دانلود پایان نامه ارشد با موضوع انرژي، زيادي، سينك

دانلود پایان نامه ارشد

توليد، محيط عمليات، توپولوژي شبکه حسگر، محدوديتهاي سخت افزاري، ابزار و رسانه ارتباط، انرژي مصرفي و … ميباشد. جهت آشنايي بيشتر با شبکه هاي حسگر بي سيم به پيوست اول مراجعه گردد.
1-1-1- مسائل مطرح در شبکه هاي حسگر بي سيم
عوامل متعددي در طراحي شبکههاي حسگر موثر است و موضوعات بسياري در اين زمينه مطرح است که بررسي تمام آنها در اين نوشتار نميگنجد از اين رو تنها به ذکر برخي از آنها بطور خلاصه اکتفا ميکنيم.
1-مسيريابي: ماهيت اصلي شبکههاي حسگر به اين صورت است که کارهايي که انجام ميدهند بايد به صورت محلي باشد چرا که هر گره تنها ميتواند با همسايههاي خود ارتباط برقرار کند و اطلاعات کلي و سراسري از شبکه چندان در دسترس نيست (جمعآوري اين اطلاعات هزينه و زمان زيادي را مصرف ميکند). اطلاعات بدست آمده توسط گرهها، بايد با استفاده از تکنيکهاي مسيريابي، به نحوي به گره مرکزي ارسال گردد.
2- تنگناهاي سختافزاري: هرگره ضمن اينكه بايد كل اجزاء لازم را داشته باشد بايد بحد كافي كوچك، سبك و كم حجم نيز باشد. در عين حال هر گره بايد انرژي مصرفي بسيار كم و قيمت تمام شده پايين داشته و با شرايط محيطي سازگار باشد. اينها همه محدوديتهايي است كه كار طراحي و ساخت گره‌هاي حسگر را با چالش مواجه ميكند. ارائه طرحهاي سختافزاري سبک و کم حجم در مورد هر يک از اجزاي گره بخصوص قسمت ارتباط بيسيم و حسگرها از جمله موضوعات تحقيقاتي است که جاي کار بسيار دارد. پيشرفت فنآوري ساخت مدارات مجتمع با فشردگي بالا و مصرف پايين، نقش بسزايي در كاهش تنگناهاي سختافزاري داشته است.
3- تحملپذيري خطا و قابليت اطمينان7: هر گره ممكن است خراب شود يا در اثر رويدادهاي محيطي مثل تصادف يا انفجار بكلي نابود شود يا در اثر تمام شدن منبع انرژي از كار بيفتد. منظور از تحمل‌پذيري يا قابليت اطمينان اين است كه خرابي گرهها نبايد عملكرد كلي شبكه را تحت تاثير قرار دهد. در واقع ميخواهيم با استفاده از اجزاي غير قابل اطمينان يك شبكه قابل اطمينان بسازيم.
4- توپولوژي: توپولوژي شبکه يکي از مفاهيم اوليه در شبکههاي حسگر است که ديگر موارد نظير مسيريابي و … بر روي آن تعريف ميشود. ساختارهاي زيادي در توپولوژي مطرح است که بر اساس اولويتهاي مختلف و در شرايط متفاوت يکي بر ديگري برتري دارد. از جمله مواردي که در انتخاب يک ساختار تاثير ميگذارد ميتوان به مصرف انرژي کمتر، تنک بودن ساختار، کم بودن درجه گره، تحملپذيري خطا و تداخل اشاره کرد.
5- مقياسپذيري8: شبكه بايد هم از نظر تعداد گره و هم از نظر ميزان پراكندگي گرهها مقياسپذير باشد. بعبارت ديگر شبكه حسگر از طرفي بايد بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتي ميليونها گره كار كند و از طرف ديگر، چگالي توزيع متفاوت گرهها را نيز پشتيباني كند. در بسياري كاربردها توزيع گرهها تصادفي صورت ميگيرد و امكان توزيع با چگالي مشخص و يكنواخت وجود ندارد يا گرهها در اثر عوامل محيطي جابجا ميشوند. بنابراين چگالي بايد بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغيير كند. موضوع مقياسپذيري به روشها نيز مربوط ميشود برخي روشها ممكن است مقياسپذير نباشند يعني در يك چگالي با تعداد محدود از گره كار كند. در مقابل برخي روشها مقياسپذير هستند.
6- شرايط محيطي: طيف وسيعي از كاربردهاي شبكههاي حسگر مربوط به محيطهايي ميشود كه انسان نميتواند در آن حضور داشته باشد. مانند محيطهاي آلوده از نظر شيميايي، ميكروبي، هستهاي و يا مطالعات در كف اقيانوسها و فضا و يا محيطهاي نظامي به علت حضور دشمن و يا در جنگل و زيستگاه جانوران كه حضور انسان باعث فرار آنها ميشود. در هر مورد، شرايط محيطي بايد در طراحي گرهها در نظر گرفته شود مثلا در دريا و محيطهاي مرطوب گره حسگر در محفظهاي كه رطوبت را منتقل نكند قرار مي‌گيرد.
7- رسانه ارتباطي: در شبكههاي حسگر ارتباط گرهها بصورت بيسيم و از طريق رسانه راديويي، مادون قرمز، يا رسانه‌هاي نوري صورت ميگيرد. در رسانه راديويي که بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرد از باندهاي مختلف صنعتي، علمي و پزشکي که در اکثر کشورها آزاد است استفاده ميشود. تعيين فرکانس در اين رسانه با توجه به برخي محدوديتهاي سختافزاري، کارائي آنتن و مصرف انرژي است. به خاطر لزوم ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده، رسانه مادون قرمز چندان مورد استفاده شبکههاي حسگر نيست هرچند ساختن آنها ارزان و آسان است. اخيرا، رسانه نوري به عنوان رسانه ارتباطي مورد توجه قرار گرفته است. از جمله اين توجهات ميتوان به استفاده از آن در ذره غيار هوشمند اشاره کرد[3]. انتخاب رسانه ارتباطي از بين اين سه رسانه (راديويي، مادون قرمز و نوري) با توجه به محدوديتها و ويژگيهاي کاربرد مورد نظر از مسائل مطرح در طراحي شبکههاي حسگر است.
8- افزايش طولعمر شبكه: طولعمر گرهها بعلت محدوديت انرژي منبع تغذيه كوتاه است. علاوه بر آن در برخي مواقع، موقعيت ويژة يك گره در شبكه مشكل را تشديد ميكند. مثلاً گرهاي كه در فاصله يك قدمي گره مرکزي قرار دارد از يك طرف بخاطر بار كاري زياد خيلي زود انرژي خود را از دست ميدهد و از طرفي از كار افتادن آن باعث قطع ارتباط گره مرکزي با كل شبكه و در نتيجه موجب از كار افتادن شبكه ميشود. مشكل تخليه زود هنگام انرژي در مورد گرههاي نواحي كم تراكم در توزيع غير يكنواخت گرهها نيز صدق ميكند در اينگونه موارد داشتن يك مديريت انرژي در داخل گرهها و ارائه راهحلهاي انرژيآگاه بطوري كه از گرههاي بحراني كمترين استفاده را بكند مناسب خواهد بود. با توجه به مطالب بيان شده تمام الگوريتمها و تکنيکهاي مورد استفاده در شبکههاي حسگر به انرژي بعنوان يک محدوديت جدي نگاه ميکنند و سعي ميکنند با آگاهي از سطح انرژي مصرفي عمل کنند تا کمترين انرژي مصرف گردد و در نتيجه افزايش طولعمر شبکه حسگر را به دنبال داشته باشد.
1-1-2- پوشش محيط در شبكه هاي حسگر بي سيم
يكي از مسائل مهمي كه در بحث شبكه هاي حسگر بي سيم مطرح است مسئله پوشش حسگري شبكه است. اين مسئله ازاين سوال اساسي ناشي مي گردد “حسگر ها چگونه استقرار يابند كه تمام محيط فيزيكي مورد نظر را پوشش دهند ؟” هدف مسئله پوشش اين است كه هر مكان در محيط فيزيكي مورد نظر در دامنه حسگري حداقل يك حسگر قرار بگيرد. از آنجاييكه شبكه حسگر شامل نودهاي بسيار زيادي است براي پخش نودها درمحيط نمي توان مكان نودها را از قبل مشخص كرد. ونودها را به صورت دستي در محيط قرار داد بلكه نودها به صورت تصادفي در محيط پخش مي گردند. بنابراين براي اينكه كل محيط به صورت كامل پوشش داده شود، تعداد حسگر هايي كه در محيط پخش مي گردند بيش از تعداد حسگرهايي است كه اگر به صورت قطعي پخش مي شدند كل محيط را پوشش مي دادند. يعني براي اينكه محيط به صورت كامل پوشش داده شود حسگرها به صورت متراكم توزيع مي گردند. مسئله ديگري كه اينجا بايد مد نظر قرار گيرد مصرف انرژي در حسگرها است. از آنجاييكه انرژي حسگرها، از طريق باطري تامين مي گردد وبه دليل تعداد زياد حسگرها ودر دسترس نبودن محيط، امكان تعويض يا شارژ مجدد باطري حسگرها وجود ندارد با تخليه باطري يك حسگر در حقيقت عمر حسگر به اتمام مي رسد وپس از، از بين رفتن تعدادي از حسگرها ونقض مسئله پوشش واتصال شبكه، عمر شبكه حسگر به اتمام مي رسد.
با در نظر گرفتن دو موضوع مطرح شده توزيع متراكم حسگرها جهت تضمين پوشش شبكه ومصرف انرژي مي توان راهكاري ارائه داد كه در عين تضمين پوشش شبكه مصرف انرژي شبكه را كاهش داده وعمر شبكه را افزايش دهد.
بدين صورت كه تعدادي از نودهاي شبكه كه با غير فعال شدن آنها به پوشش محيط توسط شبكه لطمه وارد نمي شود را غير فعال مي نماييم ودر مواقع لزوم آنها را فعال مي كنيم بدين ترتيب مصرف انرژي كلي شبكه كاهش يافته وعمر شبكه افزايش مي يابد.
1-1-3- خوشه بندي در شبکه هاي حسگر بي سيم
زمان حيات نودهاي حسگر در شبکه حسگر بي سيم، زمان حيات شبکه را مشخص مي کند که در کاربردهاي حسگري از اهميت ويژه اي برخوردار است. زمان حيات نودها مستقيما به مصرف انرژي در آنها مربوط مي گردد. ما در شبکه هاي حسگر مايليم که تعداد زيادي از حسگرها را براي دستيابي به يک هدف راه اندازي کنيم. همه اطلاعات جمع آوري شده بوسيله حسگرها بايد به يک مرکز جمع آوري کننده اطلاعات منتقل شوند. فواصل طولاني تر انرژي بيشتري درارسال اطلاعات مصرف مي کنند.
در ارسال مستقيم، هر حسگر مستقيماً اطلاعات را به مرکز مي فرستد. شبکه هاي ارسال مستقيم براي طراحي بسيار ساده و سر راست مي باشند. اما به دليل فاصله زياد حسگرها از مرکز، انرژي زيادي مصرف مي کنند. در مقابل طراحي هايي که فواصل ارتباطي را کوتاهتر مي کنند، مي توانند دوره حيات شبکه را طولاني تر کنند. بدليل تراكم بالاي گرههاي حسگر در واحد سطح و در نتيجه نزديکي آنها با يکديگر، ارتباطهاي چندگامي9 در اين گونه شبكهها مفيدتر و مقرون به صرفهتر از ارتباطهاي تكگامي10 هستند. اما با توجه به انرژي محدود هر يک از حسگرها و اينکه بيشترِ انرژي آنها صرف ايجاد ارتباط با حسگرهاي ديگر ميشود، استفاده از ارتباطهاي چندگامي نيز باعث مصرف زياد انرژي در حسگرها و در نتيجه کاهش عمر شبکة حسگر ميگردد.
به کار گيري خوشه ها براي ارسال اطلاعات به يک ايستگاه پايه با ملزوم کردن تنها تعداد کمي گره براي ارسال از فواصل دور به ايستگاه اصلي مزاياي فواصل ارسال کوتاه را براي اکثر گره ها افزايش مي دهد. خوشه بندي کردن به اين صورت است که شبکه را به يک تعداد خوشه هاي مستقل قسمت بندي مي کنيم كه هر کدام يک سر خوشه دارند که همه اطلاعات را از گره هاي داخل خوشه اش جمع آوري مي کند. اين سر خوشه ها سپس اطلاعات را فشرده مي کنند و(در ارتباطات تک گامي) مستقيماً و يا (در ارتباطات چند گامي) به صورت گام به گام با تعداد گامهاي کمتر و صرفا با استفاده از نودهاي سرخوشه به مرکز اصلي ارسال مي کنند. خوشه بندي کردن مي تواند به ميزان زيادي هزينه هاي ارتباطي اکثر گره ها را کاهش دهد. زيرا آنها تنها لازم است اطلاعات را به نزديک ترين سر خوشه برسانند، به جاي اينکه آنها را مستقيماً به مرکز اصلي که ممکن است خيلي دور باشد بفرستند.
1-1-4- تجميع داده ها در شبكه هاي حسگر
انرژي در شبكه حسگر يك فاكتور حياتي است. کاهش مصرف انرژي و افزايش طول عمر سيستم در شبکه هاي حسگر يکي از معيارهاي کيفيت سرويس در اين سيستمها است. معمولا يك نود مركزي كه سينك ناميده مي شود, مقصد تمام بسته هاي اطلاعاتي در شبكه مي باشد. در بعضي از كاربردها تمام نودها توانايي ارتباط مستقيم با نود سينك را دارند. اما براي ارسال اطلاعات به فواصل طولاني انرژي زيادي صرف مي گردد. بنابراين, در بيشتر موارد نودها از طريق همسايگانشان, با نود سينك ارتباط برقرار مي نمايند. در اين حالت هر نود بايد بداند كه كداميك از همسايگانش بهتر مي تواند بسته ها را به نود سينك ارسال نمايد.
تاكنون الگوريتمهاي مسيريابي زيادي براي شبكه هاي حسگر ارائه گرديده است. در تعدادي از اين الگوريتمها هر نود ممكن است بيش از يك مسير تا نود سينك داشته باشد كه بر اساس يك سري معيارها, يكي از مسيرها انتخاب مي گردد. و معيارهاي مختلف مثل فاصله تا نود سينك, بار ترافيكي و انرژي مصرفي در طول مسير جهت انتخاب مسير مناسب استفاده مي گردند. از آنجاييكه انرژي يك منبع حياتي است, ميزان مصرف انرژي در طول مسير مي تواند معياري مناسب براي اين هدف باشد. صرفه جويي در مصرف انرژي به دو شيوه مي تواند مد نظر قرار گيرد. يك روش, محاسبه مصرف انرژي براي هر مسير به صورت جداگانه و سپس انتخاب مسير با مينيمم انرژي مي باشد. مشكل اين روش, نياز به انرژي محاسباتي براي هر مسير مي باشد. روش ديگر استفاده از تكنيك تجميع داده ها است. در تكنيك تجميع داده ها, بسته هاي اطلاعاتي بهم مرتبط, در نودهاي مياني با هم تركيب شده و يك بسته را تشكيل مي دهند. و اين بسته به نود سينك ارسال مي گردد. در استفاده از اين شيوه, مسيري انتخاب مي گردد كه بسته هاي مرتبط بيشتري داشته باشد. در اين روش تعداد بسته هايي كه د

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع فعال نمودن، واژه نامه Next Entries دانلود پایان نامه ارشد با موضوع سرويس، کيفيت، سيم