پروتکل های مسیریابی در WSNها (شبکه های سنسوری بی سیم)-(1)
خلاصه
شبکه های سنسوری بیسیم از گره های کوچک که دارای قابلیت سنسوری ، محاسبه
ای و ارتباطات بیسیم تشکیل شده است. تعدادی از مسیریابی، مدیریت انرژی و
پروتکل های انتشار داده به طور ویژه برای WSN ها طراحی شده است به طوریکه
آگاه کننده ی انرژی یک مبحث ضروری در طراحی است. پروتکل های مسیریابی در
WSN ها بسته به کاربرد ها و معماری شبکه متفاوت است. در این مقاله ما خلاصه
ای از جدیدترین تکنولوژی از تکنیک های مسیریابی در WSNها ارائه خواهیم
کرد. در ابتدا ما طرح کلی از چالش های طراحی برای پروتکل های مسیریابی در
WSNها را بوسیله ی خلاصه ای از تکنیک های مسیریابی ارائه خواهیم کرد.
پروتکل های مسیریابی بر اساس ساختار شبکه در زیر به سه دسته تقسیم شده :
1. مسیریابی مسطح یا یکدست(flat-based)
2. مسیریابی سلسله مراتبی (hierarchical-based)
3. مسیریابی مکانی(location-based)
در مسیریابی مسطح، به همه ی گره ها نقش یکسان اختصاص داده شده. در
مسیریابی سلسله مراتبی، گره ها نقش متفاوتی در شبکه ارائه می کنند. در
مسیریابی مکانی، موقعیت مکانی گره های سنسوری برای مسیر داده در شبکه مورد
بهره برداری قرار می گیرند. اگر پارامترهای سیستم خاص به منظور انطباق با
شرایط فعلی شبکه و سطوح انرژی بتوانند کنترل شوند، یک پروتکل مسیریابی
تطابق در نظر گرفته می شود.
بعلاوه، این پروتکل های مسیریابی بسته به عملکردشان می توانند به چند دسته ی زیر طبقه بندی شوند:
1. مبتنی برچند مسیره (multipath-based)
2. مبتنی بر پرسجو(query-based)
3. مبتنی بر کیفیت سرویس(QoS-based)
4. مبتنی بر مذاکره(negotiation-based)
5. مبتنی بر انسجام(coherent-based)
علاوه بر مطلب بالا، پروتکل های مسیریابی بسته به اینکه چگونه مبدا، یک
مسیر به مقصد را پیدا می کند، می تواند به سه دسته ی زیر تقسیم شوند:
1. فعال(proactive)
2. انفعالی(reactive)
3. مرکب(hybrid)
در پروتکل فعال، مسیرها قبل ازاینکه واقعا مورد نیاز واقع شوند، محاسبه
می شوند. در حالیکه پروتکل های انفعالی، مسیرها براساس تقاضا محاسبه می
شوند. پروتکل های مرکب، از ترکیب دو روش بالا استفاده می کند. وقتی گره های
سنسوری استاتیک باشند، بهتراست که بجای پروتکل های انفعالی، جدول
محور(table-driven) پروتکل مسیریابی داشته باشیم. مقدار قابل توجهی از
انرژی در کشف مسیر و راه اندازی پروتکل انفعالی استفاده می شود.
دسته ی دیگر از پروتکل های مسیر یابی، تعاونی (cooperative) نام دارد. در
مسیریابی تعاونی، گره ها داده را به گره مرکزی می فرستند، جایی که می
تواند داده جمع آوری شود و ممکن است در معرض پردازش بیشتری قرار گیرند، از
این رو از نظر مصرف انرژی هزینه ی مسیر کاهش یابد. بسیاری از پروتکل های
دیگر در زمان و موقعیت اطلاعات تکیه می کنند. ما در این مقاله برخی از جنبه
های این نوع پروتکل را مورد بررسی قرار داده ایم. به منظور ساده کردن این
بررسی، ما از یک طبقه بندی بر طبق ساختار شبکه و عملیات پروتکل استفاده می
کنیم(معیار مسیریابی). این طبقه بندی در تصویر زیر نشان داده شده است که در
این تصویر اعداد، شماره ی مراجع را نشان می دهند.
در این مطالعه در بسیاری از الگوهای مسیریابی بین انرژی و صرفه جویی
سربار ارتباطات سبک سنگین می کنیم. ما همچنین مزایا و مسئله ی کارایی هر
تکنولوژی مسیریابی را پررنگ می کنیم.
مقدمه
در پیشرفت های صنعتی اخیر، ساخت سنسورهای کوچک و با مصرف انرژی پایین از
لحاظ تکنیکی و اقتصادی امکان پذیر شده است. این سنسورها وضعیت پیرامون محیط
اطراف خودشان را اندازه می گیرند و سپس این اندازه گیری ها را به صورت
سیگنالهایی انتقال می دهد(که می تواند برای معلوم کردن تعدادی از مشخصه های
درباره ی پدیده های قرارگرفته در محیط اطراف این سنسورها پردازش شود).
تعداد زیادی از این سنسورها می توانند در بسیاری از کاربرد ها که نیاز به
عملیات بدون مراقبت دارند، شبکه شوند، از اینرو شبکه ی WSN ارائه می شود.
در حقیقت، کاربرد WSNها بیشمار است. برای مثال، تاثیر زیادی روی کاربردهای
نظامی و غیرنظامی مانند تصویربرداری از محدوده ی هدف ، امنیت و جستجوی
تاکتیکی، محاسبات توزیع شده، شناسایی وضعیت محدوده مانند دما، تغییر مکان،
صدا، روشنایی، یا حضور یک شی خاص، کنترل لیست موجودی و مدیریت حوادث.
بکاربردن یک سنسور شبکه در این کاربردها می تواند به صورت ناگهانی(به
عنوان مثال، فرود از یک هواپیما در کاربرد مدیریت حوادث) یا دستی(به عنوان
مثال سنسور آلارم آتشسوزی در کارخانه ها یا سنسورهای قرار گرفته در شبکه
های زیرزمینی برای کشاورزی دقیق) باشد. ایجاد یک شبکه بوسیله ی این سنسورها
با شناسایی بازمانده ها ، تعیین نواحی پرخطر در عملیات نجات کمک می کند و
رویهم رفته گروه نجات را از وضعیت ناحیه حادثه مطلع می سازد.
برخی کاربرد ها و مزایای استفاده از شبکه های سنسوری و نقش این شبکه ها در زندگی روزمره
ميدان هاي جنگي : در ميدان هاي جنگي ، مي توان جهت شناسايي و بررسي آماري
تجهيزات و نيروي دشمن و همينطور كلاس بندي و پيگردي نحوه آرايش و مسير
حركت نيروهاي دشمن يا نيروهاي خودي ، از شبكه هاي سنسوری استفاده كرد و در
نهايت وضعيت نيروهاي خودي را در قبال نيروهاي دشمن بررسي نمود.
شناسايي محيطهاي آلوده : در محيطهاي مختلف امكان وجود آلودگيهاي مختلف
وجود دارد . لذا با استفاده از چنين شبكه هايي، مي توان وجود آلودگي هاي
مشخصي را در سطح محيط تحت نظر ، بررسي كرد و حتي ميزان غلظت آلودگي در
قسمتهاي مختلف را مشاهده نمود و در نهايت با استفاده از اطلاعات آماري بدست
آمده ، در خروجي سيستم مي توان نمودار سه بعدي وضعيت آلودگي در سطح محيط
زير نظر را بدست آورد . نوع آلودگي نيز مي تواند يكتا نباشد و با توجه به
امكانات ، هر گره در شبكه سنسوری مي تواند شناسايي چندين نمونه آلودگي را
پشتيباني كند.
مانيتور كردن محيط زيست : مجموعه اي از تحقيقات در زمينه محيط زيست
نيازمند انجام مطالعات مكرر و متمركز و صرف زمان زيادي جهت جمع آوري
اطلاعات مي باشد كه معمولا از حوصله و توانايي چشمان انسان خارج است و در
چنين موارد ي از دستگاه هاي مانيتورينگ ، تحليلگر و ذخيره كننده نتايج
استفاده مي شود. معمولا تمام سيستم هاي مانيتورينگ ، قابليت كنترل از راه
دور را دارند .
بررسي و تحليل وضعيت بناهاي ساختماني : بسياري از سازمانها و موسسات
تحقيقاتي در زمينه عمران و مسكن براي انجام مطالعات و تحقيقات خود از وضعيت
بناهاي مدنظر ، در طول زمان يا در هنگام بروز حوادث طبيعي بخصوص زلزله ،
نيازمند استفاده از تجهيزات مانيتورينگ مي باشند تا اطلاعاتي مانند ميزان
فشار و تحمل مصالح، وجود ترك ، ميزان آسيب وارده ، وضعيت فرسودگي ، امنيت و
حفاظت ساختمان و يا ساير جزئيات مرتبط با هدف تحقيقات در مورد بناهايي مثل
ساختمان هاي قديمي ، پل ها، سدها، موز ه ها و … را جمع آوري كنند و با
توجه به توانايهاي شبكه هاي سنسوری، مي توان از اين شبكه ها براي دست يافتن
به اهداف مطرح شده در بالا استفاده كرد.
در جاده ها و بزرگراه هاي هوشمند : يكي از مشكلات جامعه و راهنمايي و
رانندگي ، كنترل وضعيت ترافيك در سطح شهر مي باشد. با برپايي شبكه اي از
گره هاي سنسوری در سطح شهر و قرار دادن گره ها در بزرگرا هها و خيابان هاي
شهر، مي توان بزرگراه ها و خيابانها را هوشمند ساخت و از وضعيت تراكم عبور و
مرور وسايل نقليه و يا بروز حوادثي مانند برخورد چندين وسيله نقليه ، در
نقاط زير نظر گره هاي سنسور، اطلاع يافت و در نهايت در كل سطح شهر وضعيت
ترافيك و تصادفات را شناسايي و پيگيري نمود.
كاربردهاي مختلف در زمينه پزشكي : در زمينه برر سي و مطالعات پزشكي در
مورد گياهان و يا انسان ها ، جهت آگاهي از وضعيت جسماني آنها، مي توان از
گره هاي سنسوری استفاده نمود و در موارد مختلف ، از جمله قراردادن گره ها
در لايه هاي زير پوست براي انجام مطالعات مكرر در طي مدت زمان نسبتاً
طولاني، دستگاه هاي پزشكي و بخصوص در زمينه فيزيك پزشكي، مي توان از شبكه
هاي سنسوری استفاده نمود.
عواملي چون اقتصادي بودن سيستم، توانايهاي مورد انتظار، تعداد انبوه گره ها و نهايتا عملي شدن ايده ها در محيط واقعي،
موجب گشته هر گرهي يكسري محدوديتهاي سخت افزاري داشته باشد.
محدوديتهاي سخت افزاري
1- هزينه پائين : سيستم نهايي باید از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد.
به دلیل داشتن گره های خیلی زیاد برآورد هزينه هر گره زیاد می شود،
بنابراين هر چه از هزينه هر گره كاسته شود، در سطح كلي شبكه ، صرفه جويي
زيادي صورت خواهد گرفت و سعي مي شود هزينه هر گره کمتر شود.
2- حجم كوچك : گره ها به نسبت محدوده اي كه زير نظر دارند ، بخشي را به
حجم خود اختصاص مي دهند. لذا هر چه اين نسبت كمتر باشد به همان نسبت كارايي
بالاتر م ي رود و نيازمند داشتن حجم بسيار كوچك مي باشند.
3- توان مصرفي پائين : منبع تغذيه در گره ها محدود مي باشد و در عمل ،
امكان تعويض يا شارژ مجدد آن مقدور نيست؛ لذا بايستي از انرژي موجود به
بهترين نحو ممكن استفاده گردد.
4- نرخ بيت پائين : به خاطر وجود ساير محدوديتها، عملا ميزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در گره ها، نسبتا پايين مي باشد.
5- خودمختار بودن : هر گره اي بايستي از ساير گره ها مستقل باشد و بتواند وظايف خود را طبق تشخيص و شرايط خود، به انجام برساند.
6- قابليت تطبيق پذيري : در طول انجام نظارت بر محيط، ممكن است شرايط در
هر زماني دچار تغيير و تحول شود. مثلا برخي از گره ها خراب گردند لذا هر
گره باید بتواند وضعيت خود را با شرايط بوجود آمده جديد تطبق دهد.
معماري شبكه هاي سنسوری:
هر شبكه سنسوری از تعداد زيادي گره ارزانقيمت با اندازه كوچك، تشكيل شده است و هر گره نيز از مجموعه اي از اجزاي
سخت افزاري تشكيل شده است . سيستم عامل نسبتا ساده اي به نام Tiny OS كه
بر مبناي كنترل رويدادها طراحي شده است و منابع هر گره را به نحو مناسبي
كنترل مي كند.
معماري ارتباطي در شبكه هاي سنسوری:
شبكه هاي سنسوری در حالت كلي ماهيت داده-محور دارند و بنابراين، ساختار
ارتباطي بين گره هاي سنسوری بايد طوري طراحي شوند كه با ماهيت اين شبكه ها،
هماهنگي داشته باشند. چون اكثر كاربردهاي شبكه هاي سنسوری در مواردي است
كه عملا امكان اتصال گره ها به يكديگر عملي يا مقرون به صرفه نيست، در
اينگونه شبكه ها عموما از ارتباط بيسيم استفاده مي شود و ساختار كلي اين
شبكه ها به ا ين صورت است كه تعداد زيادي گره همسان، در محيط پراكنده مي
شوند و پس از جمع آوري اطلاعات مورد نظر، آن را به يك گيرنده مركز ي(sink)
ارسال می کنند. گیرنده ی مرکزی گرهي با ميزان انرژ ي بالا و تجهيزات مورد
نياز مي باشد و در واقع واسط بين شبكه سنسوری و محيط اطراف مي باشد. در
شبكه هاي با وسعت جغرافيايي زياد، مي توان از چندين گيرنده مركز ي استفاده
كرد تا مسير ارسال داده ها به گيرنده ها، بيش از حد طولاني نگردد.
روشهاي متنوعي جهت پراكندن اطلاعات در شبكه هاي سنسوری، پيشنهاد شده است
كه تعدادي از آنها در بخش بعد، آورده شده اند. در شكل قبلی و بعدی معماري
ارتباطي در شبكه هاي سنسوری، نشان داده شده است.
اجزاي سخت افزاري
WSN ها از صدها یا هزاران گره های سنسوری تشکیل شده است و این سنسورها
قادرند تا با گره ای دیگر در بین گره ها یا با ایستگاه اصلی خارجی که BS
نام دارد، ارتباط برقرار کنند. تعداد بیشتری از سنسورها اجازه دارند تا با
دقت بیشتری سراسر نواحی جغرافیایی بزرگتر را سنس کنند. در تصویر زیر یک
دیاگرام شماتیک از اجزای ساختمانی گره های سنسوری را نشان می دهد.
به طور اساسی، هر گره ی سنسوری عمل سنسوری، پردازش، انتقال، متحرک کردن،
سیستم تعیین موقعیت و واحد انرژی را در بردارد. آن نصویر ساختار ارتباطات
WSN را نشان می دهد. گره های سنسوری به طور معمول در یک حوزه ی سنسوری
پراکنده شده است، که ناحیه ای است که در آن گره های سنسوری توسعه داده شده
است. یک BS(ایستگاه اصلی) ممکن است گره ی ثابت یا متحرک باشد. سالهای اخیر،
تحقیقات فشرده که پتانسیل های همکاری در بین سنسورها در جمع آوری داده و
پردازش را آدرس دهی می کند.
با توجه به عملكرد متفاوت شبكه هاي سنسوری، هر گره مي تواند با توجه به وظايف تعريف شده از اجزاي متنوعي تشكيل
شده باشد ولي در حالت كلي هر گره از يكسري اجزاي كلي تشكيل شده است كه عبارتند از واحد پردازش مركزي، فرستنده –
گيرنده راديويي، منبع تغذيه كه مي تواند از طريق باطري يا سلولهاي خورشيدي يا تركيب هر دو، انرژي مورد نياز سيستم را
فراهم كند ، يك يا تعدادي سنسوری كه داده هاي مورد نظر را جمع آوري مي كنند، انواع حافظه هاي جانبي در صورت نياز،
در صورت نياز و ساير اجزايي كه بسته به كاربرد هاي متفاوت مي تواند در هر گره گنجانده شود .
1- واحد پردازنده مركزي(CPU)
براي استفاده در گره هاي شبكه هاي سنسوری ، ميزان توان مصرفي پردازنده و CPU يكي از فاكتورهاي مهم در انتخاب
پشتيباني آن از حالت هاي متنوع كاري (از لحاظ توان مصرفي) مي باشد.
2- فرستنده – گيرنده راديويي:
فرستنده – گيرنده راديويي يكي از اجزاي با اهميت در گره هاي شبكه هاي سنسوری مي باشد و بسته به كاربردهاي مختلف ،
مي تواند تنو ع زيادي داشته باشد . مهم ترين مشخصه در انتخاب فرستنده -گيرنده ها، برد مورد نياز براي ارتباط بين گره هاي
شبكه است . در شبكه هايي با گره هاي نزديك به هم ، مي توان از فرستنده هاي كم مصرف استفاده كرد ولي توان مصرفي در
فرستنده-گيرنده ها با بردهاي بيشتر ، به شدت ا فزايش پيدا مي كند و بايد در آنها از مكانيزم هاي كنترل توان دقيق تري
استفاده كرد.
3- حافظه جانبي:
اگر مقدار حافظه موجود در CPU براي نگهداري اطلاعات مورد نظر كافي نباشد
كه معمولا هم چنين است، می توان از حافظه های دائمی استفاده كرد .
4- انواع سنسورها:
سنسور ها عمل اصلي در شبكه هاي سنسوری يعني عمل جمع آوري اطلاعات را بر عهده دارند. انواع گوناگوني از سنسور ها
طراحي شده اند كه بسياري از آنها مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي دارند.
5- سنسور GPS:
يكي از سنسور هاي عمده اي كه كاربرد فراواني در شبكه هاي سنسوری استفاده مي شود، سنسور GPS است كه در مواردي از
قبيل موقعيت يابي و مسيريابي در گره ها، جمع آوري اطلاعات مكاني خصوصا در گره هاي سيار، دريافت زمان و انجام عمل
سنكرون سازي بين گره ها و كاهش حجم تبادل اطلاعاتي كه بين گره ها جهت
عملياتي مانند دست تكاني و سنكرون سازي گره ها رد و بدل مي شود. البته با
توجه به توان مصرفي و قيمت نسبتا بالاي سنسور هاي موقعيت ياب صريح مانند
GPS،
تحقيقاتي براي استفاده از روشهاي مكانيابي نسبي در گره هاي شبكه هاي سنسوری، در حال انجام است.
6- منبع تغذيه:
معمولا گره هاي شبكه سنسور هنگامي كه در محيط قرار مي گيرند, از دسترس ما
خارج مي شوند به نحوي كه با تمام شدن منبع انرژ ي آنها، عملا گره ها
بلااستفاده مي گردند. لذا منبع تغذيه در ساخت گره هاي شبكه هاي سنسوری از
اهميت خاصي برخوردار است . در حالت كلي، از دو نوع منبع تغذيه قابل شارژ و
غير قابل شارژ مي توان استفاده كرد .
7- باطري ها و سلولهاي خورشيدي:
در طراحي شبكه هاي سنسوری مي توان از انواع باطري ها استفاده كرد .
هنگام استفاده از سلولهاي خورشيدي نيز بايد اين نكته را مد نظر قرار داد
كه اگر تعدادي سلول خورشيدي را پشت سرهم به صورت سري ببنديم، ممكن است
تعدادي از آ نها كه نور كمتري دريافت مي كنند، داراي ولتاژ دو سر منفي
گردند و توان توليد شده توسط سلولهاي ديگر را مصرف كنند پس بايد آرايش
مناسبي براي استفاده از چندين سلول خورشيدي در نظرگرفته شود تا به حداكثر
بازده ممكن رسيد.
8- اجزاي نرم افزاري:
با پيچيده تر شدن عمليات هر گره به تدريج پيچيدگي سيستم افزايش پيدا مي
كند و نياز به يك سيستم عامل ساده كه دسترسي به منابع سخت افزاري در هر گره
شبكه سنسوری را سهولت بخشد، بيشتر احساس مي شود . يكي از سيستم عامل هايي
كه تا كنون طراحي شده و در انواع مختلفي از شبكه هاي سنسوری پياده سازي شده
است، سيستم عامل Tiny OS است كه در مورد آن توضيح داده خواهد شد.
در ادامه ی این بخش مروری دقیق از الگوهای مسیریابی اصلی در WSN را ارائه
خواهیم داد. ما با پروتکل های مبتنی بر ساختار شبکه شروع می کنیم.
مقاله شبکه ی سنسور بی سیم
چکیده:
شبکه های تشکیل شده از سنسورها، امروزه بعنوان یک تکنولوژی
جدید ظاهر شده اند. این شبکه ها دارای کاربردهای گسترده و متنوع هستند که
تعقیب هدف از جمله آنها می باشد. در حقیقت تعقیب هدف بخشی از بسیاری
کاربردهای نظامی، علمی و . . . می باشد. در این پروژه ابتدا تعریف کاملی از
شبکه های سنسوری خواهیم داشت. سپس کاربردها، مزایا و معایب آن توضیح داده
خواهد شد. و سپس پروتکل های شبکه سنسوری را توضیح داده و بعد نحوه انتخاب
Data Storage در شبکه های حسگر را بررسی خواهیم کرد. شبکه‌ها متشکل از
مجموعه‌ای از واحدهای متحرک و مستقل از هم با توان مصرفی و پردازشی محدود
است که از طریق فرستنده‌های رادیویی با یکدیگر در ارتباطند و اقدام به
جمع‌آوری اطلاعات می‌نمایند. مساله‌ی مسیریابی در این شبکه‌ها به گونه‌ای
که حداقل انرژی مصرف شود، از دسته مسائل غیر چند جمله‌ای سخت میباشد که
ارائه راه حل‌های تقریبی مناسب موضوع برخی از تحقیقات در این زمینه است. در
بیشتر مدل‌های ارائه شده فرض بر ثابت بودن حسگرها است. در شبکه های
سنسوری مساله انرژی و استفاده ی بهینه از ان و همچنین مساله مسیر یابی از
مهمترین و پایه ای ترین مسائل در برخورد با چنین شبکه هایی می باشد و راه
حل و روش مناسب کاملا بستگی به نوع شبکه و کاربرد آن دارد.
مقدمه:
امروزه زندگی بدون ارتباطات بی سیم قابل تصور نیست. پیشرفت
تکنولوژی CMOS و ایجاد مدارات کوچک و کوچکتر باعث شده است تا استفاده از
مدارات بی سیم در اغلب وسایل الکترونیکی امروز ممکن شود. این پیشرفت همچنین
باعث توسعه ریز حسگر ها شده است.
سیستم های بی سیم از حدود سال های ۱۹۸۰ مورد استفاده بوده و
ما تا کنون شاهد نسل های اول , دوم و سوم این تکنولوژی بوده ایم. این نوع
سیستم ها بر اساس یک ساختار مرکزی و کنترل شده مثل access point عمل می
کنند. نقاط دسترسی به کاربرین امکان می دهند با تغییر مکان خود همچنان
بتوانند به شبکه متصل بمانند. اما با این حال به دلیل حضور چنین نقاط ثابتی
در شبکه محدودیتهایی بروز می کنند. به عبارتی در مکان هایی که امکان
برقراری ساختار ثابت و همیشه پایدار وجود ندارد این نوع تکنولوژی نمی
تواند پاسخ گو باشد. اما پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات
بیسیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین، اندازه
کوچک، قیمت مناسب و کاربری‌های گوناگون داده است. این حسگرهای کوچک که
توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی بر اساس نوع حسگر،
پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده‌ای برای ایجاد و
گسترش شبکه‌های موسوم به شبکه‌های بیسیم حسگر WSN شده‌اند.
یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره‌های حسگری است که در
یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع‌آوری اطلاعات از محیط می‌پردازند.
لزوماً مکان قرار گرفتن گره‌های حسگر، از قبل تعیین شده و مشخص نیست.
چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می‌آورد که بتوانیم آنها را در مکان‌های
خطرناک و یا غیرقابل دسترس رها کنیم. ارتباط بین گره ها بصورت بی سیم است.
هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعا از لحاظ فیزیکی
بسیار کوچک است ودارای محدودیت هایی در قدرت پردازش, ظرفیت حافظه, منبع
تغذیه, … میباشد.
انواع شبکه های بی سیم:
شبکه های بی سیم بر ۳ نوع هستند:
۱٫ شبکه های infrastructure-based
2. Wireless LANs : معمولا از
لینکهای رادیویی (۸۰۲٫۱۱) و یا اشعه ی مادون قرمز استفاده می کنند. انعطاف
پزیری بالایی در محدوده ای که این امکان در آن قرار داده شده است ایجاد
کرده و پهنای باند کمتری نسبت به شبکه های سیمی دارند.
۳٫ شبکه های Ad hoc: زمانی که ساختار infra structure موجود نیست گزینه ی مناسبی به شمار می روند و نسبت به دو نوع قبل گران تر هستند.
شبکه حسگر
شبکه‌های حسگر از تعدادی حسگر کوچک در اندازه‌های یک تا دو
میلیمتر ساخته شده است که به همراه یک دستگاه فرستنده و گیرنده بیسیم،
اطلاعات را به دستگاه مرکزی به عنوان کاربر نهایی می‌فرستد. کار بر روی
شبکه های حسگر در ابتدا با اهداف و کاربردهای نظامی و دفاعی آغاز شد ولی به
سرعت کاربردهای بسیار دیگری نیز پیدا کرد که برخی از کاربردهای این فناوری
در کاربردهای نظامی و امنیتی (کنترل نیروها و تجهیزات نظامی، تشخیص نفوذ و
تجسس در محیط های جنگی)، نظارت بر محیط های داخلی و خارجی (کاربرد در
ساختمان های هوشمند، کنترل ترافیک، تشخیص حوادث طبیعی، کشاورزی و نظارت های
زیست محیطی)، کاربردهای صنعتی (کنترل دقیق نیروی انسانی، پیگیری کالاهای
تولیدی، نظارت بر خط تولید و حفاظت و کنترل ایمنی محیط) و کاربردهای پزشکی
(مراقبت از سلامت انسان و جراحی) است. در بیانی جامع تر کاربردها را به سه
دسته نظامی تجاری پزشکی تقسیم می کنیم که سیستم های ارتباطی ، فرماندهی ،
شناسایی ، دیده بانی ومیدان مین هوشمند، سیستم های هوشمند دفاعی از
کاربردهای نظامی می باشد. در کاربردهای مراقبت پزشکی سیستم های مراقبت از
بیماران ناتوان که مراقبی ندارند. محیطهای هوشمند برای افراد سالخوده و
شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر
بیماران از جمله کاربرد های آن است.کاربردهای تجاری طیف وسیعی از کاربردها
را شامل می شود مانند سیستم های امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت، آتش
سوزی(درجنگل) ، تشخیص آلودگی های زیست محیطی از قبیل آلودگی های شیمیای،
میکروبی، هسته ای، سیستم های ردگیری، نظارت وکنترل وسایل نقلیه و ترافیک ،
کنترل کیفیت تولیدات صنعتی، مطالعه در مورد پدیده های طبیعی مثل گردباد،
زلزله، سیل، تحقیق در مورد زندگی گونه های خاص از گیاهان و جانوران و .. در
برخی از کاربردها نیز شبکه حسگر بعنوان گروهی از رباتهای کوچک که با
همکاری هم فعالیت خاصی را انجام می دهند استفاده میشود.
ریز حسگر ها توانایی انجام حس های بی شمار در کارهایی مانند
شناسایی صدا برای حس کردن زلزله را دارا می باشند همچنین جمع آوری اطلاعات
در مناطق دور افتاده ومکان هایی که برای اکتشافات انسانی مناسب نیستند را
فراهم کرده است. اتومبیل ها می توانند از ریز حسگر های بی سیم برای کنترل
وضعیت موتور, فشار تایرها, تراز روغن و… استفاده کنند.خطوط مونتاژ می
توانند از این سنسورها برای کنترل فرایند مراحل طول تولید استفاده کنند.در
موقعیت های استراتژیک ریز حسگرها می توانند توسط هواپیما بر روی خطوط دشمن
ریخته شوند و سپس برای رد گیری هدف(مانند ماشین یا انسان) استفاده شوند. در
واقع تفاوت اساسی این شبکه ها ارتباط آن با محیط و پدیده های فیزیکی است
شبکه های سنتی ارتباط بین انسانها و پایگاه های اطلاعاتی را فراهم می کند
در حالی که شبکه ی حس/کار مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است. با
استفاده از حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده, بر اسـاس مشاهدات خـود
تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می دهند. نام شبکه حس/کار بی سیم
یک نام عمومی است برای انواع مختلف که به منظورهای خاص طراحی می شود.
برخلاف شبکه های سنتی که همه منظوره اند شبکه های حس/کار نوعا تک منظوره
هستند.
دیگر خصوصیت‌های منحصر به فرد شبکه‌های حسگر، توانایی همکاری و
هماهنگی بین گره‌های حسگری است. هر گره حسگر روی برد خود دارای یک
پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا به گره‌ای که
مسئول پردازش و نتیجه‌گیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازش‌های اولیه
و ساده را روی اطلاعاتی که به دست آورده است، انجام می‌دهد و سپس داده‌های
نیمه پردازش شده را ارسال میکند.
در صورتی که گره ها توانایی حرکت داشته باشند شبکه می تواند
گروهی از رباتهای کوچک در نظر گرفته شود که با هم بصورت تیمی کار می کنند و
جهت مقصد خاصی مثلا بازی فوتبال یا مبارزه با دشمن طراحی شده است. از
دیدگاه دیگر اگر در شبکه تلفن همراه ایستگاههای پایه را حذف نماییم و هر
گوشی را یک گره فرض گنیم ارتباط بین گره ها باید بطور مستقیم یا از طریق یک
یا چند گره میانی برقرار شود. این خود نوعی شبکه حس/کار بی سیم می باشد.
با اینکه هر حسگر به تنهایی توانایی ناچیزی دارد، ترکیب صدها
حسگر کوچک امکانات جدیدی را عرضه میکند. در واقع قدرت شبکه‌های بیسیم
حسگر در توانایی به‌کارگیری تعداد زیادی گره کوچک است که خود قادرند سرهم و
سازماندهی شوند و در موارد متعددی چون مسیریابی هم‌زمان، نظارت بر شرایط
محیطی، نظارت بر سلامت ساختارها یا تجهیزات یک سیستم به کار گرفته شوند.
گستره کاربری شبکه‌های بیسیم حسگر بسیار وسیع بوده و از
کاربردهای کشاورزی، پزشکی و صنعتی تا کاربردهای نظامی را شامل میشود. به
عنوان مثال یکی از متداول‌ترین کاربردهای این تکنولوژی، نظارت بر یک محیط
دور از دسترس است. مثلاً نشتی یک کارخانه شیمیایی در محیط وسیع کارخانه
می‌تواند توسط صدها حسگر که به طور خودکار یک شبکه بیسیم را تشکیل
می‌دهند، نظارت شده و در هنگام بروز نشت شیمیایی به سرعت به مرکز اطلاع
داده شود.
در این سیستم‌ها بر خلاف سیستم‌های سیمی قدیمی، از یک سو
هزینه‌های پیکربندی و آرایش شبکه کاسته میشود از سوی دیگر به جای نصب
هزاران متر سیم فقط باید دستگاه‌های کوچکی را که تقریباً به اندازه یک سکه
هستند را در نقاط مورد نظر قرار داد. شبکه به سادگی با اضافه کردن چند گره
گسترش می‌یابد و نیازی به طراحی پیکربندی پیچیده نیست.
