پی خواهد داشت.
در طراحي سخت افزار گره ها استفاده از طرح ها و قطعاتي كه مصرف پاييني دارند و فراهم كردن امكان حالت خواب براي كل گره يا براي هر بخش بطور مجزا مهم است
