شبکه های حسگر،پروژه و پایان نامه

کامپیوتر ارسال دیدگاه

شبکه های حسگر

پروژه و پایان نامه جهت اخذ مدرک کارشناسی و کارشناسی ناپیوسته در رشته های کامپیوتر،مهندسی نرم افزار و فناوری اطلاعات

>شبکه های حسگر<

فرمت : ورد با قابلیت ویرایش در متن

تعداد صفحات: ۹۰صفحه با فونت bnazanin

قسمتی از متن موجود در فایل اصلی در زیر برای اطمینان شما آورده شده است:

چکیده

شبکه حسگر شبکه ای متشکل از تعداد زیادی گره کوچک است که در هر گره تعدادی حسگر و کارانداز وجود دارد. شبکه حسگر به شدت با محیط تعامل دارد، از طریق حسگرها اطلاعات محیط را گرفته و از طریق کاراندازها واکنش نشان می دهد. ارتباط بین گره ها به صورت بی سیم است. هر گره به صورت مستقیم و بدون دخالت انسان کار می کند و از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است شبکه حسگر مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است. با استفاده از حسگرها میتوان محیط فیزیکی را مشاهده کرد، براساس مشاهدات خود تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می دهند شبکههای حسگر به منظور نظارت و فراهم نمودن بازخورد از متغیرهای محیطی،در مناطقی که برای حضور انسانها مناسب نیستند،مستقر میشوند.با استفاده از چنین استقرارهایی در ماموریتهایبحرانی، شبکههای حسگر اهمیت پیدا کرده و پتانسیل فراوانی را برای تحقیق در این زمینه فراهم میکنند.دو مسئله چالش برانگیز در این حوزه مطرح است. مسئله اول، کاهش در مصرف برق سنسورها به منظور افزایش طول عمرشان میباشد. مسئله دوم، طرح استراتژیهای مسیریابی برای ارتباطات در شبکه میباشد.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول

شبکه های حسگر بی سیم………………………………………………………………………………………………………۸

تاريخچه شبكه هاي حسگر…………………………………………………………………………………………………….۸

ساختار كلي شبكه حسگر……………………………………………………………………………………………………۱۰

ساختار خودكار …………………………………………………………………………………………………………………..۱۱

ساختار نيمه خودکار……………………………………………………………………………………………………………..۱۱

ساختمان داخلی گره حسگر/كارانداز …………………………………………………………………………………۱۲

محدودیتهای سخت افزاری یک گره حسگر ………………………………………………………………………..۱۴

تنگناهاي سخت افزاري …………………………………………………………………………………………………….۱۴

توپولوژی……………………………………………………………………………………………………………………………..۱۴

قابلیت انطباق……………………………………………………………………………………………………………………….۱۵

نرخ بیت پائین………………………………………………………………………………………………………………………۱۵

خودمختار بودن……………………………………………………………………………………………………………………۱۵

قيمت تمام شده………………………………………………………………………………………………….۱۵

شرايط محيطي………………………………………………………………………………………………۱۵

رسانه ارتباطي………………………………………………………………………………………….۱۶

توان مصرفي گره ها……………………………………………………………………………………………………..۱۶

کاربرد ها و مزایای استفاده از شبکه های حسگر……………………………………………………………………..۱۶

میدان های جنگی ………………………………………………………………………………………………….۱۶

شناسایی محیطهای آلوده ……………………………………………………………………………………..۱۶

نظارت کردن محیط زیست …………………………………………………………………………………..۱۷

بررسی و تحلیل وضعیت بناهای ساختمانی ………………………………………………………….۱۷

در جاده ها و بزرگراه های هوشمند ……………………………………………………………………….۱۷

کاربردهای مختلف در زمینه پزشکی ………………………………………………………………………..۱۷

نظارت بارندگی و سیل ……………………………………………………………………………………………۱۸

معماری شبکه حسگر…………………………………………………………………………………………………………………..۱۸

معماری ارتباطی در شبکه های حسگر……………………………………………………………………………………….۱۹

اجزاي سخت افزاري……………………………………………………………………………………………………………………..۱۹

واحد پردازنده مرکزی (cpu)…………………………………………………………………………………………20

فرستنده-گیرنده رادیویی…………………………………………………………………………………………………۲۱

حافظه جانبی……………………………………………………………………………………………………………………..۲۱

منبع تغذیه……………………………………………………………………………………………………………………….۲۱

باطری ها و سلول های خورشیدی……………………………………………………………………………… ۲۲

اجزاي نرم افزاري…………………………………………………………………………………………………………………………….۲۲

سيستم عامل Tiny OS………………………………………………………………………………………………..22

پشته پروتکلی………………………………………………………………………………………………………………………………..۲۳

امنیت ومداخلات………………………………………………………………………………………………………….. ۲۴

خلاصه ……………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۵

فصل دوم

روشهای انتشار اطلاعات در شبکه حسگر…………………………………………………………………….۲۶

روش همه پخشی سیل آسا(FLOODING)…………………………………………………….26

روش شایعه پراکنی(GOSSIPING)…………………………………………………………………28

روش پخش مستقیم(DIRECTED DIFFUSION)………………………………………….30

روش – SPIN –…………………………………………………………………………………………………33

مقایسه روش انتشار مستقیم با روش – SPIN –……………………………………………….36

روش انتشار بیرون دهنده(PUSH DIFFUSION)………………………………………………38

روش انتشار جذب يك مرحله(ONE-PHASE PULL DIFFUSION)……..39

روش- LEACH -……………………………………………………………………………………………………40

روش- EDDD -…………………………………………………………………………………………………………44

روش مسيريابي جغرافيايي(GEAR) …………………………………………………………………………45

خلاصه …………………………………………………………………………………………………………………………………. ۴۶

فصل سوم

الگوریتم برخی از روش های انتشار اطلاعات در شبکه های حسگر…………………………………… ۵۰

الگوریتم- EHAC -……………………………………………………………………………………………………….50

الگوریتم-LEACH-……………………………………………………………………………………………………….63

الگوریتم-ODCP-…………………………………………………………………………………………………………..66

الگوریتم-SLGC-……………………………………………………………………………………………………………75

فصل چهارم

بررسي نرم ا فزارهاي شبيه سازي شبكه…………………………………………………………………………..۸۱

خصوصيات لازم براي شبيه سازهاي شبكه ………………………………………………………………………۸۱

شبيه ساز ” NS(v2) “…………………………………………………………………………………………………….83

کد نویسی یک مثال از شبکه های محلی ساده…………………………………………………………………۸۴

شبيه ساز ” OMNeT++”……………………………………………………………………………………………89

منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۱

فرمت : ورد با قابلیت ویرایش در متن

تعداد صفحات: ۹۰صفحه با فونت bnazanin

فصل اول

تاريخچه شبكه هاي حسگر:

در شكل (۱) طرح ها و ايده هاي اوليه شبكه هاي حسگر نشان داده شده است.

اگرچه تاريخچه شبکه های حسگر را به دوران جنگ سرد و ايده اوليه آن را به طراحان نظامي صنايع دفاع آمريكا نسبت مي دهند ولي اين ايده مي توانسته در ذهن طراحان ربات هاي متحرك مستقل يا حتي طراحان شبكه هاي بي سيم موبايل نيز شكل گرفته باشد.

شبکه های حسگر بی سیم

شبكه حسگر/كارانداز (حسگر)[۱] شبكه اي است متشكل از تعداد زيادي گره كوچك. در هر گره تعدادي حسگر و/يا كارانداز وجود دارد. شبكه حسگر بشدت با محيط فيزيكي تعامل دارد. از طريق حسگرها اطلاعات محيط را گرفته و از طريق كار انداز ها واكنش نشان مي دهد. ارتباط بين گره ها بصورت بي سيم است. هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعا از لحاظ فيزيكي بسيار كوچك است ودارای محدودیت هایی در قدرت پردازش, ظرفيت حافظه, منبع تغذيه, … می باشد. اين محدوديت ها مشكلاتي را بوجود مي آورد كه منشأ بسياري از مباحث پژوهشي مطرح در اين زمينه است. اين شبكه از پشته پروتكلي شبكه هاي سنتي پيروي مي كند ولي بخاطر محدودیت ها و تفاوتهاي وابسته به كاربرد, پروتكل ها بايد باز نويسي شوند.

شبکه هاي حسگر بي سيم به عنوان يک فناوري جديد از پيشروترين فناوري هاي امروزي مي باشند. اين شبکه ها محدوديت ها، توانايي ها ,ويژگي ها، پيچيدگي ها و محيط عملياتي خاص خود را دارند که آنها را از نمونه هاي مشابه، همچون شبکه هاي موردي متفاوت مي کند .امروزه قابليت اطمينان و تحمل پذيري خطا در شبکه هاي حسگر، با درنظر گرفتن کيفيت بهتر يکي از زمينه هاي مهم تحقيقاتي است. دستيابي به اطلاعات با کيفيت با محدوديت هاي درنظر گرفته شده در هنگامي که خطا وجود دارد يکي از چالش هاي شبکه هاي حسگر است.

خطا در شبکه هاي حسگر به صورت يک رويداد طبيعي به شمار مي آيد و برخلاف شبکه هاي معمولي و سنتي يک واقعه ي نادر نيست. براي تضمين کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر ضروري است تا خطاها را تشخيص داده و براي جلوگيري از صدمات ناشي از بروز خطا، عمل مناسب را در بخش هايي که آسيب ديده اند انجام دهيم.

دو بخش مهم در تحمل پذيري خطا يکي تشخيص خطاو ديگري ترميم خطا است. در مرحله ي تشخيص خطا مهم اين است که بتوان با صرف هزينه ي کم و با دقت بالا به اين نتيجه رسيد که واقعا خطايي رخ داده است و گره هاي آسيب ديده را شناسايي نمود. در مرحله ي ترميم مهم است که پس از تشخيص خطا، بتوان گره هاي آسيب ديده را به وضعيتي که قبل از بروز خطا داشتند، رساند. در شبکه هاي حسگر تشخيص خطا مي تواند در مواردي همچون امنيت و کارايي به کار گرفته شود.

ساختار كلي شبكه حسگر بي سيم:

قبل از ارائه ساختار كلي ابتدا تعدادي از تعاريف کلیدی را ذكر مي كنيم.

حسگر : وسيله اي كه وجود شيئ رخداد يك وضعيت يا مقدار يك كميت فيزيكي را تشخيص داده و به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. حسگر انواع مختلف دارد مانند حسگرهاي دما, فشار, رطوبت, نور, شتاب سنج, مغناطيس سنج و…

كارانداز : با تحريك الكتريكي يك عمل خاصي مانند باز و بسته كردن يك شير يا قطع و وصل يك كليد را انجام مي دهد

گره حسگر: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند حسگر باشد.

گره كارانداز: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند كارانداز باشد.

گره حسگر/كارانداز: به گره ای گفته مي شود كه مجهز به حسگر و كار انداز باشد.

شبكه حسگر : شبكه اي كه فقط شامل گره هاي حسگر باشد. اين شبكه نوع خاصي از شبكه حسگر است. در كاربردهايي كه هدف جمع آوري اطلاعات و تحقيق در مورد يك پديده مي باشد كاربرد دارد. مثل مطالعه روي گردبادها.

میدان حسگر/کارانداز : ناحیه کاری که گره های شبکه حسگر در آن توزیع میشوند.

چاهک: گرهی که جمع آوری داده ها را به عهده دارد و ارتباط بین گره های حسگر و گره مدیر وظیفه را برقرار مي كند.

گره مدیر وظیفه: گرهی که یک شخصی بعنوان کاربريا مدیر شبكه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار میکند. فرامین کنترلی و پرس و جو ها از اين گره به شبکه ارسال شده و داده های جمع آوری شده به آن بر میگردد.

شبكه حسگر: شبكه اي متشكل از گره هاي حسگر و كار انداز يا حسگر/كارانداز است كه حالت كلي شبكه هاي مورد بحث مي باشد. به عبارت ديگر شبكه حسگر شبكه اي است با تعداد زيادي گرهكه هر گره مي تواند در حالت كلي داراي تعدادي حسگر و تعدادي كارانداز باشد. در حالت خاص يك گره ممكن است فقط حسگر يا فقط كارانداز باشد. گره ها در ناحيه اي كه ميدان حسگر ناميده مي شود با چگالي زياد پراكنده مي شوند. يك چاهك پايش كل شبكه را بر عهده دارد. اطلاعات بوسيله چاهك جمع آوري مي شود و فرامين از طريق چاهك منتشر مي شود. شكل(۲) را ببينيد. مدیریت وظایف میتواند متمرکز یا توزیع شده باشد. بسته به اينكه تصميم گيري براي انجام واكنش در چه سطحي انجام شود دو ساختار مختلف خودكار و نيمه خودكار وجود دارد. که ترکیب آن نیز قابل استفاده است.

شكل(۲) ساختار كلي شبكه حسگر

ساختار خودكار : حسگر هايي كه يك رخداد يا پديده را تشخيص مي دهند داده هاي دريافتي را به گره هاي كارانداز جهت پردازش و انجام واكنش مناسب ارسال مي كنند. گره هاي كارانداز مجاور با هماهنگي با يكديگر تصميم گيري كرده و عمل مي نمايند. در واقع هیچ کنترل متمرکزی وجود ندارد و تصمیم گیری ها بصورت محلی انجام میشود.شكل(۳) را ببینید.

ساختار نيمه خودكار: در اين ساختار داده ها توسط گره ها به سمت چاهك هدايت شده و فرمان از طريق چاهك به گره هاي كار انداز صادر شود. شكل(۴) را مشاهده كنيد.

شكل(۳) ساختار خودكار

چاهك

ناحیه رخداد

شكل(۴) ساختار نيمه خودكار

از طرف ديگر در كاربردهاي خاصي ممكن است از ساختار بخش بندي شده يا سلولي استفاده شود كه در هر بخش يك سردسته وجود دارد كه داده هاي گره هاي دستة خود را به چاهك ارسال مي كند. در واقع هر سردسته مانند يك مدخل عمل ميكند.

ساختمان گره:

شكل(۵) ساختمان داخلي گره حسگر را نشان مي دهد. هر گره شامل واحد حسگر/ كارانداز, واحد پردازش داده ها, فرستنده/گيرنده بي سيم و منبع تغذيه مي باشد بخشهاي اضافي واحد متحرك ساز, سيستم مكان ياب و توليد توان نيز ممكن است بسته به كاربرد در گره ها وجود داشته باشد.

واحد پردازش داده شامل يك پردازندة كوچك و يك حافظه با ظرفيت محدود است داده ها را از حسگرها گرفته بسته به كاربرد پردازش محدودي روي آنها انجام داده و از طريق فرستنده ارسال مي كند. واحد پردازش مديريت هماهنگي و مشاركت با ساير گره ها در شبكه را انجام مي دهد. واحد فرستنده گيرنده ارتباط گره با شبكه را برقرار مي كند. واحد حسگر شامل يك سري حسگر و مبدل آنالوگ به ديجيتال است كه اطلاعات آنالوگ را از حسگرگرفته و بصورت ديجيتال به پردازنده تحويل مي دهد. واحد كارانداز شامل كارانداز و مبدل ديجيتال به آنالوگ است كه فرامين ديجيتال را از پردازنده گرفته و به كارانداز تحويل مي دهد. واحد تامين انرژي, توان مصرفي تمام بخشها را تامين مي كند كه اغلب يك باطري با انرژي محدود است. محدوديت منبع انرژي يكي از تنگناهاي اساسي است كه در طراحي شبكه هاي حسگر همه چيز را تحت تاثير قرار مي دهد. در كنار اين بخش ممكن است واحدي براي توليد انرژي مثل سلول هاي خورشيدي وجود

داشته باشد در گره هاي متحرك واحدي براي متحرك سازي وجود دارد. مكان ياب موقعيت فيزيكي گره را تشخيص مي دهد. تكنيكهاي مسيردهي و وظايف حسگري به اطلاعات مكان با دقت بالا نياز دارند. يكي از مهمترين مزاياي شبكه هاي حسگر توانايي مديريت ارتباط بين گره هاي در حال حركت مي باشد.

شكل(۵) ساختمان داخلی گره حسگر/كارانداز

محدودیتهای سخت افزاری یک گره حسگر

عواملی چون اقتصادی بودن سیستم، قابلیت مورد انتظار، تعداد انبوه گره ها و نهایتا عملی شدن ایده ها در محیط واقعی، موجب گشته هر گره یکسری محدودیت های سخت افزاری داشته باشد. این محدودیتها در ذیل اشاره شده و در مورد هر کدام توضیحی ارائه گردیده است:

۱-تنگناهاي سخت افزاري:

هرگره ضمن اينكه بايد كل اجزاء لازم را داشته باشد بايد بحد كافي كوچك, سبك و كم حجم نيز باشد بعنوان مثال در برخي كاربردها گره بايد به كوچكي يك قوطي كبريت باشد و حتي گاهي حجم گره محدود به يك سانتيمتر مكعب است و از نظر وزن آنقدر باید سبك باشد كه بتواند همراه باد در هوا معلق شود. در عين حال هر گره بايد توان مصرفي بسيار كم, قيمت تمام شده پايين داشته و با شرايط محيطي سازگار باشد. اينها همه محدوديتهايي است كه كار طراحي و ساخت گره هاي حسگر را با چالش مواجه ميكند. ارائه طرح های سخت افزاری سبک و کم حجم در مورد هر یک از اجزای گره بخصوص قسمت ارتباط بی سیم و حسگرها از جمله موضوعات تحقیقاتی است که جای کار بسیار دارد. پيشرفت فن آوري ساخت مدارات مجتمع با فشردگي بالا و مصرف پايين, نقش بسزايي در كاهش تنگناهاي سخت افزاري خواهد داشت.

۲-توپولوژي:

توپولوژي ذاتي شبكه حسگر توپولوژي گراف است. بدليل اينكه ارتباط گره ها بي سيم و بصورت پخش همگاني است و هر گره با چند گره ديگر كه در محدوده برد آن قرار دارد ارتباط دارد. الگوريتم هاي كارا در جمع آوري داده و كاربردهاي ردگيري اشياء شبكه را درخت پوشا در نظر مي گيرند. چون ترافيك اصولا بفرمي است كه داده ها از چند گره به سمت يك گره حركت مي كند. مديريت توپولوژي بايد با دقت انجام شوديك مرحله اساسي مديريت توپولوژي، راه اندازي اوليه شبكه است گره هايي كه قبلا هيچ ارتباط اوليه اي نداشته اند در هنگام جايگيري و شروع بكار اوليه بايد بتوانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند. الگوريتم هاي مديريت توپولوژي در راه اندازي اوليه بايد امكان عضويت گره هاي جديد و حذف گره هايي كه بدلايلي از كار مي افتند را فراهم كنند.

۳- قابلیت انطباق:

در طول انجام نظارت بر محیط، ممکن است شرایط در هر زمانی دچار تغییر و تحول شود. مثلا برخی از گره ها خراب گردند يا در اثر رويدادهاي محيطي مثل تصادف يا انفجار بكلي نابود شود يا در اثر تمام شده منبع انرژي از كار بيفتد. لذا هر گره بایستی بتواند وضعیت خود را با شرایط بوجود امده جدید تطبیق دهد.

۴-نرخ بیت پائین:

به خاطر وجود سایر محدودیتها، عملا میزان نرخ انتقال و پردازش اطلاعات در گره ها، نسبتا پایین می باشد.

۵- خودمختار بودن:

هر گره ای بایستی از سایر گره ها مستقل باشد و بتواند وظایف خود را طبق تشخیص و شرایط خود، به انجام برساند.

۶– قيمت تمام شده :

چون تعداد گره ها زياد است كاهش قيمت هر تك گره اهميت زيادي دارد. تعداد گره ها گاهی تا میلیونها میرسد. در این صورت کاهش قیمت گره حتی به مقدار کم تاثیر قابل توجهی در قیمت کل شبکه خواهد داشت.

۷- شرايط محيطي :

طيف وسيعي از كاربرد ها ي شبكه هاي حسگر مربوط به محيط هايي مي شود كه انسان نمي تواند در آن حضور داشته باشد. مانند محيط هاي آلوده از نظر شيميایي, ميكروبي, هسته اي ويا مطالعات در كف اقيانوس ها و فضا ويا محيط هاي نظامي بعلت حضور دشمن ويا در جنگل و زيستگاه جانوران كه حضور انسان باعث فرار آنها مي شود. در هر مورد , شرايط محيطي بايد در طراحي گره ها در نظر گرفته شود مثلا در دريا و محيط هاي مرطوب گره حسگر در محفظه اي كه رطوبت را منتقل نكند قرار مي گيرد.

۸- رسانه ارتباطي:

در شبكه هاي حسگر ارتباط گره ها بصورت بي سيم و از طريق رسانه راديويي, مادون قرمز, يا رسانه هاي نوري ديگر صورت مي گيرد. اكثرا از ارتباط راديويي استفاده مي شود. البته ارتباط مادون قرمز ارزانتر و ساختنش آسانتر است ولي فقط در خط مستقيم عمل مي كند.

۹- توان مصرفي گره ها :

گره هاي شبكه حسگر بايد توان مصرفي كم داشته باشند.. در بسياري از كاربردها باتري قابل تعويض نيست. لذا عمر باطري عملا عمر گره را مشخص مي كند. بد عمل كردن گره باعث حذف آن از توپولوژي شده و سازماندهي مجدد شبكه و مسيردهي مجدد بسته عبوري را در پی خواهد داشت.

فرمت : ورد با قابلیت ویرایش در متن

تعداد صفحات: ۹۰صفحه با فونت bnazanin

کاربرد ها و مزایای استفاده از شبکه های حسگر

امروزه کاربردهای بسیاری برای شبکه های حسگر مطرح شده است و روز به روز هم بر تعداد آنها اضافه می شود. برخی از کاربردهایی که تا کنون بر روی این شبکه ها مورد ارزیابی قرار گرفته اند، عبارتند از:

میدان های جنگی:

در میدان های جنگی، می توان جهت شناسایی و بررسی آماری تجهیزات و نیروی دشمن و همینطور رده بندی و پیگیری نحوه آرایش و مسیر حرکت نیروهای دشمن یا نیروهای خودی، از شبکه های حسگر استفاده کرد و در نهایت وضعیت نیروهای خودی را در قبال نیروهای دشمن بررسی نمود.

شناسایی محیطهای آلوده:

در محیط های مختلف امکان وجود انواع آلودگی ها محتمل است. لذا با استفاده از چنین شبکه هایی، می توان وجود آلودگی های مشخصی را در سطح محیط تحت نظر، بررسی کرد و حتی میزان غلظت آلودگی در قسمتهای مختلف را مشاهده نمود و در نهایت با استفاده ازاطلاعات آماری بدست آمده، در خروجی سیستم می توان نمودار وضعیت آلودگی در سطح محیط زیر نظر را بدست آورد. نوع آلودگی نیز می تواند یکتا نباشد و با توجه به امکانات، هر گره در شبکه حسگر می تواند شناسایی چندین نمونه آلودگی را پشتیبانی کند.

نظارت کردن محیط زیست:

مجموعه ای از تحقیقات در زمینه محیط زیست نیازمند انجام مطالعات مکرر و متمرکز و صرف زمان زیادی جهت جمع آوری اطلاعات می باشد که معمولا از حوصله و توانایی چشمان انسان خارج است و در چنین مواردی از دستگاه های مانیتورینگ، تحلیل گر و ذخیره کننده نتایج استفاده می شود. از طرفی دیگر، به خاطر وجود برخی شرایط محیط زیست، اکثر کارهای تحقیقاتی بایستی در سکوت و آرامش صورت گیرد تا وجود انسان و تجهیزات در محیط اثر منفی در عملکرد غریزه ای و واقعی موجودات نداشته باشد تا موجب کاهش کیفیت تحقیق گردد. از این رو معمولا تمام سیستم های مانیتورینگ، قابلیت کنترل از راه دور را دارند. در عین حال این سیستم ها طوری انتخاب می گردند که وجود انها در محیط محسوس نباشد. با در نظر گرفتن تمام موارد فوق، ملاحظه می شود که شبکه های حسگر، علاوه بر هزینه پایین مصرفی، در زمینه مانیتور کردن محیط زیست، از توانایی بالایی برخودار می باشند. در مواردی همچون بررسی وضعیت اب وهوای جوی محیط و بررسی وضعیت ظاهری ان، بخصوص محیط سرسبز و جنگلی، بررسی رشد و نمو گیاهان و موجودات و موقعیت یابی و پیگردی موجودات زنده در محیط زیست می توان از قدرت بالای شبکه های حسگر استفاده کرد.

بررسی و تحلیل وضعیت بناهای ساختمانی:

بسیاری از سازمانها و موسسات تحقیقاتی در زمینه عمران و مسکن برای انجام مطالعات و تحقیقات خود از وضعیت بناهای مدنظر، در طول زمان یا در هنگام بروز حوادث طبیعی بخصوص زلزله، نیازمند استفاده از تجهیزات مانیتورینگ می باشند تا اطلاعاتی مانند میزان فشار و تحمل مصالح، وجود ترک، میزان اسیب وارده، وضعیت فرسودگی، امنیت و حفاظت ساختمان و یا سایر جزئیات مرتبط با هدف تحقیقات در مورد بناهایی مثل ساختمان های قدیمی، پل ها، سدها، موزه ها و… را جمع اوری کنند و با توجه به توانای های شبکه های حسگر، می توان از این شبکه ها برای دست یافتن به اهداف مطرح شده در بالا استفاده کرد.

در جاده ها و بزرگراه های هوشمند:

یکی از مشکلات جامعه و راهنمایی و رانندگی، کنترل وضعیت ترافیک در سطح شهر میباشد. با بر پایی شبکه ای از گره های حسگر در سطح شهر و قرار دادن گره ها در بزرگراه ها و خیابان های شهر، می توان بزرگراه ها و خیابانها را “هوشمند” ساخت و از وضعیت تراکم عبور و مرور وسایل نقلیه و یا بروز حوادثی مانند برخورد چندین وسیله نقلیه، در نقاط زیر نظر گره های سنسور، اطلاع یافت و در نهایت در کل سطح شهر وضعیت ترافیک و تصادفات را شناسایی و پیگیری نمود.

کاربردهای مختلف در زمینه پزشکی:

در زمینه بررسی و مطالعات زیست شناسی و یا در مورد انسان ها، جهت اگاهی از وضعیت جسمانی انها، می توان از گره های حسگر استفاده نمود و در موارد مختلف، از جمله قراردادن گره ها در لایه های زیر پوست برای انجام مطالعات مکرر در طی مدت زمان نسبتاً طولانی، دستگاه های پزشکی و بخصوص در زمینه فیزیک پزشکی، می توان از شبکه های حسگر استفاده نمود. همچنین با توجه به ماهیت شبکه های حسگر، می توان مزایایی مانند برپایی سریع در مواقع اضطراری و فوری، استفاده در محیطهای که عاری از پارازیت و اختلال باشند، اجتناب از قرار گرفتن در محیطهای خطرناک و غیرعاقلانه برای مطالعات مکرر، شیوه اقتصادی مقرون به صرفه برای جمع اوری اطلاعات در طولانی مدت و ….. نام برد

برای مثال: حسگرهای بینایی شبکههای حسگر خودسازماندهی شده مشترکی بوده که حسگرهای بسیار ریزی دارند و این حسگرها بروی یک تراشه ساخته شده و داخل چشم قرارمیگیرند.این حسگرها بینایی افرادمبتلا به “نابینایی یا محدودیت دید” رابهبود میبخشد.

نظارت بارندگی و سیل:

این شبکهها دارای حسگرهایی در سطح آب، باد و حسگرهای دما بوده و دادههای آنها برای تجزیه و تحلیل و پیشبینی وضعیت آب و هوابه یک پایگاه داده مرکزی منتقل میشود

معماري شبكه هاي حسگر:

هر شبكه حسگر 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 كه در كنار يكديگر وظايف هر گره را به انجام مي رسانند. در حال حاضر

هر گره حسگر از بهم پيوستن تعدادي قطعات از پيش طراحي شده حاصل مي شود ولي در آينده مي توان كليه

مدار هاي مورد نياز يك حسگر را دريك مدار مجتمع فشرده و در اندازه بسيار كوچكتري پياده سازي كرد كه

كاهش قابل ملاحظه اي در اندازه و توان مصرفي هرگره را دربرخواهد داشت. نهايتا سيستم عامل نسبتا ساده اي

به نام Tiny OS براي گره هاي شبكه حسگر پيشنهاد شده است كه بر مبناي كنترل رويدادها طراحي شده

است و منابع هر گر ه را به نحو مناسبي كنترل مي كند.

شکل(۶): معماری شبکه های حسگر

معماري ارتباطي در شبكه هاي حسگر:

شبكه هاي حسگر در حالت كلي ماهيت داده-محور دارند و بنابر اين، ساختارارتباطي بين گره هاي حسگر با يد طوري طرا حي شوند كه با ماهيت اين شبكه ها، هماهني داشته باشند . چون اكثر كاربردهاي شبكه هاي حسگر در مواردي است كه عملا امكان اتصال گره ها به يكديگر عملي يا مقرون به صرفه نيست، در ا ين گونه شبكه هاعموما از ارتباط بيسيم استفاده مي شود. و ساختار كلي ا ين شبكه ها به ا ين صورت است كه تعداد زيادي گره همسان، در محيط ارسال مي كنند. گيرنده مركزي، (sink) پراكنده مي شوند و پس از جمع آوري اطلاعات مورد نظر، آن را به يك گيرنده مركزي گرهي با ميزان انرژ ي بالا و تجهيزات مورد نياز مي باشد و در واقع واسط بين شبكه حسگر و محيط اطراف مي باشد . درشبكه هاي با وسعت جغرافيايي زياد، مي توان از چندين گيرنده مركزي استفاده كرد تا مسير ارسال داده ها به گيرند ه ها، بيش ازحد طولاني نگردد.

اجزاي سخت افزاري:

با توجه به عملكرد متفاوت شبكه هاي حسگر، 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 رافراهم كند ، يك يا تعدادي حسگر كه داده هاي مورد نظر را جمع آوري مي كنند، انواع حافظه هاي جانبي در صورت نياز،و ساير اجزايي كه بسته به كاربرد هاي متفاوت مي تواند در هر گره گنجانده شود .

شکل(۷)

واحد پردازنده مركزي(cpu):

براي استفاده در گر ه هاي شبكه هاي حسگر ، ميزان توان مصرفي پردازنده و CPU يكي از فاكتورهاي مهم در انتخاب پشتيباني آن از حالتهاي متنوع كاري (از لحاظ توان مصرفي ) مي باشد. همچنين در گر ههايي كه نياز به پردازش حجيم نيز از اهميت بالايي برخوردار است . يكي ديگر از فاكتورهاي مهم ميزان تجهيزات جانبي گنجانده شده در ميكروكنترلر است. تجهيزاتي مانند رابط UART و SPI جهت ارتباط با وسايل جانبي اطلاعات و A/D براي بررسي توان مصرفي يا تبديل اطلاعات حسگرهاي داراي خروجي آنالوگ ، تقريبا از ملزومات ميكروكنترلر مورد استفاده در گره هاي شبكه هاي حسگر مي باشند و وجود چنين تجهيزاتي از طرفي موجب كاهش توان مصرفي مدار و از طرف ديگر باعث كاهش هزينه كلي تمام شده براي هر گره مي شود. نهايتا قيمت ميكروكنترلر نيز نبايد از حد قابل قبولي بالاتر باشد.

نام:
ایمیل:
پیام :
ارسال

شبکه های حسگر،پروژه و پایان نامه