شبکه‌های موردی و حسگر بی‌سیم

شبکه‌های موردی و حسگر بی‌سیم زیر شاخه‌ای از شبکه‌های بی‌سیم است و خود نیز دارای چندین زیر شاخه است. انجمن‌های متعددی در این زمینه وجود دارند که برخی تنها در یکی از زیر شاخه‌ها و برخی هم در چندین زیر شاخه مشغول به فعالیت هستند.
مقدمه‌ای بر شبکه حسگر بی‌سیم
یک شبکه حسگر بی‌سیم از تعداد زیادی گره‌های حسگر تشکیل شده است که با تراکم بالا داخل پدیده‌ای که مورد نظر است یا بسیار نزدیک به آن استقرار داده می‌شود. مکان گره‌های حسگر نیازی به تعیین و تنظیم قبلی ندارند. این ویژگی امکان استقرار این نوع گره‌ها را بصورت کاملا تصادفی در مکان‌های غیرقابل دسترسی یا خطرناک ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، این ویژگی نیاز به در نظر گرفتن قابلیت خودپیکر بندی را در پروتکل‌ها و الگوریتم‌های مختص این شبکه‌ها مطرح می‌کند. ویژگی دیگر شبکه‌های حسگر تلاش جمعی گره‌های حسگر است. گره‌های حسگر مجهز به یک پردازنده ساده هستند تا بجای ارسال داده خام دریافت شده از محیط، پردازش مختصری بر روی داده‌ها انجام دهند و محاسبات محلی را تنها به کمک گره‌های نزدیک خود انجام دهند. این عمل یعنی ارسال داده‌های کم‌تعداد ضروری و پردازش شده بجای ارسال داده‌های خام و متعدد هم باعث کاهش ترافیک شبکه می‌شود و هم باعث می‌شود عملیات امتزاج داده بهتر و ساده‌تر صورت گیرد. ویژگی‌های تعریف شده در قسمت قبل امکان ایجاد طیف وسیعی از کاربردها را برای این نوع شبکه فراهم می‌کند. برخی از کاربردهای ممکن کاربردهای مرتبط با بهداشت، مسایل نظامی و خانه‌های هوشمند می‌باشند. بطور نمونه، در مسایل ویژگیهای قابلیت خودپیکربندی، استقرار سریع و تحمل خطا شبکه‌های حسگر را برای سیستم‌های نظامی اعمال دستور، کنترل، ارتباطات، محاسبات، هوشمندی، مراقبت، شناسایی و هدف گیری بسیار مناسب می‌نماید. در کاربردهای بهداشت، شبکه‌های حسگر می‌توانند برای مراقبت از بیماران و کمک به بیماران دارای ناتوانی جسمی به کار گرفته شوند. برخی کاربردهای تجاری دیگر شامل مدیریت انبار، نظارت بر کیفیت محصولات و نظارت بر مناطق حادثه خیز می‌باشند. در اکثر موارد شبکه‌های حسگر برای تبادل داده از ارتباطات بی‌سیم بهره می‌برند و دلیل آن وسعت حوزه کاربردها و سادگی استفاده آن بدون ایجاد زیر ساخت اختصاصی می‌باشد.
از شبکه‌های حسگر بی‌سیم با نماد WSN یاد می‌شود. در سالهای اخیر شبکه‌های WSN به دلیل پیچیدگی و وسعت زمینه پژوهش، غالب پژوهش‌ها در حوزه شبکه‌های حسگر را به خود اختصاص داده‌اند. درک کاربردهای شبکه‌های حسگر بی‌سیم نیاز به شناخت تکنیک‌های شبکه سازی ادهاک بی‌سیم دارد. اگر چه پروتکل‌ها و الگوریتم‌های متعددی برای شبکه‌های ادهاک بی‌سیم ارائه شده‌اند، آنها به طور کامل مناسب ویژگی‌ها و نیازمندی‌های کاربردهای شبکه‌های حسگر نیستند. تفاوت‌های اصلی بین شبکه‌های حسگر و ادهاک عبارتند از:
در شبکه‌های حسگر تعداد گره‌ها می‌تواند چندین برابر یک شبکه ادهاک باشد.
گره‌های حسگر بسیار مستعد خرابی هستند.
توپولوژی شبکه‌های حسگر به سرعت تغییر می‌کند.
گره‌های حسگر اغلب از مدل ارتباطی همه پخشی استفاده می‌کنند در حالی که ارتباطات در شبکه‌های ادهاک معمولا مبتنی بر مدل ارتباطی نقطه به نقطه است.
گره‌های حسگر معمولا در میزان حافظه، توان محاسباتی و انرژی محدود هستند.
گره‌های حسگر معمولا به دلیل تعداد زیاد حسگرها و ایجاد سربار زیاد فاقد شناسه سراسری می‌باشند.
در سالهای اخیر اغلب پژوهشگران سعی در توسعه روش‌هایی برای برطرف کردن این نیازمندیها داشته‌اند.
ادامه این پایان‌نامه به صورت زیر تنظیم شده است: در قسمت دوم به بررسی کامل امر پوشش در شبکه‌های حسگر که می‌بایست در طراحی‌ها لحاظ شود، خواهیم پرداخت. در قسمت سوم به بررسی الگوریتم‌های ممکن در پوشش شبکه حسگر بی‌سیم پرداخته‌ایم.
ویژگی‌های طراحی
گره‌های حسگر معمولا در یک حوزه حسگر پراکنده می‌شوند. همگی این گره‌ها قابلیت جمع‌آوری داده و ارجاع آن به گره چاهک یا ایستگاه پایه را دارا می‌باشند. داده‌های جمع‌آوری شده با استفاده از یک معماری بدون زیر ساختار چند گامی به سمت گره چاهک ارسال می‌شوند. گره چاهک ممکن است با استفاده از اینترنت یا ماهواره به گره مدیر کار متصل شده باشد. طراحی شبکه‌های حسگر نمایش داده شده است، از چندین فاکتور اصلی زیر تاثیر می‌پذیرد:
تحمل خرابی
مقیاس پذیری
هزینه تولید
محیط اجرا
توپولوژی شبکه‌های حسگر
محدودیت‌های سخت‌افزاری
رسانه انتقال و مصرف انرژی
معماری لایه‌ای
تحمل پذیری خطا
برخی از گره‌های حسگر ممکن است به دلایل کمبود انرژی، آسیب فیزیکی یا تداخلات محیطی از کار بیفتد. این خرابی‌ها گره‌های حسگر نباید تاثیری در عملکرد کلی شبکه حسگر داشته باشد. این مبحث همان قابلیت اطمینان یا تحمل خطاست. تحمل خطا توانایی فعال نگه داشتن شبکه حسگر بدون هیچ وقفه‌ای به دلیل خرابی گره‌های حسگر می‌باشد.
در۲ ۴ ۶. پروتکل TCP با مکانیزم پنجره انتقال فعلی خود، با بسیاری از ویژگیهای محیط شبکه حسگر سازگاری دارد. برای ارتباط با سایر شبکه‌ها، مکانیزمی مثل مکانیزم مورد استفاده درTCP برای قطعه قطعه کردن داده مورد نیاز است.
در این رویکرد، اتصالات TCP در گره‌های چاهک پایان می‌یابند و یک پروتکل لایه انتقال ویژه می‌تواند ارتباطات میان گره چاهک و گره‌های حسگر مدیریت کند. در نتیجه، ارتباط میان کاربر و گره چاهک بوسیله UDP یا TCP از طریق اینترنت یا ماهواره قابل انجام است. از سوی دیگر، ارتباط میان گره چاهک و گره‌های حسگر می‌تواند کاملا مبتنی بر UDP باشد چراکه هر گره حسگر حافظه محدود در اختیار دارد.
برخلاف پروتکل‌هایی مانند TCP، ارتباطات انتها به انتها در شبکه‌های حسگر مبتنی بر آدرس دهی راسری نیست. در شبکه‌های حسگر نامگذاری مبتنی بر صفات می‌بایست برای تعیین مقصد بسته‌های داده استفاده شود. نامگذاری مبتنی بر صفات در قسمت‌های قبل معرفی شد. فاکتورهایی از قبیل مصرف نیرو و مقیاس پذیری و ویژگی‌هایی مثل مسیریابی داده- محوری نیاز به ارائه مدیریت متفاوتی در لایه انتقال را قوت می‌بخشند.