آموزش شبیه سازی شبکه حسگر بی سیم

بررسی عملکردپروتکلهای مسیریابی شبکه WSN با افزایش تحرک گره ها
فوریه 8, 2018
کانال و گروه تلگرام آموزش شبیه سازی
فوریه 16, 2018

 

آموزش شبیه سازی شبکه حسگر بی سیم

شبکه حسگر شبکه‌ای متشکل از تعداد زیادی گره کوچک است که در هر گره تعدادی حسگر و کارانداز وجود دارد. شبکه حسکر بشدت با محیط فیزیکی تعامل دارد. از طریق حسگرها اطلاعات محیط را گرفته و از طریق کار اندازها واکنش نشان می‌دهد. ارتباط بین گره‌ها بصورت بیسیم است. هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار می‌کند و از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است. تفاوت اساسی این شبکه‌ها ارتباط آن با محیط و پدیده‌های فیزیکی است. شبکه‌های قدیمی ارتباط بین انسانها و پایگاه‌های اطلاعاتی را فراهم می‌کند در حالی که شبکهی حسگر مستقیماً با جهان فیزیکی در ارتباط است. با استفاده از حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده، بر اساس مشاهدات خود تصمیم‌گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می‌دهند.

 

ویژگیها 

۱) محدودیتها: هرگره ضمن اینکه باید کل اجزا لازم را داشته باشد باید بحد کافی کوچک، سبک و کم حجم نیز باشد. بعنوان مثال در برخی کاربردها گره یاید به کوچکی یک قوطی کبریت باشد و حتی گاهی حجم گره محدود به یک سانتیمتر مکعب است و از نظر وزن آنقدر باید سبک باشد که بتواند همراه باد در هوا معلق شود.

۲) تعداد بسیار زیاد گره‌ها: شبکه باید هم از نظر تعداد گره و هم از نظر میزان پراکندگی گره‌ها، مقیاس پذیر باشد. بعبارت دیگر شبکه حسگر از طرفی باید بتواند با تعداد صدها، هزارها و حتی میلیونها گره کار کند و از طرف دیگر، چگالی توزیع متفاوت گره‌ها را نیز پشتیبانی کند.

۳) وجود استعداد خرابی در گره‌ها: هر گره ممکن است خراب شود یا در اثر رویدادهای محیطی مثل تصادف یا انفجار بکلی نابود شود یا در اثر تمام شده منبع انرژی از کار بیفتد. اما خرابی گره‌ها نباید عملکرد کلی شبکه را تحت تأثیر قرار دهد ۴) توپولوژی: توپولوژی شبکه حسگر توپولوژی گراف است. به دلیل اینکه ارتباط گره‌ها بیسیم و بصورت پخش همگانی است و هر گره با چند گره دیگر که در محدوده برد آن قرار دارد ارتباط دارد.

۵) قیمت: تعداد گره‌ها گاهی تا میلیونها می‌رسد. در این صورت کاهش قیمت گره حتی به مقدار کم تأثیر قابل توجهی در قیمت کل شبکه خواهد داشت.

۶) شرایط محیطی: طیف وسیعی از کاربردها ی شبکه‌های حسگر مربوط به محیطهایی می‌شود که انسان نمی‌تواند در آن حضور داشته باشد. مانند محیطهای آلوده از نظر شیمیای، میکروبی، هسته‌ای ویا مطالعات در کف اقیانوسها و فضا ویا محیطهای نظامی بعلت حضور دشمن ویا در جنگل و زیستگاه جانوران که حضور انسان باعث فرار آنها می‌شود. در هر مورد، شرایط محیطی باید در طراحی گره‌ها در نظر گرفته شود.

۷) رسانه ارتباطی: در شبکه‌های حسگر ارتباط گره‌ها بصورت بیسیم و از طریق رسانه رادیویی، مادون قرمز، یا رسانه‌های نوری دیگر صورت می‌گیرد. اکثراً از ارتباط رادیویی استفاده می‌شود.

۸) طول عمر شبکه: چون طول عمر گره‌ها بعلت محدودیت انرژی منبع تغذیه کوتاه است؛ عمر شبکه‌های حسگر کوتاه است.

۹) امنیت و مداخلات: موضوع امنیت در برخی کاربردها بخصوص در کاربردهای نظامی یک موضوع بحرانی است و بخاطر برخی ویژگیها شبکه‌های حسگر در مقابل مداخلات آسیب‌پذیر ترند. یک مورد بیسیم بودن ارتباط شبکه‌است که کار دشمن را برای فعالیتهای ضد امنیتی و مداخلات آسانتر می‌کند. مورد دیگر استفاده از یک فرکانس واحد ارتباطی برای کل شبکه‌است که شبکه را در مقابل استراق سمع آسیب‌پذیر می‌کند. یکی از نقاط ضعف شبکه حسگر کمبود منبع انرژی است و دشمن می‌تواند با قرار دادن یک گره مزاحم که مرتب پیغامهای بیدار باش بصورت پخش همگانی با انرژی زیاد تولید می‌کند باعث شود بدون دلیل گره‌های همسایه از حالت خواب ۳ خارج شوند. ادامه این روند باعث به هدر رفتن انرژی گره‌ها شده و عمر آنها را کوتاه می‌کند.

 

آموزش شبیه سازی شبکه حسگر بی سیم

معرفی شبکه حسگر بی سیم

يكي از با اهميت­ ترين وسايل كسب اطلاعات و شناسايی محيط كه تحقيقات گسترده‌ای را متوجه خود کرده، شبکه حسگر بی سیم است.

 

آموزش نرم افزارهای شبیه سازی WSN

مهمترين دليل پيدايش و توسعه شبکه حسگر بی سیم، كاربردهای پايش مداوم محيط‌هايی بوده است

كه دستيابی و  حضور دائمی انسان در آن‌ها، سخت يا ناممكن مي‌باشد.

كاربردهايی نظير پايش فوران يك كوه آتشفشان فعال، پايش مناطق مرزی صعب‌العبور، پايش استحكام سدها و … .

در نتيجه معمولاً شارژ مجدد يا تعويض گره‌های مرده ( از كار افتاده به دليل اتمام منبع انرژی) امكان‌پذير نمي‌باشد،

زيرا همان‌طور كه گفته شد اين گره‌ها معمولاً در محيط‌ها و شرايط سخت، خشن و غيرقابل دسترس قرار گرفته

و اغلب بصورت تصادفی و اقتضايی در محيط پراكنده مي‌شوند.

بنابراين دو نكته در كارایی شبکه حسگر بی سیم از اهميت خاصي برخوردار است:

يكي طول عمر و ديگري ميزان پوشش شبكه‌ای اين شبكه‌ها.

از آن جایی كه كاربردهای پايشی اصولاً كارهاي زمان‌بري هستند،

انتظار مي‌رود كه طول عمر شبكه‌های حسگر به حد كافي طولاني باشد.

ليكن اگر فضای كل شبكه را به نواحي مجازی تقسيم كنيم، معمولاً در هر ناحيه چندين گره حسگر قرار مي­گيرد.

بنابراين در صورت مرگ برخی از گره‌های يك ناحيه، گره‌های ديگر مي‌توانند پوشش شبكه‌ای را تا حدی حفظ كنند.

ليكن در صورتی كه كل گره‌های قرار گرفته در ناحيه‌ای از شبكه از بين بروند، عملاً پايش آن منطقه غيرممكن ‌شده و اصطلاحاً پوشش شبكه‌ای از بين مي‌رود.

پس مرگ تصادفی و پراكنده گره‌های حسگر، بهتر از تجمع گره‌های مرده در يك منطقه است.

از اين رو، راه‌حلی كه برای رسيدن به دو هدف ذكر شده

يعني افزايش طول عمر و حفظ پوشش شبكه‌ای در شبکه حسگر بی سیم به ذهن مي‌رسد، كاهش مصرف انرژی گره‌ها، همزمان با  مصرف يكنواخت انرژی در همه گره‌های شبكه است.

کدنویسی مسیریابی در شبکه حسگر

شبیه سازی و پیاده سازی های مرتبط با wsn معمولا با نرم افزارهای زیر انجام میشود:

نرم افزار متلب

نرم افزار ns2

نرم افزار omnet

نرم افزار opnet

تحلیل و کدنویسی پروژه های مقدماتی و در ادامه شبیه سازی های پیشرفته ،مراحل اصلی آموزش هستند

پیاده سازی شبکه حسگر بیسیم در نرم افزار

با وجود پيشرفت‌های صورت گرفته در شبکه حسگر بی سیم، گره‌های حسگر به دليل تعداد زياد، اندازه­ های كوچك و روش­های قرارگيري اقتضايي، هنوز هم براي تامين انرژي خود، متكي به منابع باتريی با توان اندك مي‌باشند.

همچنين معمولاً به‌ دليل به‌كارگيری اين نوع شبكه‌ها در محيط‌های خشن و غير‌قابل‌دسترس، امكان شارژ مجدد يا عوض کردن گره‌های حسگر وجود ندارد.

بنابراين يكي از مهمترين نکات در شبكه‌های حسگر بي‌سيم، مساله محدوديت شديد انرژی است.

همچنين از آن جايي كه كارايی شبكه‌های حسگر به شدت به طول عمر مفيد شبكه و پوشش شبكه‌ای آن وابسته است،

بنابراين لحاظ نمودن الگوريتم‌های ذخيره انرژی در طراحي شبكه‌های حسگر با عمر زياد، امري ضروری است.

امروزه روش‌های مديريت ديناميک توان كه به كاهش مصرف انرژی شبكه‌های حسگر بعد از طراحی و قرارگيری آن‌ها مي‌پردازند، از بيشترين اهميت برخوردار مي‌باشند.

يك شبكه حسگر بي‌سيم، شبكه‌ای بي‌سيم متشكل از تعداد زيادی از دستگاه‌های بسيار كوچك است كه گره‌هاي حسگر ناميده مي‌شوند.

گره‌های حسگر عموماً مجهز به قابليت‌های حسگری، پردازشی و ارتباطی هستند.

گره‌های حسگر از نظر مكانی توزيع شده بوده و شرايط مربوط به محيط اطراف خود را اندازه‌گيری مي‌كنند.

وظيفه اصلي گره حسگر، جمع‌آوری نقاط داده در فواصل زماني منظم و تبديل آن به يك سيگنال الكترونيكی و انتشار سيگنال به گره سينك يا ايستگاه مبنا از طريق رسانه‌های ارتباطی بي‌سيم قابل اطمينان است.

پیاده سازی الگوریتم در شبکه حسگر بی سیم

با تکامل الکترونيک از دهه ۷۰ ميلادی، حسگر‌های جديد مورد توجه قرارگرفتند.

با استفاده از فناوری الکترونيک، حسگر‌های ارزان قيمت با ابعاد کوچک و وزن کم توليد شدند.

مواد اوليه جديد براي ساخت حسگر، کشف و شناخته شده و بدنبال آن اصول جديدي براي مقاصد عملی جمع‌آوری اطلاعات مطرح گرديد.

يكپارچگي حسگر و مدارات الکترونيکی تغيير شکل‌دهنده سيگنال، فرصت‌ قابل‌توجهی را برای بخش عمده‌ای از کاربردها پديد آورد.

امروزه کاهش حجم و وزن حسگر‌ها و افزايش ميزان حساسيت آن‌ها، هدف اصلی بسياری از آزمايشگاه‌های تحقيقاتی و شرکت‌های مختلف مي‌باشد.

كوچك شدن حجم گره‌های حسگر به معناي كوچك‌تر شدن باتري‌های مولد انرژی آنان بود که خود چالشی اساسی است.

پروژه شبکه حسگر بیسیم

 

فرم ثبت سفارش

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

WhatsApp chat