شبكة استشعار لاسلكية
الدخول إلى الوسط الناقل (MAC)

المقدمة:
القناة اللاسلكية تظهر على طبيعة (Broadcast) البث في جميع الاتجاهات ، بحيث يكون الإرسال من جهاز استشعار واحد ويتم الاستقبال من عدة اجهزة استشعار محيطه به ، كل جهاز استشعار يتقاسم القناة اللاسلكية مع اجهزة أخرى توجد في نطاق انتقالها ، تصميم البروتوكول (ماك) هو مهم جدا في (WSN)يضمن البروتوكول ماك (MAC) الاتصال في الوسط اللاسلكي مثل إنشاء وصلات اتصال بين العقد اوالاجهزة ويتم توفير الاتصال في جميع انحاء الشبكة، وايضا يجب تنسيق الوصول للقنوات اللاسلكية التي يحدث فيها تصادمات ، تحدث هذه التصادمات عند وجود اثنتين من العقد القريبة من بعضها التي تريد الإرسال في نفس الوقت ، فيجب التقليل أو القضاء عليها .
بالإضافة لبعض المتطلبات التقليدية في (MAC) أو شبكات الماك اللاسلكية هناك تحديات اضافية بسبب القدرات المحدودة لكل عقدة استشعار وبسبب طبيعة التوزيع لل (WSN) بالإضافة لخصائص حركة المرور لتطبيقات اجهزة الاستشعار .
لذلك في البداية سوف نقوم بمناقشة بعض التحديات والحلول المحتملة والعوامل التي تؤثر على تصميم بروتوكول (MAC) لل (WSN).
من اجل التصدي للتحديات التي تواجهها (MAC)لل (WSN)هناك عدد كبير من (MAC)بروتوكول تمتطويرها في السنوات الاخيرة يمكن تصنيفها كالتالي :
الوصول المتوسط القائم على التنافس، والوصول المتوسط القائم على التحفظ، والحلول الهجينة التي تدمج هذين المخططين، سوف نناقشهم في هذا القسم .
التحديات التي تواجهها (MAC):
العديد من بروتوكولات ماك تم تطويرها واصبحت تستخدم في مجالات عامة للشبكات اللاسلكية، هذه البروتوكولات تركز بشكل اساسي على مقياسيين مهميين للاداء هما: الانتاجية والكمون، واحتياطات الطاقة الصارمة لعقد الاستشعار جعلت استهلاك الطاقة من الاهميات الاساسية، بالتالي فان بروتوكولات ماك
المصممة ل (WSN) تحتاج الي تطوير وفقا لهذا التحدي .
وهنا سوف نقوم بتوضيح هذه التحديات :
'*استهلاك الطاقة: إن متطلبات التكلفة المنخفضة والطبيعة الموزعة لعقد أجهزة الاستشعار تقيد استهلاك الطاقة في جميع الطبقات ، ومن ثم، فإن كفاءة الطاقة ذات أهمية أساسية بالنسبة إلى طبقة تصميم بروتوكول ال ماك ، وينبغي أن يضمن بروتوكول طبقة ماك أن ترسل عقد الاستشعار معلوماتها في الحد الادني من استهلاك الطاقة .
ومصادر استهلاك الطاقة في شبكات ال (WSN)هي لثلاث وظائف اساسية: الاستشعار والتجهيز والاتصالات. وتستهلك أجهزة الاستشعار ودوائر المعالجة كميات ضئيلة من الطاقة بالمقارنة مع الراديو.
ومن ثم، ينبغي تنسيق محاولات الاتصال بعناية لتوفير التشغيل الموفر للطاقة في (WSN)، ف تصميم طبقة الماك في هذا الصدد يشكل تحدي مهم منذ ان أصبحت ماك الجوهر الاساسي في تنسيق الاتصالات ، وفقا لذلك يمكن تصنيف مصادر استهلاك الطاقة اثناء محاولة الاتصال كالتالي :
الاستماع الخامل : يشير هذا إلى الحالات التي يتم فيها تشغيل الراديو ولا يتم استرجاع أية بيانات مفيدة من القناة. واحدة من المصادر الرئيسية للاستماع الخامل ترك الراديو على فترة طويلة مرات الخمول عندما يحدث أي حدث الاستشعار. فإنه يضيع الطاقة في حين تلقي هذه الحزمة، لذلك ينبغي تقليلها إلى أدنى حد في تصميم طبقة ماك.
الاصطدامات: تحدث هذه عندما يقوم عقدان أو أكثر من أجهزة الاستشعار الموجودة عن كثب بإرسال الرزم إلى نفس المتلقي في نفس الوقت . وتؤدي المعلومات المتداخلة إلى عدم استقبال المستقبل أي من الرزم، مما يؤدي إلى تصادم الرزمة. وتشكل التصادمات مصدرا رئيسيا في استهلاك الطاقة في
(WSN)، فان تقنيات تجنب الاصطدام عادة ما تستغل بواسطة بروتوكولات ماك.
النفقات العامة للبروتوكول: مصدر رئيسي آخر لاستهلاك الطاقة هو التحكم في نفقات بروتوكولات الاتصال. من أجل تنسيق الاتصال في قناة لاسلكية، تتطلب بروتوكولات ماك إرسال رزم التحكم. على الرغم من أن هذه الحزم للتحكم توفر تشغيل متين وقوي لبروتوكولات ماك، فإنها تحتاج إلى الحد الأدنى لتحسين كفاءة استخدام الطاقة.
الإرسال مقابل القدرة المستقبلة: يشكل إرسال واستقبال الرزم المصدرين الرئيسيين استهلاك الطاقة في (WSN)ومع ذلك ، اعتمادا على بنية الاجهزة، النقل أو التلقي يمكن ان يسيطر على استهلاك الطاقة.
ونتيجة لذلك، ينبغي أن يكون بروتوكول ماك مصمما لهذه العلاقات بين الإرسال والتلقي.
'*اسلوب البناء (الهندسة المهمارية): والوعي الطوبوغرافي للشبكة هو خاصية رئيسية ينبغي إدراجها في الماك بروتوكول لل (WSN)، يمكن نشر عدد كبير من عقد الاستشعار، لذلك فان زيادة الكثافة تؤدي إلى زيادة عدد العقد التي في متناول عقدة الاستشعار، يمكن اعتبارها على حد سواء عيب وميزة ، ارتفاع كثافة الشبكة يؤدي إلى زيادة في عدد العقد المتنازعة للقناة اللاسلكية، مما يؤدي إلى ارتفاع احتمال الاصطدام. من ناحية أخرى، اتصال الشبكة يمكن تحسينه دون المساومة على زيادة قوة الإرسال بسبب عدد كبير من العقد المجاورة. وعلاوة على ذلك، فإن طبيعة القفزات المتعددة للشبكة تحتاج إلى استغلالها في ماك لتحسين أداء التأخير واستهلاك الطاقة.
'* الشبكات القائمة على الحدث : وينبغي استغلال الطبيعة الموجهة للتطبيق في شبكات (WSN)من أجل زيادة الأداء من بروتوكول ماك. في الشبكات التقليدية، الإنصاف في العقدة هو جانب هام من طبقة ماك بروتوكول نظرا للطبيعة التنافسية للعقد .
ومع ذلك، فإن النظام مهتم في المعلومات الجماعية التي تقدمها أجهزة الاستشعار بدلا من المعلومات المرسلة من قبل كل عقدة. بالتالي، وينبغي أن تأخذ بروتوكولات طبقة ماك نهجا تعاونيا بحيث تكون المعلومات الخاصة بالتطبيقات يتم استغلالها لتعزيز الأداء. وكمثال على ذلك، لرصد التطبيقات حيث حركة المرور يتبع نمطا دوريا.
'* علاقه مترابطه: نظرا للكثافة العالية لعقد الاستشعار، والمعلومات التي تم جمعها من قبل كل عقدة يرتبط ارتباطا وثيقا وبشكل حدسي، فإن البيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار المنفصلة مكانيا تكون أكثر فائدة في الحوض من الترابط الشديد للبيانات من أجهزة الاستشعار تقع عن كثب وبالتالي، قد لا يكون من الضروري لكل عقدة استشعار لنقل بياناتها؛ بدلا من ذلك، قد يكون عدد أصغر من قياسات أجهزة الاستشعار كافية للاتصال ميزات الحدث إلى الحوض. وبالمثل، فإن طبيعة الظاهرة الفيزيائية المحسسة تؤدي إلى ارتباط المعلومات المستشعرة زمنيا.. وينبغي استغلال الارتباط بين عقد الاستشعار في طبقة ماك بروتوكول ويمكن أن يكون نهجا واعدا لزيادة تحسين أداء الشبكة بشكل عام.