صفحه 1:
دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء (ص) بهیهان
دانشکده قنی و مهندسی. گروه مهندسی الکترونیک
شبکه های کامپیوتری
شبکه های حسگر بی سیم
Wireless Sensor Networks
eo.
صفحه 2:
1
على اكبر هوشيار
ححا .دانشكاه صنعتى خاتم الانبيا (ص) بهبهان. كروه مهندسى برق-الكترونيك. شبكه هاى كامبيوتزى. اسفتدماه ۱۳۹۱
صفحه 3:
Networks
شبکه های حسگر پی سیم : مجموعه ای از گره های حسگر که بصورت تصادفی در محل توزیع گشته تا میحبط پا اهداف مورد نظر را
شناسایی و اطلاعات را دريافت . ذخبره و پردازش و ارسال نمابند و برای اندازه گیری گروهی برعی از کمیتهای فیزیکی با شرایط محیطی مانند
الايتدمهاء در مكان هلى متتلف يك مبعدوده كاريرة هاوه
ذره میک نمونه ای از یک گره ۴
هرگرهبطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعا از حاظ فیزیکی بسیار کوچک است ودارای محدودیت هایی در فدرت پردازش, ظرفیت.
حافظه: متبع تغذيه. ... ميباشد.
این شبکه های حسگ نوعا تک منظوره هستند.
کاربردها
)0 پزشکی و درمانی: آموزش پزشکی و نت مس bendy
© نظامى و دفاعىتماتيتور كردن دشمن ٠ ميدان مين هوشمند
6 کشاورزی:مثلا در تنظیم آب و هوای گلخانه
6 صتعتی و تجاری: تنظیم روشنایی سیستم هلى امنيتى تشخيض و مقابله با سرقت, آتش سوزی(درجتگل), سیستم ها
وسایل نقلیه و ترافیک, کنترل کیقیت تولیدات صنعتی
دگبری, ناوت وکتترل
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 4:
حز کحم واه گر راز ود بارش تلهم هرن سیم رم نی بش Sas Sy Bal GSH
نز شم مک یب و کید تلن نز ممکن است بنته به اد در گم ها وود دشته پاش
وك فرش مد خابل یک پرزنع کرچک و یک طفظه با عرفیت تحنود نت ده هرز از سوه رنه هرد يطرش مسبيد
رون أها اجام كفو از طريق قرس ربا یوعد يرطركن قد يريخ تلفتكن و مشارکت با یکره قا در که را امس هد
واحد تامين انرزى, توان مصرفى تمام بخشها را تامين مى كند كه اغلب يك باطرى ب اترزى محدود است. محدوديت منبع ارثى يكى از
aul alse آست که در طراجن شبکه سای حن کر همه جيرا معت طثير قرار ذى جعت هر كغر اين يفش سکن لت وهی بای
Spe ie sil aly هلى خورشيدى وجود داشته باشد
م ومني سرف نسم يرقف مصلاك ارين يعو نط تفن يقل موود فيو ass eps od هن مسر
اف خسکزی بالات عکان MY aS نز رد یکی از مهسرزن ای شیک ان Blt af oi Beha lle Bigs
حال حركت مى باشد.
nee أالوك به ميجيتال |ه[ جسعر
۱۳۹۱ گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه lint (ye) Lal IE ante lls, LR
صفحه 5:
واحد فرستنده گیرنده ارتباط گره با شبكه را برقرار مى كند. واحد حسگر شامل یک سرری حسگ و مبدل آنال وگ به دیجیتال
است که اطلاعات آنالوگ را از حسگ گرفته و بصورت دیجیتال به پرردازنده تحویل می دهد. واحد کارانداز شامل کارانداز
و مبدل دیجیتال به آنالوگ است که فرامین دیجیتال را از پردازنده گرفته و به کارانداز تحویل می دهد.
در کل با توجه به کاربرد مورد نظر و زمان نمونه برداري حسگر از محیط و توان مصرفي آن در مقایسه با میکروکنترلر
را در حالت(00801) مركزي. مي توان دو معماري متفاوت براي عملكرد كره حسكر ارائه كرد . يكي ازا ين روشها
اینست که مارا فعال کنیم و در روش دیگر مي توانیم تغذیه حسگر (6۳60() درآوریم و با دریافت اطلاعات يا
اهمیت۳0۳۲< عادي به صورت را در حالت عادي قطع کنیم و زماني که مي خواهیم از اطلاعات نمونه برداري کنیم
تغذيه حسگر را فعال کنیم . این عمل خصوصا در مواردي که توان مصرفي بالاي دارد. کاملا ضروري میباشد.
اكر فرستنده-كيرنده هايي استفاده کنیم كه Dera LAY ,| به صورت داخلي بشتيباني مي كنند و عمل تصحيح
خطا و سریال و موازي کردن را خودشان انجام مي دهند. بار پردازشي (۱6060)وپيچيدگي نر م افزار کاهش خواهند
أواحد حسكراكارائداز
oe Se
للم[ atta dew ew با ارات
1
۱۳۹۱ گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه lint (ye) Lal IE ante lls, LR
صفحه 6:
مسولا يك ]1/1751 شامل تعداد زيادى از گره های حسگری چند کاریر» کم توان و ارزان است كه در مناطق مورد نظ
مستقر شده است. این گرههای حنگری ادازه کوچکی دارند ما با فرستنده SiS
ان امش land SSS
جاسازى شده و حسكرها مجهز شده انده و بنابراين تنه داراى تواذيى حس كردن نيستند ؛ بلكه توانايى هاى يردازش كردن
اطلاعات و مخابره كردن را هم دارند.آنها در يك فاصله كوتاه و بوسيله واسط بيسيم باهم ارتباط برق رار مى كنند وجراى
انجام يك وظيفه مشترك باهم همكارى ميكنند.
ویژگی ها
shee Dang Som glee Si Si 3> اوه در یک حوزءمورد ظرءقرار گرفتهمی شوند.
+ بانری دار:گره های حسگری معمول از اتری تعنیه می کنند. در بیشتر مواقع» در مناطق ناساعد یا محیط های Bian Sb la می شوفد
ء جاهایی که تعویض و شارژ دوباره باتری ها غیس ممکن است.
عي سيد دروي جع عي شندا در اشرژی ره عور ع رجي بت
٠ خود بيك ربندى :مسولا كره هاى حسكرى به طور تصادفى و بدون مهندسى و برنامه رييزى دقيقه مستض مى شوند. زمانى كه مستش شدند
گره هاى حسكرى بايد بطور نود كار خودشان را در يك شبكه ارتباطىء بيكس بندى كندد.
۱۳۹۱ گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه lint (ye) Lal IE ante lls, LR
صفحه 7:
gS وید مسولا یک شبکه براى كاربرد خاصى ط راحى و بياده سازى مى شود. احتياجات ط راحى يك شبكه با تفييس كار ردش ه
Send
+ اطمینان: گره های حسگری معمولا در محیط های ناصاعد و خطرناک نصب می شوند و بدون مواظبت کار می كنند.آنها مستعد آسيب
فیزیکی و خرایی هستند.
+ تغییس مکر توپولوژی :توپولوژی شبکه به خاطر خرایی؛ آسیب دیدگی ء کاهش انرژی دیا محو شدن کانال های گره ها ءبه طور مكرر
تفییر می کند.
نبود هويت سراسریابه خاطر تعداد زیاد گره های حسگرری » معمولا ساخت py آدرس دهی سساسری بای شکه سرامسری Sa
نیست زیر میتواند ماب انسانی و اقتصادی زیادی را برای صیانت هویت بكار يرد
ءطرح ترافیک چند به یک ۳۵۲۵۲۳ One Traffic - 0غ - ۱۷۵۲0۷ در بیشتر کاریردهای شبکههای حسگرری +
دادهای که توسظ گره حسگرری»دریافت شده است از گر های حسگری منع چندگانه ب سمت یک انباره خاض۴ 50 جاری می شود؛ که یک
طرح ترافیک جند به يك را ارائه مى دهد.
+ افترونگی دادبه دلل تراکم بای آنها . داده درياقت شدء توسط گرههای حسگیری چندگانه» معمولا سطع معینی از همبستگی و
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 8:
حسگر : وسيل ای که وجود شیر رخداد یک وضعیت یا مقدر یک کمیت فیزیکی را تشخیص داده و به سیگتال الکتریکیتبدیل می کند
حسگر اتاع مخلف در مد حسگرهای دما ny tr gin a
ر, رطوبت, تور
کارانداز :با تحریک الکتریکی یک عمل خاصی مانند باز و بسته کردن یک شیر یا قطع و وصل یک کلید را انجام می دهد
گره حسگر: به كره أى فته مى شود که فقط شامل یک یا چند حسگر باشد.
گره کارانداز: به گره ای گفته می شود كه فقط شامل يك يا جند كارانداز باشد.
گره حسگر/کاراندز: بهکره ای گفته می شود که مجهز به حسگر و کار نا باشد
شبکه حسگر : شبکه ای که فقط شامل گره های حسگر باشد. این شبکه نوع خاصی از شبکه حس/کاراست. در کاربردهایی که هدف جمع آوری
اطلاعات و تحقیق در مورد یک پدیده می باشد کاربرد درد مثل مطالعه روى كردبادها.
میدان حسكر /كارانداز : ناحيه كارى که گره های شبکه حس/کر در أن توزيع ميشوند.
چاهک: گرهی که جمع آوری داده ها را به عهده درد. و ارتباط بین گره های حس اکار و گره مدیر وظیفه را برقرر می کند
كره مدير وظيفه: كرهى كه يك شخصى بعنوان كاربريا مدير شبكه از طريق أن ا شبكه ارتباط برقرار ميكند. فرامين نترلی و پرس و چو ها از
این گرهبهشبکه رال شده و ناد هی جمعآوری شده یه آن بر میکردد
شبکه حس/کار: شبکه ای متشکل از گره های حسگر و کر نداز یا حسگراکارناز است که حالت کلی شبکه های مورد بحث می باشد.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 9:
شبکه حس/کار: شبکه ای متشکل از گره های حسگر و کر ادا ا حسگر/کاراناز است که حالت کلی شبکه های مورد بحث می باشد.
Tape
Senso Sctor نمم قامه
Aww
۱۳۹۱ گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه lint (ye) Lal IE ante lls, LR
صفحه 10:
ساختار خودکار :
حسگر هلیی که یک رخداد یا پدیده را تشخیص می دهند داده های دریافتی را به گره های کارانداز جهت پردازش و انجام واکنش
مناسب ارسال می کنن. گره های کارانازمجار با هماهنگی با یکدیگر تصمیم گیری کرده و عمل می نمایند. در ولقع هيج کنترل
متمرکزی وجود ندارد و تصميم كيرى ها بصورت محلى انجام ميشود.
© [Sink
Evemtaiea 6
صا .دانشگاه صنعتی خاتم الاببا اص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری. اسفندماه ۱۳٩۱
صفحه 11:
ساختار نیمه خودکار:
در لین ساختار داده ها توسط گره هابه سمت چاهک هدلیت شده و فرمان از طریق چاهک به گره های کار
انداز صادر شود.
A ۰ سس
صا .دانشگاه صنعتی خاتم الاببا اص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری. اسفندماه ۱۳٩۱
صفحه 12:
ساختار بخش بندی شده يا سلولی
از طرف دیگر در کاربردهای خاصی ممکن است از ساختار بخش بندی شده یا سلولی استفاده شود که در هر بخش یک سردسته
وجود دارد که داده های گره های دسته خود را به چاهک ارسال می کند. در واقع هر سردسته مانند یک مدخل عمل میکند.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 13:
هر شبکه حسگر از تعداد زيادي گره ارزان قیمت با اندازه کوچك, تشکیل شده است و
هر گره نیز از مجموعه اي از اجزاي سخت افزاري تشکیل شده است که در کنار
یکدیگر وظایف هر گره را به انجام میرسانند.
در حال حاضر هر گره حسگر از بهم پیوستن تعدادي قطعات از پیش طراحي شده
خاصل"مي شود ولت دز آینده مي توان کلیه مدارهاي فورد نیاز يك حشگر را دز يك
مدار مجتمع فشرده و در اندازه بسیار كوچكتري پیاده سازي کرد که کاهش قابل
ملاحظه اي در اندازه و توان مصرفي هرگره را در بر خواهد داشت.
نهايتا سيستم عامل نسبتا ساده اي به نام 068 .ه27 براي كره هاي شبكه حسكر
بيشنهاد شده است كه بر مبناي كنترل رويدا دها طراحي شده است و منايع هر كره را
به نحو مناسيين كنترل موكند:
اين سيستم عامل يك سيستم عامل رويداد كرا است و از يك هسته جند ريسماني
بسیار کارآمد تشکیل شده است .
همجنين اين سيستم عامل يك ساختار برنامه ريزي دو سطحي دارد که اجازه مي دهد تا
مقدار پردازش محدودي بر روي رويدادهاي سخت افزاري به صورت ایجاد وقفه در
هنگام انجام وظایف طولاني صورت پذیرد.
در طراحي این سیستم عامل, انرژي مهمترین منبع موجود در نظر گرفته مي شود
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 14:
شبکه هاي حسگر در حالت كلي ماهیت داده-محور دارند و بنابراین. ساختار ارتباطي
oS ov هاي حسگر با ید طوري طراحي شوند که با ماهیت این شبکه ها هماهنگي
داشته باشند =
چون اکثر كاربردهاي شبکه هاي حسگر در مواردي است که عملا امکان اتصال گره ها
به یکدیگر عملي یا مقرون به صرفه نیست, دراین گونه شبکه ها عموما از ارتباط
بيسيم استفادة مي شود.
ساختار كلي اين شبكه ها به اين صورت است که تعداد زيادي گره همسان, در محیط
پراکنده مي شوند و پس از جمع آوري اطلاعات مورد نظر, آن را به يك گیرنده مركزي
Slay! (sits) مي کنند. گیرنده مركزي گرهي با میزان انرژي بالا و تجهیزات مورد نیاز
مي باشد و در واقع واسط بین شبکه حسگر و محیط اطراف مي باشد. در شبکه هاي
با وسعت جغرافيايي زیاد. مي توان از چندین گیرنده مركزي استفاده کرد تا مسیر
ارسال داده ها به گیرنده ها, بیش از حد طولاني نگردد
از آنجايي که ارسال مستقیم راديوپي در فواصل زیاد, به انرژي بسیار زيادي نیاز دارد,
در شبکه هاي حسگر , از روشهاي انتقال اطلاعات به صورت كام به كام استفاده مي
شود. علاوه براین مورد, دراکثر موارد بین بسياري از گره ها و گیرنده هاي مركزي, به
علت مسايلي مانند فاصله زیاد یا موانع جفرافيايي, ممکن است دید مستقيمي بین گره
و گیزنده مركزي: وجود نداشته باشد .
روشهاي متنوعي جهت پراکندن اطلاعات در شبکه هاي حسگر, پيشنهاد شده است
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 15:
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 16:
.دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص) بهبهان. گروه مهندسی بر
مطابق شکل زیر پشته پروتكلي از یکطرف داراي پنج لایه اققي شامل لایه هاي فيزيكي, پیوند داده, شبکه, انتقال, و کاربرد و
از طرفي داراي سه لایه عمودي مدیریت توان, مدیریت جابجايي, و مدیریت وظیفه است.
لاه فيزيكي وظیفه اش عملیات مدولاسیون و ارسال و دریافت در سطح پایین مي باشد. لایه فیزیکی در شبکه حسگر بی سیم
همائند شبكه سيمى نقش تبدیل سیگنال های آنلوگ به دیجیتال و بلعکس را ایفا می نماید . رسانه انتقال در اینگونه شبکه ها
هدایت نشده است و ارتباط گرهها بصورت بیسیم و از طریق رسانه رادیویی؛ مادون قرمز» یا رسانههای نوری دیگر صورت
میگیرد. اکثرا از ارتباط رادیویی استفاده میشود
لایه پیوند داده در شبکه حسگر بی سیم وظیفه تشخیص و رفع خطا و نویز در داده های رسیده از لایه فیزیکی را بعهده
داشته همچنین داده های رسیده از لایه شبکه را فرد ده تا برای ارسال آماده سازد.از طرفی زیر لایه کنترل دسترسي
نه اد قادر باشد با حداقل تصادم بروش بخش همگانی با هر گره همسایه ارتباط برقرار کند.
هماهنگی
ايه كاريرد
1۳
۳ لیه فتقال
11353 لایه شبکه
3
یه پیوند داد
al لایه فیزیکی
الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 17:
لایه شبکه وظیفه مسيردهي داده هايي که از لایه نتقال مي آید را بر عهده دارد.
الايه انتقال وظيفه مدیریت جریان انقال بسته ها را در صورت نیاز کاربرد, بر عهده دا
بسته به كاري که شبکه براي آن طراحي شده انواع مختلف نرم افزارهاي كاربردي مي تواند روي لایه کاربرد استفاده شود و
خدمات مختلفي را ارائه نماد
هماهنگی
ox ov
یه تقال
لایه شبکه
حرکت
لایه پیوند دادم
یه فیزیکی
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 18:
لایه عمودي مدیریت توان با دخالت در کلیه لایه هاي افقي چگونگي مصرف توان براي گره را تعیین مي کند. در وافع براي
کاهش مصرف انرژي به الگوریتم ها و بروتكل هاي توان آكاه نيازمنديم. مثلا اينكه يك كره يس از دريافت يك بيغام از يكي
از همسايه هايش دريافت كننده اش را خاموش كند باعث جلوكيري از دريافت دوباره بيغام و در نتيجه كاهش مصرف انرزي
مي كردد. ايده ديكري كه مي تواند همزمان استفاده شود اين است كره اى كه به سطح بايين انرذي رسيده به همسايه هايش
اعلام همكاني مي كند كه انرزي اش در حال اتمام است و نمي توائد در مسيردهي بيغامها شركت داشته باشد. گره هاي
همسايه بس از آن بيغام ها را از طريق كره هاي ديكر مسيردهي خواهند كرد.
اسر هماهنگی
oY كاريرد
al 4
a 3 لایه انعقال
3
wa [4/314
3
لایه پیوندداده
لایه فیزیکی
.دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص) بهبهان. گروه مهندسی بر
الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 19:
.دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص) بهبهان. گروه مهندسی بر
الايه عمودي مديريت حركت, به بكار كيري روشهاي مكان أكاه بر مي كردد جابجايي گره را تشخیص داده و ثبت مي کند
بنابراين يك مسير بركشت تا كاربر هميشه مديريت مي شود و رد كره متحرك دنبال مي شود.
مدیریت وظیفه ۰ وظایف گره ها را زمانبندي كرده و متعادل مي سازد. مثلا اكر وظيفة حس به يك ناحيه معين محول شد همه
گره هاي حسگر آن ناحیه مي تواند بسته به کاربرد به
برخي كره ها مثلا به گره هايي با قابليت اطمينان بيشتر يا ترافيك كمتر يا آنها كه انرزي بيشتر دارند محول شود. براي
ارآكاه استفاده نمود
نیست عملیات حس را بطور همزمان انجام دهند بلكه اين و:
سس هماطتكي
ay كاريرد
1
3[ _ اه تال
21
ادا aoa
3
لایه پیوند داده
لاه فیزیکی
الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 20:
. از نظر توپولوژی شبکه برای سیستم های رادیویی وجود دارد os.
Bus, Ring, Star, Tree, Mesh, Hybrid
شبكه ستاره أى ( يك نقطه به جندين نقطه ) :
يك شبكه ستاره اى نوعى از توبولوزى مورد استفاده قرار مى كيرد كه يك ايستكاه مركزى مى توائد داده ها را از جندين
حسكر دريافت كرده ويا بفرستد .
ry
مزیت استفاده از این نوح شبکه های حسگر های بی سیم سادگی آنهاست و اینکه می توان توان مصرفی آنها را در حداقل
ممکن نگاه داشت .
ضمن AR! امکان ارتباط بین حسگر و ایستگاه مرکزی را برای سیستم های مخابراتی که دارای تاخیر مخابراتی هستند فراهم
على كلذ ..
عيب
جنين سيستم هايى اين است كه بايكاه اصلى بايد در طيف راديويى كه هر يك از كره هاى حسكر هستند قرار داشته
باشد و از نظر قدرت به استحکام شبکه های دیگر نیست چون وابسته به یک گره خاص است تا بتواند شبکه را مدیریت کند
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 21:
mesh network شبکه توری
شبکه توری این امکان را به گره های شبکه می دهد که بتواند که
قرار دارند منتق نماید.
ها را به گره های دیگر شبکه که در آن طیف انتقال
اين حالتى است كه امكان ارتباط multi hob communications Wis sp با یکدیگر را فراهم مى كند
اگر یکی از گره ها بخواهد به گرهی دیگر اطلاعات بفرستد می تواند از طریق گره های میانی و واسطه انجام گیرد .
a
یکی از مزیت های این نوع شبکه اين است که امکان مقیس پذیری و بررسی خطاهای داده ها که بین حسگر های بی سيم و
ایستگاه اصلی بوجود می آید قبل نجام است . نیز اگر یکی از گره ها دچار خرابی شود این امکان وجود دارد که از طریق
گره های دیگر به ارسال و دریافت پیامبپردازيم . ضمن اینکه طیف شبکه محدود به یک گره خاص نمی شود و براحتی می
توان با اضافه کردن گره های دیگر به گسترش شبکه پرداخت .
3
ازمعایب آن این است که که توان مصرفی اختصاص داده شده به این مجموعه از گره ها از توان مصرفی که برای یک گره
منفرد استفاده می شود خیلی بیشتر است .و به همین جهت عمر کاری باتری مورد استفاده در این سیستم ها کم است .
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 22:
به موازات افزایش هاب های مخایراتی شبکه های ترکیبی از ستاره و توری - Hybrid star
mesh Network حالت ترکییی و یا هایبرید وضعیتی است که دو حالت ستاره و توری را با هم
a's SLs این ترتیبرشبکة ای قدرنمند و متنوع پدیداهی آیقاوابدین تزتیت قظرف توان سیستم
های حسگرهای بی سیم نیز در حداقل مقدار ممکن نگاه داشته می شود .
در اين نوع تویولوژی گره هایی که دارای پائین ترین مقدار مصرف برق هستند قادر به ارسال و
فوروارد کردن پیام ها نیستند . اين کار فقط این امکان را فراهم می کند تا مصرف توان در حداقل
ممکن نگه داشته شود . اما سایر گره های موجود در شبکه اين امکان را دارند که ارتباطات
چندگانه را حفظ کرده و به ارسال اطلاعات از گره هایی که توان پائینی دارند به سایر گره ها
ادامه دهند
بطور معمول گره هایی که دارای هاب چندگانه هستند توان مصرف بالاتری دارند . و در صورت
امکان آنها را به منبع bol برق متصل می کنند . اين نوع توپولوژی که با شبکه های توری دریافت
کننده وارسال کننده انجام می گیرد را به نام استاندارد زیگ بی 21006 می شناسند.
.دانشگاه صنعتی خاتم النبیا (س) بهبهان, گروه مهندسی
-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 23:
از مهم ترین مسایل شبکه و بخصوص لایه شبکه , مساله مسیریابی است.
در مسیریابی سعی بر آن است تا اطلاعات تا حد ممکن با کمترین مصرف
انرژی و تلفات توان در شبکه و بین گره ها انتشار یابد.
روش سیل jl: (beck) Lal ساده ترین روشهاي بکاررفته جهت پخش داده ها
درشبکه هاي حسگر است
هر گره جهت پخش کردن داده هاي خود, به سادگي داده هاي خود را به همه همسایگان
خود ارسال مي کند و
گره هاي همسایه نیز در صورتي که قبلا داده دریافت شده را در اختیار نداشته باشند,
به همین ترتیب يك نسخه از داده ها را نزد خود نگهداري مي کنتد و سپس آن را به تمام
همسایگان دیگر (بجز همسایه اي که داده را از آن دریافت کرد ه اند) ارسال مي کنند.
عيوب
مشكل انفجار :وقتى كره ها داده ها را به صورت تكراري از جندين كره دريافت
كنند. اين فرايند تا حد زيادي باعث اتلاف منايع كره ها مي شود
مشكل هميوشاني: عبارتست از اشتراك داده هاي جمع آوري شده توسط
حسكر.براي دستيابي به بايداري بيشتر در شبكه هاي حسكر معمولا مقداري هميوشاني
بين نواحي تحت يوشش حسكرها در نظرمي كيرند و همين امر باعث مي شود تا يك
صفحه 24:
كل
بررسى
به صورت كلي اين روش تنها در مواردي مي تواند كارايي داشته باشد كه مايل هستيم
اطلاعاتي را به صورت همه يخشي براي تمامي كره هاي شبكه ارسال كنيم . اصولا اين
موضوع در مورد شبكه هاي حسكر كه معمولا ماهيت جغرافيايي كسترده دارند: كمتر
رخ مي دهد و در اين شبكه ها معمولا از يرسجوهايي مربوط به يك ناحيه جغرافيايي
خاص استفاده مي شود يا ارتباطات معمولا بين جند كره محدوذ به عنوان منيع و يك يا
جند كيرنده صورت مي كيرد.
بنا به دلايل بالا استفاده از روش سيل آسا براي شبكه هاي حسكر كه داراي
منابع انرژي محدود هستند, مناسب نمي باشد
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 25:
مسيريابى (روش شايعه يراكنى)
روش تنائعه أيزاكتن لد
این روش تا حد زيادي شبیه زونش سیل آساست. با اين تفاوت که در این روش هر
همسايه هنكام دریاقت داده ها به صورت تصادفي يكي از همسایه هایش را انتخاب مي
کند و داده ها را (در صورتي که قبلا دریافت نشده باشند ) به آن گره ارسال مي کند
(حتي اگر داده ها را از همان گره گرفته باشد).
بررسی
این رویکرد میتواند تا حدي مشکل انفجار را برطرف کند ولي در مورد سایر مشکلات
نمي تواند کار خاصي انجام دهد و علاوه بر این سرعت انتشار هم در این روش پایین
است چون در هر مرتبهدز هر بار ارسال, داده فرستاده شده تنها يك گره را طي:مي
کنة و به این ترتیب جهث ارسال ذاذه؛بین ذو گره شبکه, ذر بدثرین
حالت ممکن است به اندازه زمان ارسال داده بین تمام گره هاي شبکه تاخیر داشته
باشيم و اين امر با افزایش تعداد گره هاي شبکه میتواند مشکل ساز گردد.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 26:
مسيريابى(شايعه يراكنى)
روش شایعه پراكني (مسسص)
روش شایعه پراكني, يك جایگزین براي روش همه پخشي سنتي محسوب مي شود که از فرایند
تصادف براي صرفه جويي در مصرف انرژي بهره مي برد. به جاي ارسال داده ها به صورت
یکسان, يك گره شایعه پراکن, اطلاعات را به صورت تصادفي تنها به يكي از همسایگانش ارسال
مي کند. اگر يك گره شایعه پراکن , داده اي را از همسا یه اش دریافت کند. میتواند درصورتي که
همان همسایه به صورت تصادفي انتخاب شد , داده را مجددا به آن ارسال کند. در شکل اگر گره
ظ هیچ گاه داده خود را به سمت گره 3 باز نگرداند گره 6 هیچ گاه داده را دریافت نخواهد کرد
0 ©
.دانشگاه صنعتی خاتم النبیا (س) بهبهان, گروه مهندسی
-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 27:
مسيريابى(شايعه يراكنى)
روش شایعه پراكني (بممیم)
ا ae ARUN tl aa یک گره نا هرید با ز 2 ز 2 Gli aS انتترق از ازه
شروع نه پرآکنده شدن در داحل شبکهمي کتید با وقتي که این کین:ها در اثر تنادم:بة انتها پزشتد
در صورتي که روش شا یعه پراكني جلوي چنین تصادم هابي را مي كيرد جون در اين روش تنها يك
كبن از داد دز هر گرخ اایجاد می شود و هر ينه تتداذ كني هاي ایجاذ ده کمتر باشد احتمال
تصادم اين كيت ها کمتر من شود:
Spas wie jan که روش شا بعه-پرآکتن افللاعات. را به کندي: در شبکه چزآکنده ی گید dl begs
ارام اهسته اپ هم ارو
از آنجايي که هر گره , داده را به صورت تصاذفي, تنها به يكي از همضا یه هاي خوذ ارسال مي کند
, سر بع ترين سرعت پخش منبع در شبکه , حداکثر سرعت انتشار در اين روش برابر يك گره در
هدوز آلنتت<
دتهانت اگرچه تروق 1 خد فزانی از تطادمرجوگزري کت ول fis cil
یچ راتخلي برای,جلوگيري از هتپوتنانی ارائعنکرده ‘hail
.دانشگاه صنعتی خاتم النبیا (س) بهبهان, گروه مهندسی
-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 28:
.دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (س) بهبهان. گروه مهندسی بر
۳0
مه( via موب حلسم جسم) 5۳/0 :
در اين روش از شبه - داده ها (سست) جهت نامگذاري داده هاي واقعي استفاده
مي شود و هر گره هنگام ارسال داده هاء ایتدا شبه - داده مورد نظر را به همسایگانش
در قالب يك پیغام 00) ارسال مي کند و آنها در صورت در اختیار نداشتن داده هاء با
تولید کردن يك پیغام )٩6, تمامي داده یا بخشي از داده را که دراختیار ندارند.
درخواست مي کنند و گره اولیه با دریافت پیغام ,۲80) داده هاي حقيقي را در قالب
يك پیغام ,0۳0 به آنها ارسال مي کند.
چنین رويكردي مي تواند مشکل انفجار و هم پوشاني را برطرف کند چون در اين
رویکرد قبل از ارسال داده ها
تنها شبه - داده ها ارسال مي شوند که حجم بسیار كمتري نسبت به خود داده دارند و
همچنین محتویات داده اصلي بوسیله آنها قابل استخراج است .
بعلاوه در اين روش براي هر گره يك مدیر منابع در نظر گرقته شده که مي تواند .
عملگر هر گره را تحت تاثیر قرار دهد و در صورت کمبود منایع, بخشي از فعاليتهاي آن
گره را متوقف کند (مثلا جلوي شركت كردن
گره در امر مسيريايي را بگیرد).
با وجود اینکه این روش تا حد زيادي نسبت به روشهاي قبلي بهینه تر است, با اين وجود
از تكنيكهايي مانند فشرده سازي وخلاصه کردن اطلاعات که مي توانند تا حد زيادي
سربار ترافيكي شبکه را کاهش دهند, استفاده نمي کند و در ضمن اين روش يك راهکار
فرستنده -محور (سهیبسطسج) است که خود اين امر میتواند تا حدي مانع استفاده
الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 29:
روش 610
Dewrtatica) من ونه و سس صب 9)) خانواده اي از يروتكل هاي سازكار
شونده است که مي توانند داده ها را به صورت موثري بين حسكرها در يك شبکه
حسگر با منایع انرژي محدود, پراکنده کنند. گره هايي که پروتکل ارتباطي ۵0۳0)را
اجرا مي کنند. داده هاي خود را با استفاده از شبه -داده ها که توصیف کننده هاي سطح
بالايي هستند, نامگذاري مي کنند. همچنین گره ها دراین روش براي >93 ارسال داده
هاي اضافقي در شبکه , از مذاکره شبه -داده ها استفاده مي کنند. همچنین گره هاي مد
مي توانند تصمیم گيري جهت انجام ارتباطات خود را هم براساس اطلاعات مربوط به
برنامه كاربردي وهم براساس اطلاعات مربوط به منابع موجود خود به انجام برسانند.
اين كار باعث مي شود كه حسگرها بتوانند داده ها را با وجود منایع محدود خود. به
صورت کارآمدي پراکنده کنند.
دو راه کار كليدي دسته پروتکله اي 90۳10) براي برطرف کردن مشکلات مطرح شده
در روش كلاسيك همه پخشي, استفاده از مذاکره و تطبیق منایع است . براي برطرف
كردن مشكل تصادم و هم پوشاني, گره هاي 00*10)از مذاکره با یکدیگرقبل از ارسال
اطلاعات استفاده مي کنند. همچنین گره ها قبل از ارسال داده هاء منابع خود را ارزيابي
مي كنتد. هر كره حسكرمدير متايع لصم «) مخصوص خودش را دارد که
مصرف انرژي را دنبال مي کند. برنامه هاي كاربردي قبل ازارسال یا پردازش داده ها
مدیر منایع را BS as es اين امر به حسكرها كمك مي کند تا بعضي از
خاص را
صفحه 30:
پیغام هاي6010
گره ها در010) براي ارتباط با یکدیگر از سه نوع پیغام استفاده مي کنند
- 000براي تبلیغ داده هاي جدید استفاده مي شود. وقتي يك گره als opt اي براي
به اشتراك گذاشتن دزاختیار دارد, انن امر را مي تواند با ارسال شبه-داده مزبوطه تبلیغ
کند
REQ - جهت درخواست اطلاعات استفاده مي شود. يك گره 90۳10 مي تواند
هنگامي که مي خواهد داده حقيقي رادریافت کند از اين پیغام استفاده کند
- 00۵ شامل پیفام هاي داده اي است . پیفام هاي 0۲۱ محتوي داده حقيقي جمع
آوري شده توسط حسگرها هستند که شامل يك سرایند شبه داده هستند.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 31:
1
با دريافت يك بيغام POO از طریق گره ) گره 0 بررسي مي کند که آیا
تمامي داده تبلیغ شده را در اختیار دارد يا خیر. درغیراین صورت , گره 0 يك
REG play به 0 بر مي گرداند که در آن تمامي داده هايي که گره نیاز
دارد, فهرست شده است .
وقتي گره 0 پیغام )را دریافت کرد, داده هاي درخواست شده را استخراج
مي کند و آنها را بوسیله يك OOTO play به ارسال مي کند. سپس گره 4
يك پیغام (000) جدید تولید مي کند که در آن داده جدید به دست آمده را به
همه همسایگانش تبلیغ مي کند ولي پیغام GOO را برای کره 0 ارسال نمی
کند, چون مي داند که گره ) قبلا داده مورد نظر را دراختیار دارد. سپس اين
گره ها هم تبلیغات مربوط به داده جدید را به همسایگانشان ارسال مي کنند و
پروتکل:ادامه:مي باید
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 32:
1
:۵ يك روش دست تكاني سه مرحله اي
دست تکانی (۲) روشی ساده sly پراکندن داده ها در يك شبکه
بدون اتلاف است که در سه مرحله کار مي کند و در هر يك از مراحل , از يكي
از پیغام هاي شرح داده شده در بالا استفاده مي کند .
پروتکل زماني آغازمي شود که يك گره , داده جديدي بدست مي آورد که مابل
است آنرا پراکنده کند واين کار را با نامگذاري داده جدید وفرستادن يك پیغام
POO به همسایگانش انجام مي دهد. 5
با دریافت كردن ييغام 000) گره ي همسایه بررسي مي کنند که آیا قبلا چنین
داده اي را دریافت کرده یا در خواست چنین داده اي را داده يا نه. اگر نه, گره
همسا یه براي ارسال داده درخواست شده به فرستنده, يك پیفام 806 به
عنوان پاسخ برمي گرداند.
پروتکل با ارسال داده مورد نظر يعني ارسال پیغام 06) در جواب پیفام
REQ تکمیل مي شود
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 33:
Fey i EP rn COPE EPRI PICCOLO
۱۳۹۱ گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه lint (ye) Lal IE ante lls, LR
صفحه 34:
CPIM: يك روش دست تكاني
اكرجه اين يروتكل براي شبكه هاي بدون اتلاف طراحي شده است, به سادگي
مي توان آثرا براي استفاده در شبکه هاي بااتلاف تعمیم داد به اینصورت که گره
هاء براي جبران پیغام هاي 000)از دست رفته , مي توانند به صورت متناوب
اين بيغام ها را ارسال کنند و همچنین براي جبران پيغامهاي 0۵ و 40
از دست رفته , گره ها مي توانند داده هاي مورد نیاز خود را در صورتي که در
يك بازه زماني مشخص دریافت نشدند, دوباره درخواست دهند.
همچنین در مورد شبکه هاي سیار در صورتي که گرهي مشاهده کرد که
همسایگانش تغییر کرده اند مي تواند فورا تمامي داده خود را تبلیغ کند.
مهمترین مزیت 90*10) سادگي آن و همچنین محلي بودن و عدم وابستگي به
يك جينش خاص است که باعث مي گردد بتوان آن را به سادكي بر روي هر
شبکه اي پیاده سازي کرد
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 35:
ا ا 2-0
©-610-1:610هبا يكآستانه انرزوبايين
اين روش يك فكر هوشمندانه ساده . جهت صرفه جويي در منايع به 0/00-0)©
اضافه مي كند به اينصورت كه وقتي كه منايع به اندازه كافي موجود است كره
هاي © مانند گره ها دراد از پروتکل سه مرحله اي استفاده مي کنند.
وقتي گرهي مشاهده مي کند که میزان منابع انرژي اش از يك حد خاص کمتر
شده است, خودش را بوسیله کاهش شرکت خود در پروتکل با شرایط جدید
تطبیق میدهد و در حالت كلي يك گره تنها هنگامي در پروتکل شرکت مي کند
که اطمینان دارد مي تواند تمامي مراحل دیگر پروتکل را بدون اینکه منایع
انرژي اش از محدوده تعیین شده پایین تر رود. به انتها برساند .درغیر اين
صورت گره با دریافت پیغام (0020)هیج گونه پیغام 0۱)تولید نمي کند. اين
روش باعث مي شود که گره هنگام پایین بودن انرژي درگیر پیغام هاي
۵)نشود.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 36:
صرح دنه فضنید عکنم الاتریا اامزبیميلن. کون ده تاسجبر ق باکت |زنیکو ite fuse dhol دکض بکالهلا .
انتشار مستقيم (موسخ/ك (dreved
اين روش ازمفهوم نامگذاري داده ها بهره برده است ويك روش گیرنده -محور
weal (receiver tated)
دز اين روش, داده ها به صورت زوجهاي داذه-مقدار نمایش داده مي: شوند:
گره گيرنده, ابتدا يك پیغام علاقه مندي (حصضه) تولید مي کند و آن را در طول شبکه
پراکنده مي کند. سپس گره هاي شبکه با مقایسه علاقه مندي دريافتي با داده هاي جمع
آوري شده, پي مي برند که داده درخواستي را در اختیار دارند یا خیر و در صورت در
اختیار داشتن داده هاء يك پیغام داده اكتشافي (490 رسامجابه سمت گیرنده ارسال
میکنند تا مسیر داده ها مشخص شود. با مشخص شدن مسیر, داده هاي درخواستي به
سمت گيرنده ارسال مي شوند. در اين رویکرد براي تشکیل مسیر از مفهومي به نام
گرادیان (مسفجب) استفاده شده است که در هر گره هنگام عبور علاقه مندي ها تشکیل
میشود و در آن, مشخصه علاقه مندي و گره همسایه اي که علاقه مندي از طریق آن
دریافت شده, ذخیره مي شود.هنگام تشکیل شدن مسیر, داده هاي اكتشافي از همین
گرادیان ها براي تشخیص بهترین مسیر به: سمت.گیرنده, استفاده مي کنند .
همچنین در اين الگوریتم, گیرنده از مكانيسمي به نام تقويت كردن (مصس #2 )
استفاده مي کند تا همسایه هايي را که سرعت جمع آوري داده بالاتري دارند را نسبت
به سایرین در اولویت قرار دهد علاوه بر موارد ذکر شده, در اين روش هر گره اي مي
صفحه 37:
.دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص) بهبهان. گروه مهندسی بر
انتشار مستقیم (مسسخ لسسسف)
دز ابتدا روش پيشنهادي جهت این کار: روش متراکم کردن فرصت طلبانه
(معمسمبه تجسسسی) بود که در اين روش, داد ه ها هر گاه در طول مسیر تشکیل
شده به سمت گيرنده به هم مي رسیدند. متراکم مي شدند. به دلیل امکان رسیدن
مسیر ها در نزديكي گره مقصد, در بعضي موارد ممکن است این روش کارايي لازم را
نداشته باشد.
روش ديگري که جهت بهبود اين امر پيشنهاد شده , روش متراکم سازي حریصانه
مسحي ركسي ) الست که ,در این ,روش درختی از مسیرهمنایع دادم هاربه سما ريك
گیزندهتطوری مكيل من نود که تا حد امکان, انشعاب:درخت در,بزديگي نات صورت
29
روشهاي ديگري هم براي بهبود متراکم سازي مانند متراکم سازي سينايسي پیشنهاد
شده است
الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه ۱۳۹۱
صفحه 38:
مسيريابى (بهبود روش انتشارمستقيم)
جهت بهبود عملكرد روش انتشار مستقيم روشهايى بيشنهاد شده است.
8 = :GEAR (Oroyaphe Gerq-Owor Route)
در اين روش, به جاي انتشار علاقه مندي ها به صورت سیل آساء از محتویات آنها جهت
انتشارشان استفاده مي شود وعلاقه مندي ها تنها در ناحیه مورد نظر, انتشار مي یابند.
همچنین به کمك این روش, منایع موجود, در مسيريابي تاثیر داده میشوند تا استفاده از
منایع به صورت بهینه تري صورت پذیرد. ۳
روش انتشار بیرون دهنده (مسخ اهج) براي کاربرد هايي که در آنها تعداد
گيرنده ها زیاد است و داده هاي تولید شده نیز حجم بالايي ندارد.
روش انتشار جذب يك مرحله اي (در مقابل روش اصلي که جذب دو مرحله اي
هم نامیده مي شود) که در اين روش, منایع پس از دریافت علاقه مندي منطبق با داده
هایشان, مستقیما پيغامهاي داده را به سمت گیرنده ارسال مي کنند.
همچنین روشهايي براي تقسیم کردن شبکه به دسته هاي کوچکتر پيشنهاد شده است
مانند روش ۲70 در اين روش براي صرفه جويي در مصرف انرژي و جلوگيري از
خالي شدن سریع باتري گره هايي که به عنوان سردسته انتخاب مي شوند. از
الگوريتمي جهت پراکندن آنها در سطح شبکه به صورت تصادفي, پیشنهاد شده است.
دز این روش گر ها خودشان و بذون نیاز بَة ارتباظ.با گزه هاي دیگر, تعیین مي 208 aS
در ابتداي هر دور به عنوان سردسته فعالیت کنند یا خیر. سپس گره هايي که به عنوان
سردسته انتخاب مي شوند این موضوع را به گره هاي اطراف خود اطلاع مي دهند و
گره هاي اطراف نیز با دریافت پیغام سردسته هاء گره اي را به عنوان سردسته انتخاب
جافگیزينانی تدلخاتیببنین) ببچگنالهيايندستم زهالکتر ونکاوزب هو وکشبو1(۵)للکنااستفاده مي
صفحه 39:
۹
زوشهاي مطرح نشده: هنکن پرانتانن به خداقل رشایدن مرف کل ابزتق در
لبکه طراحي:شده اند ging گونه تفكيكي بین کیفیت سزو پس آرائه شده Ga
جريان هاي مختلف قائل نمي شوند ولي در برخي از روش ها مانند روش
0 علاوه بر هدف بهینه کردن توان مصرف شده در گره ها, بر روي
كيفيت سرویس آرائه.شده براي جربان دادههاي,مختلف نیز ناکید من شود
در روش 806000) دو ترافيك مختلف 0) که حساسیت زماني خاصي ندارد و
ترافيك 4۲۱ (زمان حقيقي) که به تاخیر زماني حساس است معرفي مي شود
و برخورد گره های مياني در طول يك مسیر با این دو جریان متفاوت است.
گره ها در برخورد با جریان هاي 08 گره هاي بعدي را از روي گره هايي با
حداکثر انزژي موجود انتخاب مي کنند تا مصرف توان در شبکه را متعادل
سازند ولي در مورد جریان هاي 6۲۳ گره هايي با حداقل فاصله با مقصد ترجیح
ذاذة في شوند تا تاخیر ناشي از ارسال اطلاعات بة حداقل مقدار همکن برسد.
البته در اين روش sly هر دو جریان, توازني میان مصرف متعادل انرژي و
حداقل فاصله با مقصد ایجاد شده است.
۱۳۹۱ .دانشگاه صنعتی خاتم الانبيا (ص) بهبهان. گروه مهندسی برق-الکترونیک, شبکه های کامپیوتری, اسفندماه LR
صفحه 40:
0
دانشگاه صنعتی خاتم الانباء (ص) بهبهان
دانشکده فنی و مهندسی, گروه مهندسی الکتروئیک
