افزایش طول عمر شبکه های حسگر بی سیم

مقدمه

شبکه حسگر بی سیم شبکه ای متشکل از تعداد زیادی گره کوچک است و در هر گره تعدادی حگر وجود دارد. شبکه حسگر به شدت با محیط فیزیکی تعامل دارد. از طریق حسگرها اطلاعات محیط گرفته شده و پردازش می‌‌شود. ارتباط بین گره‌‌ها به صورت بی سیم است.هر گره به طور مستقل و بدون دخالت انسان کار می‌‌کند و از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است و دارای محدودیت‌‌هایی در پردازش، ظرفیت، حافظه، منبع تغذیه و غیره است. این محدودیت‌‌ها مشکلاتی را به وجود می‌‌آورد که منشأ بسیاری از مباحث پژوهشی مطرح در این زمینه است. این شبکه از پشته پروتکلی شبکه‌‌های سنتی پیروی می‌‌کند ولی به خاطر محدودیت‌‌ها و تفاوت‌‌های وابسته به کاربرد، پروتکل‌‌ها باید بازنویسی شوند.
سه مشخصه مهم، شبکه‌‌های حسگر را از شبکه‌‌ها ی موردی متمایز می‌‌کند. اولین مشخصه آن است که شبکه‌‌های حسگر با هدف رساندن داده به مقاصد مختلف “مبتنی بر داده” هستند. ثانیاً مبتنی بر کاربرد بوده و وظیفه خاصی را متناسب با کاربرد انجام می‌‌دهند نهایتاً اینکه به جای ارسال پیغام‌‌ها به گره خاص باید بر اساس محتوای داده به موقعیت‌‌ها یا مناطق تعریف شده ارسال شوند. در این فصل با کاربرد شبکه‌‌های حسگر بی سیم و اهمیت آن آشنا می‌‌شوند. ساختار کلی شبکه و گره‌‌ها نیز در این فصل مورد بحث قرار می‌‌گیرد.

چرا شبکه حسگر بی سیم

امروزه زندگی بدون ارتباطات بی سیم قابل تصور نیست. پیشرفت فناوری CMOS و ایجاد مدارات کوچک و کوچک تر باعث شده است تا استفاده از مدارات بی سیم در اغلب وسایل الکترونیکی امروزه ممکن شود. این پیشرفت همچنین باعث توسعه ریز حسگرها شده است. این ریز حسگره توانایی انجام حس‌‌های بی شمار در کارهایی مانند شناسایی صدا برای حس کردن زلزله، دارند همچنین جمع آوری اطلاعات در مناطق دورافتاده و مکان‌‌هایی که برای اکتشافات انسانی مناسب نیستند فراهم کرده است. اتومبیل‌‌ها می‌‌توانند از ریز حسگرهای بی سیم برای کنترل وضعیت موتور، فشار تایرها، تراز روغن و غیره استفاده کنند. خطوط مونتاژ می‌‌توانند از این حسگرها برای کنترل فرایند مراحل تولید استفاده کنند. در واقع تفاوت اساسی این شبکه‌‌ها ارتباط آن با محیط و پدیده‌‌های فیزیکی است. شبکه‌‌های سنتی ارتباط بین انسان‌‌ها و پایگاه اطلاعاتی را فراهم می‌‌کند در حالی که شبکه ی حسگر مستقیماً با جهان فیریکی مستقیماً با جهان فیزیک در ارتباط است. حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده، بر اساس مشاهدات خود تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می‌‌دهند. نام شبکه حسگر بی سیم یک نام عمومی‌‌برای انواع شبکه‌‌های بی سیم خاص منظوره است. برخلاف شبکه‌‌های سنتی که همه منظوره اند شبکه‌‌های حسگر نوعاً تک منظوره هستند. بنابراین شبکه‌‌های حسگر در نقاط مختلفی کاربرد دارند برخی از این کاربردها به صورت فهرست-وارآورده شده است:

• نظامی(برای مثال ردگیری اشیاء)
• بهداشت(برای مثال کنترل علائم حیاتی)
• زیست محیطی(برای مثال آنالیز زیستگاههای طبیعی)
• صنعتی(برای مثال عیبیابی خط تولید)
• سرگرمی(برای مثال باز مجازی)
• زندگی دیجیتالی(برای مثال ردگیری مکان پارک ماشین)

افزایش طول عمر شبکه

یکی از مشکلات شبکه حسگر بی سیم، کوتاهی عمر شبکه حسگر است، که به علت محدودیت انرژی منبع تغذیه است. گاهی هم موقعیت ویژه ی یک گره در شبکه مشکل را تشدید می‌‌کند، مثلاً گرهی که در فاصله یک قدمی یک چاهک یا BS قرار دارند خیلی زود انرژی خود را به دلیل بار کاری زیاد از دست می‌‌دهد و باعث قطع ارتباط آن با کل شبکه و در نتیجه از کار افتادن شبکه می‌‌شود. افزایش عمر شبکه حسگر از مباحث مهم در شبکه‌‌های حسگر بی سیم است.

تاریخچه شبکه حسگر

برای اولین بار در سال 1955 از شبکه‌‌های حسگر استفاده شده است. اگرچه تاریخچه شبکه‌‌های حسگر را به دوران جنگ سرد و ایده آن را به طراحان نظامی‌‌صنایع دفاع آمریکا نسبت می‌‌دهند ولی این ایده می‌‌توانسته در ذهن طراحان ربات‌‌های متحرک مستقل یا حتی طراحان شبکه‌‌های بی سیم موبایل نیز شکل گرفته باشد.

ساختار کلی شبکه حسگر بی سیم

قبل از ارائه ساختار کلی ابتدا تعدادی از تعاریف کلیدی را ذکر می‌‌کنیم.
حسگر: وسیله ای که وجود جسمی، رخداد یک وضعیت یا مقدار یک کمیت فیزیکی را تشخیص داده و به سیگنا الکتریکی تبدیل می‌‌کند. حسگرها انواع مختلف دارند مانند حسگرهای دما، فشار، رطوبت، نور، شتاب سنج، مغناطیس سنج و … .
گره حسگر: به گرهی گفته می‌‌شود ک فقط شامل یک یا چند گره است.
شبکه حسگر: شبکه ای است که فقط شامل یک یا چند حسگر است و در کاربردهایی کاربرد دارد که هدف جمع آوری اطلاعات و تحقیق در مورد یک پدیده است.
چاهک : گرهی است که جمع آوری داده‌‌ها را به عهده دارد و ارتباط بین گره‌‌های حسگر و گره مدیر وظیفه را برقرار می-کند.
گره مدیر وظیفه: گرهی است که یک شخص به عنوان کاربر یا مدیر شبکه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار می‌‌کند. فرمان‌‌های کنترلی و پرسوجوها از این گره به شبکه ارسال شده و داده‌‌های جمع آوری شده به آن برمی‌‌گردد.
در این ساختار داده‌‌ها توسط گره‌‌ها به سمت چاهک هدایت شده و فرمان از طریق چاهک نیز به گره‌‌های حسگر صادر می‌‌شود. از طرف دیگر در کاربردهای خاصی ممکن است از ساختار خوشه بندی شده یا سلولی استفاده شود که در هر بخش یک سرگروه یا سرخوشه وجود دارد که داده‌‌های گره‌‌های گروه خود را به چاهک ارسال می‌‌کند. در واقع هر سرگروه مانند یک مدخل عمل می‌‌کند.