|
بررسي شبكههاي حسگر
شبكههاي حسگر بدون سيم ميتوانند موجبات پيشرفت بسياري از تحقيقات
علمي را بوجود آورده و در عين حال بعنوان ابزاري مناسب روند ارتقاي
گونههاي مختلف بهرهوري، شامل توليد، كشاورزي، مشاوره و حمل و نقل را
فراهم ميآورند.
پيشرفتهاي بوجود آمده در علوم و تكنولوژي بطور عميق در ارتباط با
يكديگر ميباشند. تلسكوپ فهم عميقتري از نجوم را بوجود آورده، ميكروسكپ
باعث شده است تا باكتري را بسادگي بتوان مشاهده نمود و ماهوارهها نيز
قادرند تا سطح زمين را تحت پوشش و بررسي خود داده و دايره فهم و
برآوردهاي ما را گسترش دهند. هم اكنون ما ميتوانيم از كامپيوترها ،
بوسيله شبيهسازي عددي، به منظور درك و بررسي پديدههاي فيزيكي كه قادر
به انجام و مشاهده آنها از طريق آزمايشات تجربي نيستيم، استفاده
نمائيم...
اين رويه، با رشد نمايي امتداد يافته، در تكنولوژي نيمهرساناي اساسي
پيشرفت نموده است. در پي قانون مور، تعداد ترانزيستورها در يك چيپ
ارزان قيمت و همچنين ظرفيت پردازش و ذخيره اين چيپ در هر سال يا دو سال
يكبار دو برابر ميشود. در حاليكه اين موارد موجب قدرت روزافزون
محاسباتي شده است، محققين اكنون اين تكنولوژي را در راههايي بكار
ميبرند كه بدينوسيله بتوان نسبت به فعال سازي نقش جديدي از اين
پردازشها در علوم اقدام نمود...
با گذشت هر سال، ظرفيت محاسباتي بصورت ارزانتري و با حجم كمتري قابل
ارائه ميباشد. محققين ميتوانند از تكنيكهاي ساخت نيمهرساناهاي
مينياتوري، براي ساخت راديوها يا ادوات مخابراتي و ساختارهاي مكانيكي
كوچك منحصربفرد كه قادر به حس ميدانها و نيروهاي جهان فيزيكي باشند،
بهره جويند. اين ادوات ارتباطي ارزان و كم مصرف را ميتوان در امتداد
با يك فضاي فيزيكي پياده نموده و بر اين اساس، حس فشردهاي نزديك به
پديدههاي فيزيكي را بوجود آورد. علاوه بر اين، ميتوان نسبت به پردازش
و ايجاد ارتباطات و همچنين هماهنگ سازي فرآيندها با ديكر گرهها يا
ترمينالها اقدام نمود. تركيب چنين توانائيهايي با تكنولوژي نرمافزار
سيستمي كه تشكيل دهنده اينترنت ميباشد اين امر را امكان پذير ساخته
است تا جهان پيرامون خود را مجهز به ادواتي با صحت و دقت فزاينده
نمائيم...
به منظور درك چنين فرصتي، تكنولوژي اطلاعات ميبايست نسبت به مخاطب
ساختن يكسري از چالشهاي گردآوري شده جديد اقدام نمايد. ادوات اختصاصي
در شبكه حسگر بدون سيم (WSN) بصورت ذاتي محدود به منابع ميباشند. آنها
داراي سرعت پردازش، ظرفيت ذخيره سازي و پهناي باند ارتباطي محدودي
ميباشند. اين ادوات بصورت انبوه، نه بصورت انفرادي، داراي ظرفيت
پردازش اساسي ميباشند. از اينرو، ميبايست نقاط پيشرفته بسياري از
پديدههاي فيزيكي در داخل شبكه را به هم تركيب كنيم...
در بيشتر موارد، اين شبكه ميبايست براي مدت زمان طولاني كار نموده و
گرههاي آن نيز ميبايست بصورت بدون سيم باشند. از اينرو، منابع موجود
انرژي – چه باتري و چه روشهاي ديگر تحصيل انرژي و يا ادغام اين روشها
با هم- باعث محدود نمودن عملكرد كلي اين شبكه ميگردند. براي بحداقل
رساني مصرف انرژي، اغلب اجزاي اين ادوات، شامل راديو، احتمالا در اغلب
مواقع ميبايست در حالت قطع انرژي بسر برند. از آنجائيكه اين ادوات
بطور بسيار نزديكي در انطباق با دنياي فيزيكي پيرامون خود در حال تغيير
ميباشند، گرههاي تشكيل دهنده شبكه به هنگام برقراري ارتباط گوناگوني
گستردهاي را تجربه خواهند نمود و در معرض شرايط محيطي بالقوه سختي
قرار خواهند گرفت. پيادهسازي متراكم آنها معمولا به معناي آن است كه
ميزان سطح بالايي از تعاملات بين گرهاي، بصورت مثبت و منفي، وجود
خواهند داشت. هر يك از اين فاكتورها ميتوانند باعث پيچيدهشدن
پروتكلهاي شبكه شوند...
كاربردهاي شبكه حسگر
با وجود آنكه
پيادهسازي ادوات مبتني بر كامپيوتر براي مدت مديدي وجود داشته است،
متراكمسازي چنين ادواتي بوسيله تغيير سنسورهاي حسگر توليد شده انبوه و
استفاده از تكنولوژي شبكه فراگير به WSNها حوزه جديدي را ارائه نموده
است كه ميتوان آنرا براي امور گستردهاي مورد استفاده قرار داد...
مانيتورينگ محيطي
پيادهسازي بسياري
از WSN هاي اوليه بمنظور مانيتورينگ محيطي بوده است كه شامل جمعآوري
اطلاعات در خلال زمان و در خصوص حجمي از فضا ميباشد كه به اندازهاي
بزرگ است كه در آن ميتوان گوناگوني داخلي قابل توجهاي را به نمايش
گذاشت...
تكنولوژي شبكه دروني
WSNها محدوده
گستردهاي از تكنولوژي اطلاعات، كه سخت افزار، نرمافزار سيستم،
شبكهبندي و رويهها يا اسلوبهاي برنامهنويسي را در بر دارند، را با
هم تركيب مينمايند...
ريزپردازندهها، برق و ذخيره
يك شبكه حسگر سخت
افزار گرهاي شامل ريزپردازنده، ذخيرهساز دادهها، حسگرها، مبدلهاي
آنالوگ به ديجيتال (ADCها)، فرستنده و گيرنده داده، كنترلر، كه جفتها
يا قطعات را بهم گره مي كند، و يك منبع انرژي ميباشد...
ريزحسگرها يا ميكروسنسورها
حسگرها براي گرههاي مورد بحث ما نقش چشم و
گوش را دارند. بسياري از مواد به هنگامي كه در معرض شرايط محيطي مختلف
قرار ميگيرند خصيصههاي الكتريكي خود را از دست ميدهند...
ميكروراديوها
هم اكنون براي مدت زماني ميباشد كه سازندگان
اقلام مختلف نسبت به اضافه نمودن حسگرها به توليدات خود، نظير لوازم
خانگي، وسائط حمل و نقل و ادوات مكانيكي، اقدام نمودهاند...
چالش سيستمها
پر كردن فضاي بين پتانسيلهاي خام تكنولوژي
سختافزار و محدوده گستردهاي از برنامههاي كاربردي بعنوان يك چالش
مطرح ميباشد. اين شبكه ميبايست نسبت به تخصيص سختافزار محدود جهت
چندگانه سازي فعاليتهاي همزمان اقدام نمايد نظير نمونهبرداري حسگرها،
پردازش و دادهها بصورت استريم يا يك جريان. پتانسيل ميان اتصالات بين
ادوات مختلف را ميبايست مدنظر قرار داد و همچنين اطلاعات مسير خاص از
آن جهت كه از كجا بوجود آمده و در كجا مورد استفاده قرار ميگيرد را
نيز ميبايست بررسي نمود...
TinyOs
سيستمهاي عامل متعارف نظير يونيكس بخوبي بر
روي يك ريزپردازنده 32 بيتي در سرعت 50 الي 100 مگاهرتز، كه داراي
چندين مگابايت حافظه رم و يك يا چندين گيگابايت حافظه ثانويه ميباشد،
اجرا ميشود...
پلتفرمهاي حسگر شبكه
اجزاي مختلف بركلي
و TinyOs بصورت گستردهاي براي بررسي مشكلات سيستمي و پيادهسازي
برنامههاي اصلي بكار گرفته شدند. ريزپردازنده معتدلترين ميزان رم را
فراهم نموده و شامل ADC داخلي ميباشد...
شبكههاي خود- سازماندهي شده
ارتباطات بدون سيم و ادوات مرتبط با آن بصورت
گستردهاي مرتبط با حسنمودن از راه دور از طريق مسافت سنجي ماهوارهاي
و موشكي ميباشد – نمونه هاي اوليه لينكهاي بدون سيم. يك شبكه شامل
گرههاي زيادي ميباشد كه هر كدام از آنها داراي لينكهاي چندگانهاي
ميباشند كه به ديگر گرهها مرتبط هستند...
اتصال
توانايي كار در
محيط شبكه بوسيله WSNها در لايههاي مربوطه بوجود ميآيند. پايينترين
لايه ادوات راديويي فيزيكي را كنترل ميكند. راديوها بصورت ذاتي در
حقيقت همان ادوات برقراري و ارسال ارتباطات ميباشند. به هنگامي كه
گرهي اقدام به ارسال مينمايد، مجموعه ديگري از گرهها قادرند تا آن را
دريافت دارند، بجز آنكه در همان زمان بوسيله ادوات انتقال يا مخابرات
ديگري تحريف شده باشد. جهت ممانعت از چنين پديدهاي لايه رابط به كانال
مربوطه گوش فرا داده و تنها به هنگامي اقدام به ارسال مينمايد كه اين
كانال خالي باشد...
توزيع و جمعآوري دادهها
توسعهدهندگان سيستم از اين ظرفيت اساسي
ارتباطات استفاده نموده تا بدينوسيله قادر باشند نسبت به پيادهسازي
پروتكلهايي اقدام نمايند كه اجازه ميدهند تا گرهها جمعآوري شده،
اطلاعات انتقال يافته و مورد پردازش قرار گرفته و فعاليتهاي آنها
هماهنگ شود. يكي از توانائيهاي اساسي در چنين شبكههايي شامل توزيع يا
انتشار اطلاعات بر فراز گرههاي بسياري ميباشد...
ابقاي نيرو و پهناي باند
ارتباطات، كه معمولا يكي از بيشترين عمليات
انرژي بري ميباشد كه يك گره انجام ميدهد، ميبايست با مسئله محدوديت
پهناي باند به ستيزه برخيزد. پشته شبكه سعي بر بحداقل رساني استفاده از
انرژي دارد، چه با حذف ارتباطات و چه با خاموش نمودن راديو به هنگامي
كه نيازي به انجام ارتباط وجود ندارد...
|
