وبلاگ

• • برای کنترل توان فرستنده‌اش با فرض کانال متقارن استفاده می‌شود.

• بعنوان بخشی از الگوریتم تعیین موقعیت نسبی برای تخمین موقعیت هر گره شبکه نسبت به همتاهایش^[۸۱] مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• بعنوان بخشی از الگوریتم مسیریابی شبکه استفاده می‌شود تا مسیردهی بسته‌ها تنها بر اساس کیفیت اتصال بین گره‌های شبکه باشد.

برای تولید LQI منابع مختلفی وجود دارد که عبارتند از: تعیین سطح سیگنال، تعیین سیگنال به نویز یا ترکیبی از هر دو روش بالا. ۰X00 و ۰XFF به ترتیب نشان دهنده کمترین و بیشترین کیفیت سیگنال قابل کشف توسط گیرنده است(Chen, 2004). این استاندارد شامل سه نوع کارکرد گره شبکه است:

• هماهنگ کننده^{[۸۲] [۸۳]}PAN: هماهنگ کننده PAN گره‌ای است که شبکه را راه اندازی می‌کند و کنترلر اولیه شبکه است. هماهنگ کننده PAN راهنماها را می‌فرستد و می‌تواند بطور مستقیم با هر دستگاهی در محدوده ارتباط برقرار کند.

• هماهنگ کننده: هماهنگ کننده راهنماها را می‌فرستد و می‌تواند بطور مستقیم با هر دستگاهی در محدوده ارتباط برقرار کند.

• دستگاه: دستگاه شبکه راهنما ندارد و بطور مستقیم فقط با یک هماهنگ کننده PAN یا هماهنگ کننده می‌تواند ارتباط برقرار کند.

این عملکرد متضمن دو نوع دستگاه فیزیکی متفاوت است:

• دستگاه کارکرد کامل^[۸۴] که در سه نقش متقاوت کار می‌کند: ، هماهنگ کننده PAN، هماهنگ کننده ساده و یک دستگاه. آن باید به مقدار کافی حافظه جهت ذخیره اطلاعات مسیریابی مورد نیاز الگوریتم‌ شبکه را دارا باشد.

• دستگاه کارکرد کاهش یافته^[۸۵] که تنها به عنوان یک دستگاه عمل می‌کند. دستگاه بسیار ساده‌ای است و نیاز به حافظه کمی دارد.

این استاندارد در دو لایه فیزیکی قابل پیاده‌سازی است:

• باند پایین: MHz 6.868-0.868 برای اروپا و MHz 928-902 برای آمریکا و حواشی اقیانوس آرام است.

• باند بالا: GHz 485۲-۴۰۰٫۲ برای تمام جهان است.

این استاندارد از طیف گسترده توالی مستقیم^[۸۶] استفاده می‌کند. جدول ۲-۲ مقایسه لایه‌های فیزیکی در استاندارد IEEE 802.15.4 را نشان می‌دهد.
جدول۲-۲٫ مقایسه لایه‌های فیزیکی در استاندارد IEEE 802.15.4 (Karl&Willig, 2005)

۲-۹٫ روش‌های کاهش مصرف انرژی در شبکه‌های حسگر
تاکنون روش‌های بسیار متنوعی به منظور کاهش مصرف انرژی گره‌های حسگر و در حالت کلی شبکه حسگر بی‌سیم به کار گرفته شده‌اند. در مواردی این روش‌ها بر اساس اینکه در کدام یک از لایه‌های پشته پروتکل طراحی شده‌اند، طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین روش‌های بسیاری به کاهش ارتباطات در لایه شبکه پرداخته‌اند که به آن‌ها پروتکل‌های مسیریابی اطلاق می‌گردد. اما بهترین و کامل‌ترین طبقه‌بندی در این خصوص، کلیه روش‌ها را صرف‌نظر از لایه‌ای که در آن کار می‌کنند، به سه دسته طرح کلی تقسیم می‌کند:
۱- طرح‌های چرخه وظایف
۲- طرح‌های داده‌گرا
۳- طرح‌های مبتنی بر قابلیت تحرک
۲-۹-۱٫ روش های چرخه وظایف
طرح‌های مبتنی بر چرخه وظایف^[۸۷] عمدتاً بر زیر‌سیستم شبکه‌ای تمرکز دارند. بطور ایده‌آل، رادیو باید به محض اینکه دیگر داده‌ای برای ارسال یا دریافت وجود ندارد، خاموش شده و به محض اینکه بسته داده جدیدی شروع به آماده شدن کرد، فعال شود. بدین روش، گره‌ها بر اساس فعالیت شبکه، بین دوره‌های فعال و غیرفعال بطور متناوب در گذر هستند. به این رفتار اصطلاحاً چرخه وظایف می‌گویند. در واقع چرخه وظایف، کسری از زمان است که گره‌ها در طی طول عمر خود فعال هستند. وقتی گره‌های حسگر یک عمل اشتراکی را انجام می‌دهند، نیاز به هماهنگی زمان‌های خواب و بیداری دارند. بنابراین همراه هر طرح چرخه ‌وظایف، یک الگوریتم زمان‌بندی خواب و بیداری وجود دارد. معمولاً این الگوریتم یک الگوریتم توزیع شده بوده و مبتنی بر آن است که کدام یک از گره‌های حسگر تصمیم بگیرند که چه وقت از حالت فعال(بیدار) به غیرفعال(خواب) تغییر وضعیت پیدا کنند. این الگوریتم به گره‌های همسایه امکان می‌دهد تا در آنِ واحد فعال شوند. بنابراین مبادله بسته‌ها را حتی وقتی گره‌ها با چرخه وظایف پایینی کار می‌کنند، امکان‌پذیر می‌سازد.
طرح‌های چرخه وظایف خود به دو طرح فرعی تقسیم می‌شوند: کنترل توپولوژی و مدیریت توان.
۲-۹-۲٫روش‌های داده‌گرا
طرح‌های چرخه وظایف، معمولاً به داده‌ای که توسط گره‌های حسگر نمونه‌برداری می‌شود بی‌توجه هستند. از‌این‌رو، روش‌های داده‌گرا^[۸۸] حتی می‌توانند برای افزایش بیشتر بهره‌وری انرژی به‌کار روند. از روش های داده‌گرا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: کاهش میزان داده^[۸۹] ، پردازش درون شبکه‌ای^{[۹۰]</a >}، فشرده‌سازی داده^[۹۱]، پیش‌بینی داده^[۹۲].
۲-۹-۳٫روش‌های مبتنی بر قابلیت تحرک
در مواردی که گره‌های حسگر متحرک هستند، قابلیت تحرک^[۹۳] می‌تواند در نهایت به ‌عنوان ابزاری برای کاهش مصرف انرژی به کار رود. در شبکه‌ حسگر ایستا، بسته‌هایی که از گره‌های حسگر می‌آیند، معمولا یک مسیر چند پرشی را تا سینک(ها) طی می‌کنند. بنابراین، برخی از مسیرها ممکن است بیش از سایر مسیرها پر شوند و گره‌های نزدیک‌تر به سینک باید بسته‌های بیشتری را رله کنند. به طوری که بیشتر مورد تخلیه انرژی قرار می‌گیرند(که به آن اثر ‌قیفی^[۹۴] می‌گویند). اگر برخی از گره‌ها( احتمالا گره سینک) متحرک باشند، جریان ترافیک ممکن است تغییر یابد. اگر دستگاه‌های متحرک مسئول جمع‌ آوری مستقیم داده از گره‌های ایستا باشند، گره‌های معمولی منتظر دستگاه متحرک و عبور پیغام‌های مسیر از طریق آن می‌مانند، به طوری که برقراری ارتباط در نزدیکی هر گره (مستقیماً یا حداکثر با پیمودن چند پرش) رخ می‌دهد. در نتیجه، گره‌های معمولی در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند، زیرا طول مسیر، میزان درگیری و سربارهای ارسال کاهش می‌یابد(Enami& eta1, 2010).

فصل سوم. گره در شبکه حسگر بی سیم
۳-۱٫ اجزا گره حسگر
یک جز WSNها، گره حسگر است. به دلیل استفاده از شبکه حسگر در مناطق غیر قابل دسترس، امکان قرار دادن گره‌ها در مکان معین وجود ندارد. برای اینکه بتوانیم از تکنیک‌های توزیع تصادفی استفاده کنیم ابعاد گره حسگر باید در رنج میلی متری باشد(Karray&eta1, 2014,1 – ۸). یک گره حسگر از۵ قسمت اصلی تشکیل شده است: حسگر، کنترلر، حافظه، ارتباطات و منبع تغذیه. این قسمت‌ها در شکل ۳-۱ نشان داده شده اند(Zou, 2004).
حسگر: رابط واقعی با دنیای فیزیکی، دستگاهی که پارامترهای فیزیکی را کنترل می‌کند. بیشتر حسگرها فضای زیادی را اشغال نمی‌کنند، بنابراین می‌توان چندین حسگر را روی یک گره قرار داد(Karray&eta1, 2014,1 – ۸).
کنترلر: پردازش‌های اولیه داده در واحد پردازنده انجام می‌شود، در حالیکه کارهای پردازشی مخصوص باید در مدارات کم توان انجام شود(Karray&eta1, 2014,1 – ۸). در واقع کنترلر هسته گره حسگر بی‌سیم است. این واحد داده‌ها را از حسگر دریافت و پردازش می‌کند و تصمیم می‌گیرد که آن‌ها را چه موقع و به کجا بفرستد. بسته به وظایف پردازشی کنترلرهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک نمونه از کنترلرها، میکروکنترلرها هستند. خصوصیات کلیدی میکروکنتنرلرها، انعطاف پذیری آنها در اتصال به دستگاه‌های دیگر (حسگرها)، داشتن دستورات پردازشی‌ مناسب، مصرف توان کم و حافظه دار بودن آنها است. میکروکنترلرها قابلیت برنامه ریزی دارند. مناسب استفاده در WSN هستند زیرا برای کاهش توان مصرفی دارای حالت خواب هستند. نوع مخصوصی از پردازندههای قابل برنامه ریزی DSP است که قابلیت پردازش داده‌های بزرگ را دارد. در ارتباطات بی‌سیم پهن باند^[۹۵]، DSP مناسب است. اما در شبکه‌های حسگر بی‌سیم چون مدولاسیون ساده‌تر موردنیاز است و کارهای پردازشی پیچیده نیست DSP معمولاً استفاده نمی‌شود. دیگر کنترلرهای مورد استفاده، مدارات کنترلی طراحی شده بر اساس روش ^[۹۶]FPGA و ^[۹۷]ASIC هستند. روش FPGA دارای قابلیت برنامه‌ریزی دوباره است اما از نظر انرژی بهینه نشده است. در روش ASIC یک پردازنده مخصوص به عنوان سوئیچ و مسیریاب^[۹۸] سریع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پردازنده انعطاف پذیری پایینی دارد تا کارایی و بازده انرژی بهتری داشته باشد. زمانیکه گره‌ها دارای وظایف ثابتی هستند و تعداد گره‌ها زیاد است ASIC بهترین انتخاب است(Karl&Willig, 2005).
حافظه: برای ذخیره داده و برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع مختلف حافظه برای داده و برنامه وجود دارد. حافظه ^[۹۹]RAM برای ذخیره خوانده های حسگر و بسته‌های آمده از دیگر حسگرها استفاده می‌شود. در حالیکه RAM سریع است، مهم‌ترین عیب آن از دست دادن اطلاعات در هنگام قطع تغذیه است. بنابراین کد برنامه در حافظه ^[۱۰۰]ROM یا ^[۱۰۱]EEPROM و فلش^[۱۰۲] ذخیره می‌شود. حافظه فلش همچنین زمانیکه حافظه RAM ناکافی^[۱۰۳] باشد یا تغذیه آن قطع می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مورد انرژی مصرفی بالا و تاخیر طولانی حافظه فلش در خواندن و نوشتن باید مورد توجه قرار گیرد(Karl&Willig, 2005).