منبع پایان نامه ارشد درمورد شبكه های حسگر، پرسشگری

دانلود پایان نامه ارشد

ي لايه كاربرد استفاده شود و خدمات مختلفي را ارائه نمايد. یک زبان پردازه نویسی بنام زبان وظیفه و پرسشگری حسگر31 پیشنهاد شده که پرس وجوها و فرمانهای آن مبتنی بر با ویژگی داده محوری شبکه حس/کاراست. بعنوان مثال “چه تعداد لانه پرنده خالي در محدوده شمال شرقي جنگل وجود دارد”يا “اگر تا يك ساعت بعد تعدادلانه هاي خالي بيشتر از يك حد معيني شد اعلام شود”لايه عمودي مديريت توان با دخالت در كليه لايه هاي افقي چگونگي مصرف توان براي گره را تعيين مي كند. در واقع براي كاهش مصرف انرژي به الگوريتم ها و پروتكل هاي توان آگاه32 نيازمنديم. مثلا اينكه يك گره پس از دريافت يك پيغام از يكي از همسايه هايش دريافت كننده اش را خاموش كند باعث جلوگيري از دريافت دوباره پيغام و در نتيجه كاهش مصرف انرژي مي گردد. ايده ديگري كه مي تواند همزمان استفاده شود اين است گره ای كه به سطح پايين انرژي رسيده به همسايه هايش اعلام همگاني مي كند كه انرژي اش در حال اتمام است و نمي تواند در مسيردهي پيغامها شركت داشته باشد. گره هاي همسايه پس از آن پيغام ها را از طريق گره هاي ديگر مسيردهي خواهند كرد. لايه عمودي مديريت حركت، به بكار گيري روشهاي مكان آگاه33 بر مي گردد جابجايي گره را تشخيص داده و ثبت مي كند بنابراين يك مسير برگشت تا كاربر هميشه مديريت مي شود و رد گره متحرك دنبال مي شود. مديريت وظيفه وظايف گره ها را زمانبندي كرده و متعادل مي سازد. مثلا اگر وظيفة حس به يك ناحية معين محول شد همة گره هاي حسگر آن ناحيه لازم نيست عمليات حس را بطور همزمان انجام دهند بلكه اين وظيفه مي تواند بسته به كاربرد به برخي گره ها مثلا به گره هايي قابليت اطمينان بيشتر يا ترافيك كمتر يا انرژي بيشتر دارند محول شود. براي تضمين اين نكته بايد از الگوريتم هاي كارآگاه34 استفاده نمود. با وجود موارد فوق گره ها در شبكه حس/كار مي توانند با روشهاي توان كارا35 باهم كار كرده و داده ها را در يك شبكه متحرك حس/كار مسير دهي كنند و منابع را بين گره ها به اشتراك گذارند.

شکل23-2پشته پروتکلی
6-3-8-2موضوعات مطرح شده درتوسعه شبكه های حسگر/ كارانداز
1- 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 يايد 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 حس/كار 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.
2- توپولوژي: توپولوژي ذاتي شبكه حس/كار 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. الگوريتم هاي كارا در جمع آوري داده و كاربردهاي ردگيري اشياء شبكه را درخت پوشا در نظر مي گيرند. چون ترافيك اصولا بفرمي است كه داده ها از چند گره به سمت يك گره حركت مي كند. مديريت توپولوژي بايد با دقت انجام شوديك مرحله اساسي مديريت توپولوژي راه اندازي اوليه شبكه است گره هايي كه قبلا 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 حس/كار 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.
3- قابليت اطمينان: هر گره ممكن است خراب شود يا در اثر رويدادهاي محيطي مثل تصادف يا انفجار بكلي نابود شود يا در اثر تمام شده منبع انرژي از كار بيفتد. منظور از تحمل پذيري يا قابليت اطمينان اين است كه خرابي گره ها نبايد عملكرد كلي شبكه را تحت تاثير قرار دهد. در واقع مي خواهيم با استفاده از اجزاي غير قابل اطمينان يك شبكه قابل اطمينان بسازيم. براي گره k با نرخ خرابي k قابليت اطمينان با فرمول(1) مدل مي شود. كه در واقع احتمال عدم خرابي است در زمان t بشرط اينكه گره در بازة زماني (0,t) خرابي نداشته باشد. به اين ترتيب هرچه زمان مي گذرد احتمال خرابي گره بيشتر مي شود.

(1)
4- مقياس پذيري : شبكه بايد هم از نظر تعداد گره و هم از نظر ميزان پراكندگي گره ها, مقياس پذير باشد. بعبارت ديگر شبكه حس/كار از طرفي بايد بتواند با تعداد صدها, هزارها و حتي ميليون ها گره كار كند و از طرف ديگر، چگالي توزيع متفاوت گره ها را نيز پشتيباني كند. چگالي طبق فرمول (2) محاسبه مي شود. كه بيانگر تعداد متوسط گره هايي است كه در برد يك گره نوعي (مثلادايره اي با قطر10 متر) قرار مي گيرد. A: مساحت ناحيه كاري N:تعداد گره در ناحيه كاري و R: برد ارسال راديويي است. در بسياري كاربردها توزيع گره ها اتفاقي صورت مي گيرد و امكان توزيع با چگالي مشخص و يكنواخت وجود ندارد يا گره ها در اثر عوامل محيطي جابجا مي شوند. بنابراين چگالي باید بتواند از چند عدد تا چند صد گره تغيير كند. موضوع مقياس پذيري به روشها نيز مربوط مي شود برخي روشها ممكن است مقياس پذير نباشد يعني در يك چگالي يا تعداد محدود از گره كار كند. در مقابل برخي روشها مقياس پذير هستند
(2)
5- قيمت تمام شده : چون تعداد گره ها زياد است كاهش قيمت هر تك گره اهميت زيادي دارد. تعداد گره ها گاهی تا میلیونها میرسد. در این صورت کاهش قیمت گره حتی به مقدار کم تاثیر قابل توجهی در قیمت کل شبکه خواهد داشت.
6- شرايط محيطي : طيف وسيعي از كاربرد ها ي شبكه هاي حس/كار مربوط به محيط هايي مي شود كه انسان نمي تواند در آن حضور داشته باشد. مانند محيط هاي آلوده از نظر شيميایي، ميكروبي، هسته اي ويا مطالعات در كف اقيانوس ها و فضا ويا محيط هاي نظامي بعلت حضور دشمن ويا در جنگل و زيستگاه جانوران كه حضور انسان باعث فرار آنها مي شود. در هر مورد ، شرايط محيطي بايد در طراحي گره ها در نظر گرفته شود مثلا در دريا و محيط هاي مرطوب گره حسگر در محفظه اي كه رطوبت را منتقل نكند قرار مي گيرد.
7- رسانه ارتباطي: در شبكه هاي حس/كار ارتباط گره ها بصورت بي سيم و از طريق رسانه راديويي, مادون قرمز, يا رسانه هاي نوري ديگر صورت مي گيرد. اكثرا از ارتباط راديويي استفاده مي شود. البته ارتباط مادون قرمز ارزانتر و ساختنش آسانتر است ولي فقط در خط مستقيم عمل مي كند.
8- توان مصرفي گره ها: گره هاي شبكه حس/كار 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 مثلا 9 ماه را تامين كند. در بسياري از كاربردها باتري قابل تعويض نيست. لذا عمر باطري عملا عمر گره را مشخص مي كند. بعلت اينكه يك گره علاوه بر گرفتن اطلاعات(توسط حسگر) يا اجراي يك فرمان(توسط كارانداز) بعنوان رهياب36 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 خواب37 براي كل گره يا براي هر بخش بطور مجزا مهم است.
9- افزايش طول عمر شبكه: يك مشكل اين است كه عمر شبكه هاي حس/كار نوعاً كوتاه است. چون طول عمر گره ها بعلت محدوديت انرژي منبع تغذيه كوتاه است. علاوه بر آن گاهي موقعيت ويژة يك گره در شبكه مشكل را تشديد مي كند مثلاً در گره ای كه در فاصل يك قدمي چاهك قرار دارد از يكطرف بخاطر بار كاري زياد خيلي زود انرژي خود را از دست مي دهد و از طرفي از كار افتادن آن باعث قطع ارتباط چاهك با كل شبكه مي شود و از كار افتادن شبكه مي شود. برخي راه حل ها به ساختار برمي گردد مثلا در مورد مشكل فوق استفاده از ساختار خودكار راهكار مؤثري است بعلت اينكه در ساختار خودكار بيشتر تصميم گيري ها بطوري محلي انجام مي شود ترافيك انتقال از طريق گره بحراني كم شده،طول عمر آن و در نتيجه طول عمر شبكه افزايش مي يابد. مشكل تخليه زود هنگام انرژي در مورد گره هاي نواحي كم تراكم در توزيع غير يكنواخت گره ها نيز صدق مي كند در اينگونه موارد داشتن يك مديريت توان در داخل گره ها و ارائه راه حل هاي توان آگاه بطوري كه از گره هاي بحراني كمترين استفاده را بكند مناسب خواهد بود. اين نوعي به اشتراك گذاري منابع محسوب مي شود لذا در صورت داشتن مدیریت وظیفه و مدیریت توان مناسب توزیع با چگالی زیاد گره ها در میدان حسگر/ کارانداز طول عمر شبکه را افزایش میدهد. ارائه الگو های ساختاري مناسب و ارائه روشهاي مديريتي و الگوریتم ها توان آگاه با هدف افزايش طول عمر شبكه حس/كار از مباحث مهم تحقيقاتي است.
10- ارتباط بلادرنگ38 و هماهنگي39 : در برخي كاربردها مانند سيستم تشخيص و جلوگيري از گسترش آتش سوزي يا سيستم پيش گيري از سرقت سرعت پاسخگويي شبكه اهميت زيادي دارد. در نمايش بلادرنگ فشار بر روي مانيتور بسته هاي ارسالي بايد بطور لحظه اي روزآمد باشند. براي تحقق بلادرنگ يك روش اين است كه براي بسته هاي ارسالي يك ضرب العجل تعيين شود و در لايه كنترل دسترسي رسانه40 بسته هاي با ضرب العجل كوتاهتر زودتر ارسال شوند مدت ضرب العجل به كاربرد بستگي دارد. مسئلة مهم ديگر تحويل گزارش رخدادها به چاهك, يا كارانداز ناحيه, به ترتيب وقوع آنهاست در غير اين صورت ممكن است شبكه واكنش درستي انجام ندهد. نكته ديگر هماهنگي كلي شبكه در ارتباط با گزارشهايي است كه در مورد يك رخداد از حسگرهاي مختلف به كاراندازهاي ناحيه مربوطه داده مي شود. بعنوان مثال در يك كاربرد نظامي فرض كنيد حسگرهايي جهت تشخيص حضور يگان هاي پياده دشمن و كاراندازهايي جهت نابودي آن در نظر گرفته شده چند حسگر حضور دشمن را به كار اندازها اطلاع مي دهند شبكه بايد در كل منطقه،عمليات را به يكباره شروع كند. در غير اين صورت با واكنش اولين كارانداز, سربازان دشمن متفرق شده و عمليات با شكست مواجه مي شود. بهرحال موضوع بلادرنگ و هماهنگي در شبكه هاي حس/كاربخصوص در مقياس بزرگ و شرايط نامطمئن از مباحث تحقيقاتي است.
11- امنيت41 و مداخلات42 : موضوع امنيت در برخي كاربردها بخصوص در كاربرد هاي نظامي يك موضوع بحراني است و بخاطر برخي ويژگي ها شبكه هاي حس/كار در مقابل مداخلات آسيب پذير ترند. يك مورد بي سيم بودن ارتباط شبكه است كه كار دشمن را براي فعاليت هاي ضد امنيتي و مداخلات آسانتر مي كند. مورد ديگر استفاده از يك فركانس واحد ارتباطي براي كل شبكه است كه شبكه را در مقابل استراق سمع آسيب پذير مي كند. مورد بعدي ويژگي پويايي توپولوژي است كه زمينه را براي پذيرش گره هاي دشمن فراهم مي كند. اينكه پروتكل هاي مربوط به مسيردهي، كنترل ترافيك و لايه كنترل دسترسي شبكه سعي دارند با هزينه و سربار43 كمتري كار كنند مشكلات امنيتي بوجود مي آورد مثلا براي شبكه هاي حسگر در مقياس بزرگ براي كاهش تأخير بسته هايي كه در مسير طولاني در طول شبكه حركت مي كنند يك راه حل خوب اين است كه اولويت مسيردهي به بسته هاي عبوري داده شود. همين روش باعث مي شود حمله هاي سيلي44 مؤثرتر باشد. يكي از نقاط ضعف شبكه حس/كاركمبود منبع انرژي است و دشمن مي تواند با قرار دادن يك گره مزاحم كه مرتب پيغام هاي بيدار

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه ارشد درمورد تلفن همراه، محدودیت ها، تکنولوژی ارتباطی Next Entries منبع پایان نامه ارشد درمورد اینترنت اشیا، فناوری نانو، شبکه های حسگر