• شبكه های حسگر بی سیم

شبكه های حسگر بی سیم[1] جهت جمع آوری اطلاعات در مناطقی كه كاربر نمی تواند حضورداشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. در یك شبكه حسگر، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می كنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده گر اصلی ارسال می نمایند. عملكرد شبكه این است كه گزارش پدیده هایی راكه اتفاق می افتد به مشاهده گری بدهد كه لازم نیست از ساختار شبكه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط آنها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت انسان کار می کنند. معمولا تمامی گره­ها همسان می­باشند و عملاً با همکاری با یكدیگر، هدف كلی شبكه را برآورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین، می­باشد[1, 2]. شبکه­ حسگر بی­سیم نوع خاصی از شبکه­های موردی[2] است.  مبحث شبکه های حسگر بی سیم یکی از موضوعات جدید در زمینه مهندسی شبکه و فناوری اطلاعات می باشد.

پیشرفتهای اخیر در طراحی و ساخت تراشه های تجاری این امكان را به وجود آورده است كه عمل پردازش سیگنال و حس كنندگی در یك تراشه یعنی حسگر شبكه بی سیم انجام گردد، كه شامل سیستم های میكروالكترومكانیكی [3](MEMS) مانند حسگرها، محرک ها[4] و

 قطعات رادیویی RF می باشد.

حسگرهای بی سیم كوچكی تولید شده است كه قابلیت جمع ‌آوری داده از فاصله چند صد متر و ارسال  داده بین حسگرهای بی سیم به مركز اصلی را دارا می باشد و با این تكنولوژی اطلاعات دما – نوسانات، صدا، نور، رطوبت، و مغناطیس قابل جمع آوری می باشد كه این حسگرهای بی سیم با هزینه كم  و اندازه ای کوچک قابل نصب در شبكه های حسگر بی سیم می باشد. اما كوچك شدن حسگرهای بی سیم دارای معایبی نیز می باشد. تكنولوژی نیمه هادی باعث بوجود آمدن پردازنده های سریع با حافظه بالا شده است اما تغذیه این مدارات هنوز هم یك مشكل اساسی است كه محدود به استفاده از باطری گردیده است. بخش منبع تغذیه یک بخش مهم و محدود است که در صورتیکه از باطری در این شبکه ها استفاده شود، تعویض باطری ها در حالتی که تعداد نودهای شبکه زیاد باشد کاری سخت و دشوار خواهد بود و نودها به منظور ذخیره و صرفه جویی در مصرف انرژی مجبور به استفاده از ارتباطات برد کوتاه خواهند شد. تفاوت یك حسگر بی سیم كارا و یك حسگر بی سیم كه دارای كارایی كم از نظر انرژی است در عملكرد آنها در ساعت ها نسبت به هفته ها می باشد. افزایش اندازه شبكه WSN باعث پیچیدگی مسیریابی وارسال اطلاعات به مركز اصلی می باشد. اما همچنان مسیریابی و پردازش نیاز به انرژی دارند. بنابراین یكی از نكات كلیدی در توسعه و ارائه الگوریتمهای مسیریابی جدید، كاهش و صرفه جویی در انرژی مصرفی است. بخش های مختلف شبکه های حسگر بی سیم باید شبیه سازی و مدلسازی گردند تا کارآیی آنها مورد بررسی واقع شود. برای اینکار شبکه های حسگر بی سیم به گرافهایی نگاشت می شوند که در این گرافها هر گره مطابق با یک نود در شبکه بوده و هر لبه بیانگر یک پیوند  یا کانال ارتباطی بین دو نود در شبکه خواهد بود.اگر ارتباط بین نودها در شبکه دو جهته باشد گراف نگاشت شده بدون جهت خواهد بود و اگر ارتباط بین نود ها در شبکه نا متقارن باشد در آن صورت گراف نگاشت یافته جهتدار خواهد بود. البته مدل ارتباطی بین نودها در شبکه می تواند یک به یک یا یک به همه باشد. فراهم آوردن یک مدل عملی برای حسگرها کار پیچیده و دشواری می باشد که این به خاطر تنوع در انواع حسگرها هم از نظر ساختاری و هم از نظر اصول و اساس کار آنها می باشد. شبكه های حسگر دارای ویژگیهایی منحصر به فرد هستند كه این امر باعث شده است تا پروتكل های خاصی برای آنها در نظر گرفته شود.

در شبكه های بی سیم حسگر معمولا فقط یك یا دو ایستگاه پایه‌ وجود دارد و تعداد زیادی نودهای حسگر در محیط پخش گردیده اند. به علت محدودیت برد این حسگرها و انرژی باطری خیلی از نودها قادر به ارتباط مستقیم با ایستگاه پایه‌ نمی باشند. اما با تكیه بر نودهای نظیر خود و نودهای حسگر دیگر، به ارتباط با ایستگاه پایه‌ می پردازد كه در شبكه های  [5]MANET نیز این عمل توسط نودهای معمولی  انجام می شود.

معماری ارتباطات شبکه­های حسگر بی­سیم در شکل 1-1 دیده می­شود[1]. در شبکه­های حسگر بی­سیم، تعداد زیادی گره با امکانات مخابره، پردازش، حس کردن محیط و … در محیطی با چهارچوب معین پراکنده شده­اند. رویداد اتفاق افتاده و یا سوالات پرسیده شده از سوی گره مرکزی[6] و ماموریت محوله به هر گره موجب می­شود، ارتباطاتی بین گره­ها برقرار شود. اطلاعات رد و بدل شده می‌تواند گزارشی از وضیعت محدوده ای كه زیر نظر گره­های حسگر می­باشد به گره مرکزی و یا درخواستی از سمت گره مرکزی به سمت گره­های حسگر باشد. گره مرکزی به عنوان درگاه ارتباطی شبکه حسگر با سایر سیستم­ها و شبکه­های مخابراتی، در واقع گیرنده نهایی گزارش از گره­های حسگر می­باشد و بعد از انجام یکسری پردازش­ها، اطلاعات پردازش شده را به کاربر ارسال می­کند (با استفاده از یک رسانه ارتباطاتی مانند اینترنت، ماهواره و …). از سوی دیگر، درخواست­های کاربر نیز توسط این گره به شبکه انتقال می­یابد.

شکل ‏1‑1 : معماری ارتباطات شبکه­های حسگر بی­سیم

یك گره حسگر می‌تواند یكی از دو نقش تولید كننده داده‌ها و یا رله كننده داده‌های تولید شده توسط سایر گره‌ها را بر عهده بگیرد. عموماً در شبكه‌های حسگر، اغلب گره‌ها هر دو نقش را به صورت توأم ایفا می‌كنند. برپایی و طراحی ساختار و معماری ارتباطات بین گره­های شبکه نیازمند رعایت فاکتورهای مختلف و زیادی از جمله تحمل­پذیری خطا، مقیاس پذیری، هزینه تولید، محیط عملیات، توپولوژی شبکه حسگر، محدودیت­های سخت افزاری، ابزار و رسانه ارتباط، انرژی مصرفی و … می­باشد. جهت آشنایی بیشتر با شبکه های حسگر بی سیم به پیوست اول مراجعه گردد.