فهرست مطالب :

مقدمه

۱- فصل اول

۱-۱تشریح مقدماتی شبکه های حس گر بی سیم

۱-۱-۱ تاریخچه شبکه های حس گر بی سیم

۱-۱-۲ مفاهیم پایه در شبکه های حس گر (تعریف حس گر)

۱-۱-۳ تعریف شبکه حس گر

۱-۱-۴ تعریف اولیه شبکه های حس گر

۱-۱-۵ شمایی کلی از شبکه های حس گر

۱-۱-۶ شبکه های بی سیم، کاربردها، مزایا و ابعاد

۱-۱-۷ مشخصه های منحصر به فرد گیرنده ی بی سیم

۱-۱-۸ سه نوع شبکه های بی سیم

۱-۱-۹ دسته بندی شبکه های بی سیم حس گر

۱-۱-۱۰ سخت افزار

۱-۱-۱۱ استانداردها

۱-۱-۱۲ نرم افزارها

۱-۱-۱۳ سیستم عامل

۱-۱-۱۴ میان افزار

۱-۱-۱۵ زبان برنامه نویسی

۱-۱-۱۶ الگوریتم

۱-۱-۱۷ شبیه سازی

۱-۱-۱۸ تجسم فکری داده ها

۱-۱-۱۹ چالش ها

۱-۲ WIFI چیست؟

۱-۲-۱ چرا WIFI را به کار می گیریم؟

۱-۲-۲ معماری

۱-۲-۳ WIFI چگونه کار می کند؟

۱-۲-۴ ۸۰۲-۱۱EEE

۱-۲-۵ کاربردهای WIFI

۱-۲-۶ دلایل رشد WIFI

۱-۲-۷ نقاط ضعف WIFI

۲- فصل دوم

۲-۱ معماری پروتکل ها برای شبکه های حس گر بی سیم

۲-۱-۱ لایه پروتکل SP

۲-۲ پروتکل های انتقال در شبکه های سنسوری

۲-۲-۱ پروتکل های کنترل انتقال در WSNها

۲-۲-۲ انواع پروتکل های کنترل انتقال در WSN ها

۲-۲-۲-۱ ESRT

۲-۲-۲-۲ ATP

۲-۲-۲-۳ Sentcp

۳- فصل سوم

۱-۳ ارزیابی قبلیت اطمینان و میزان دسترسی در شبکه های سنسور

۲-۳ relability بالا در جهت یابی چندگانگی مسیر انتقال در WSN

۱-۲-۳ طرح انتقال چند مسیری

۲-۲-۳ حالت های چندگانه ندها

۳-۲-۳ relability انتقال

۴-۲-۳ UGF

۵-۲-۳ ADG

۳-۳ موضوع های reliability در شبکه های سنسور

منابع و ماخذ

مقدمه :

در سال های اخیر شبکه های حس گر بی سیم (wireless sensor network) نه تنها در جوامع علمی که در بازار نیز مورد توجه ویژه ی شرکت های بزرگ قرار گرفته اند. برخی کارشناسان براین باورند که پژوهش در WSN ها و سرمایه گذاری بر روی آن ها زمینه ای پیشرو و سودآور در فن آوری است . نیاز به WSNها در زمینه های گوناگون و نیز کاربردهای گوناگون و گسترده آن به این شبکه ها جایگاه ویژه ای بخشیده است هرجا که نیاز به اندازه گیری کمیتی- فیزیکی باشد وجود حس گر اجتناب ناپذیر است اما آنچه که مایه برتری WSN هاست اندازه ی کوچک مصرف انرژی کم و ارزان بودن آن هاست این شبکه ها توانایی شناسایی دسته بندی پردازش و ارسال اطلاعات بدست آمده از حس کردن پارامترها در معده ی شبکه را دارا می باشد و در حوزه های مختلفی چون علوم زیستی مراقبت های پزشکی و تعیین نشانه های حیاتی امور نظامی و عمرانی و به طور کلی هرجا که نیاز به اندازه گیری کمیت های فیزیکی باشد حضور دارند.

۱-۱ تشریح مقدماتی شبکه های بی سیم حس گر

شبکه های محلی (LAN) برای خانه و محیط کار می توانند به دو صورت کابلی (wired) یا بی سیم (wireless) طراحی کردند در ابتدا این شبکه ها به روش کابلی با استفاده از تکنولوژی Ethemet طراحی می شدند اما اکنون با روند روبه افزایش استفاده از شبکه های بی سیم با تکنولوژی wi-fi مواجه هستیم.

شبکه های بی سیم شامل دستگاه مرکزی (Access point) می باشد که هر ایستگاه کاری می تواند حداقل تا فاصله ی ۳۰ متری آن (بدون مانع) قرار گیرد.

شبکه های بی سیم (WLAN) یکی از ۳ استاندارد ارتباطی wi-fi زیر را بکار می برند:

• ۸۰۲٫۱۱b که اولین استانداردی است که به صورت گسترده به کار رفته است.
• ۸۰۲٫۱۱a سریعتر اما گرانتر از ۸۰۲٫۱۱b می باشد.
• ۸۰۲٫۱۱g جدیدترین استاندارد که شامل هر دو استاندارد قبلی بوده و از همه گرانتر می باشد.

۱-۱-۱ تاریخچه ی شبکه های بی سیم حس گر

۸۰۲٫۱۱ IEEE استاندارد شبکه های محلی بی سیم امروزه با بهبود عملکرد، کارایی و عوامل امنیتی، شبکه های بی سیم به شکل قابل توجهی در حال رشد و گسترش هستند و استاندارد IEEE 802.11 استاندارد بنیادی است که شبکه های بی سیم برمبنای آن طراحی و پیاده سازی می شوند در ماه ژوئن سال ۱۹۹۷ انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) استاندارد ۱۹۹۷- IEEE 802.11 را به عنوان اولین استاندارد شبکه های محلی بی سیم منتشر ساخت این استاندارد مجددا در سال ۱۹۹۹ بازنگری شد و نگارش روزآمد شده آن تحت عنوان ۱۹۹۹- IEEE 802.11 منتشر شد. بیش از سال ۲۰۰۱ میلادی به درخواست و با سرمایه گذاری آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) برنامه ای تحت عنوان SensIT در MIT در حال اجراء بود که شبکه های حس گر را بررسی می نمود یکی از کاربردهای این پژوهش سیستم های هوشیاری در میدان نبرد بود که به شدت به یک شبکه مش که آرایش آن آسان و در عین حال قابل اعتماد باشد نیاز داشت. این پروژه را می توان به عنوان آغازی برای WSN ها در نظر گرفت.

اندی ویلرورابرت پور در هنگام اجرای برنامه ی مذکور، دانشجویان MIT بودند و در این پروژه فعالیت می کردند.

همانگونه که رابرت پور در مصاحبه ای با نشریه MIT Technology Rview در ماه ژوئن سال ۲۰۰۳ میلادی اعلام کرده است پشتیبانی مالی این پروژه به او و ویلراین امکان را داد که شبه سازی های نرم افزاری خود را به نمونه های سخت افزاری تبدیل نمایند این دو پس از آن در سال ۲۰۰۱ میلادی شرکت Ember را در Boston پایه گذاری کردند.

شرکتی که به طور خاص بر شبکه های بی سیم تعبیه شده متمرکز است و بنای آن برپایه ی تجربیات ویلروپور در برنامه ی پژوهشی SensIT در MIT می باشد در آخر سیستم های بی سیم از حدود سال ۱۹۸۰ مورد استفاده بوده و ما تا کنون شاهد نسل های اول و دوم و سوم این تکنولوژی بوده ایم این نوع سیستم ها براساس یک ساختار مرکزی کنترل شده مثل Point Access عمل می کنند.

۲-۱-۱  مفاهیم پایه در شبکه های حس گر یا Sensor

تعریف حس گر

حس گر یا سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت و دما و … را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند درواقع آن یک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی و شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. عملکرد سنسورها در انواع دستگاه های اندازه گیری سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند، مورد استفاده قرار می گیرند.

سنسورها اطلاعات مختلفی از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه می شوند.

انواع مختلفی از سنسورها وجود دارند که چند نمونه از آن ها عبارتند از:

• زوج حس گر اولته اسونیک (مافوق صوت)
• حس گر حرارت
• حس گرهای رطوبت
• سنسورهای بدون تماس

۳-۱-۱ تعریف شبکه حس گر

شبکه ی حس گر شبکه ای است متشکل از تعداد زیادی گره کوچک در هر گره تعدادی حس گر یا کارانداز موجود است. شبکه ی حس گر به شهرت با محیط فیزیکی تعامل دارد از طریق حس گرها اطلاعات محیط را گرفته و از طریق کاراندازها واکنش نشان می دهد و ارتباط گره ها به صورت بی سیم است. هر گره به طور مستقل و بدون دخالت انسان کار می کند و نوعا از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است و دارای محدودیت هایی در قدرت پردازش، ظرفیت حافظه و منبع تغذیه و … می باشد. شبکه های حس گر از پشته پروتکلی شبکه های سنتی پیروی می کنند ولی به خاطر محدودیت ها و تفاوت های وابسته به کاربر و پروتکل ها باید بازنویسی شوند.

شبکه های سنتی ارتباط بین انسان ها و پایگاه های اطلاعاتی را فراهم می کنند اما شبکه های حس گر مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباطند و با استفاده از حس گرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده براساس مشاهدات خود تصمیم گیری کرده و عملیات مناسب را انجام می دهند. نام شبکه های حس گر بی سیم یک نام عمومی است برای انواع مختلف شبکه های حس گر نوعا تک منظوره هستند.

اگر در شبکه های حس گر گره ها توانایی حرکت داشته باشند شبکه حس گر می تواند گروهی از ربات های کوچک در نظر گرفته شود که باهم به صورت تیمی کار کنند و جهت کار خاصی مانند بازی فوتبال و یا مبارزه با دشمن طراحی شده اند. از دیدگاه دیگر اگر در شبکه های تلفن همراه ایستگاه های پایه را حذف نمائیم و هر گوشی را یک گره فرض نمائیم ارتباط بین گره ها باید به طور مستقیم و یا از طریق یک یا چند گره میانی برقرار شود این خود نوعی شبکه ی حس گر بی سیم می باشد. شبکه های حس گر مبحث مطرح در زمینه ی کامپیوتر و الکترونیک می باشد. مبحث هایی مانند امنیت شبکه، ارتباط بلادرنگ، پردازش صوت و تصویر، داده کاری رباتیک، طراحی خودکار سیستم های جاسازی شده دیجیتال و… از شبکه های حس گر استفاده می شود.

۴-۱-۱ تعریف اولیه شبکه های حس گر بی سیم:

یک شبکه ی کامپیوتری است متشکل از مجموعه ای بزرگ از عناصر خودمختار و مستقل موسوم به mote یا Sensing Element که در محوطه ی فیزیکی بزرگی پراکنده می شوند و با همکاری و تعامل با یکدیگر بر پدیده ای محیطی و فیزیکی نظارت می کنند.

حس گر (سنسور) یک ابزار الکترونیکی کوچک با چهار مؤلفه ی زیر است:

• مؤلفه ی حس گر یا Sensing Element
• بخش مخابراتی یا Communication
• بخش پردازش یا Processing
• منبع تغذیه یا Power Supply

روش های مسیریابی در شبکه های حس گر:

• روش سیل آسا (flooding)
• روش شایعه پراکنی:

در روش شایعه پراکنی (Gossiping) به جای ارسال داده به صورت یکسان، یک گره شایعه پراکنی با اطلاعات را تصادفی تنها به یکی از همسایگانش ارسال می کند.

• مسیریابی هوشمندتر:

الف) flat-routing

ب) hierarchicial-routing

ج) location-based routing

۵-۱-۱ شبکه های بی سیم کاربردها، مزایا و ابعاد:

استفاده از (WSN) یا گیرنده بی سیم متنوع و زیاد است آن ها برای استفاده در کاربردهای تجاری و صنعتی برای کنترل داده ها و برای استفاده در جایی که استفاده از گیرنده های بی سیم مشکل و گران است به کار می روند برای مثال این شبکه ها می توانند در محیط های بیابانی هم گسترش یابند و سال ها باقی بمانند.

تعدادی از استفاده های خاص شامل نظارت محل های مسکونی، رویابی هدف های متحرک، کنترل راکتور هسته ای، آشکارسازی حریق، نظارت ترافیک و غیره… می باشد.

نمونه هایی از کاربردهای موجود در کشورهای مختلف:

• مشاهده ی رفتار تولید مثلی گونه ای از پرندگان به نام Leach’s storm petrel در جزیره ای در آمریکا.
• بررسی اثر یک نیروگاه بادی بر محیط اطراف به ویژه بر ساختار بستر اقیانوس و فعالیت های جزر و مدی در سواحل انگلستان.
• مسیریابی دستگاه های نظامی مانند تانک ها، که توسط گروهی پژوهشی در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی انجام شده است.
• و…

طبیعی ترین مزیت استفاده از این شبکه ها عدم نیاز به ساختار فیزیکی امکان نقل و انتقال تجهیزات متصل به این گونه شبکه ها و همچنین امکان ایجاد تغییر در ساختار مجازی آن هاست. از نظر ابعاد ساختاری شبکه های بی سیم به سه دسته تقسیم می گردند:

۱) WWAN              ۲)WLAN                ۳)WPAN

شبکه های WPAN از سوی دیگر در دسته ی شبکه های Ad Hoc قرار می گیرند در شبکه های Ad hoc یک سخت افزار به محض ورود به فضای تحت پوشش آن به صورت پویا به شبکه اضافه می شود مثالی از این نوع شبکه ها Bluetooth است در این نوع تجهیزات مختلفی از جمله صفحه کلید، موس، چاپگر، کامپیوتر کیفی یا جیبی. و حتی گوشی تلفن همراه در صورت قرار گرفتن در محیط تحت پوشش وارد شبکه شده و امکان رد و بدل داده ها با دیگر تجهیزات متصل به شبکه را می یابند. تفاوت میان شبکه های Ad hoc با شبکه محلی بی سیم (WLAN) در ساختار مجازی آن هاست.

۶-۱-۱ مشخصه های منحصر به فرد گیرنده ی بی سیم:

۱) گره های گیرنده با مقیاس کم                  ۲) قدرت محدود که می توان ذخیره یا تخلیه شود

۳) شرایط محیطی نامناسب                         ۴) نقص های گره       ۵) ترک گره

۶) شبکه دینامیک توپولوژی                        ۷) نقص ارتباطات       ۸) غیر یکنواختی گره ها

۹) گسترش با مقیاس بالا                         ۱۰) عملکرد خودکار

گره های گیرنده را می توان کامپیوترهای کوچکی تصور کرد کاملا اساسی در وجه مشترکشان در ساختار و اجزاء آن ها معمولا شامل واحد پردازنده و قدرت اشتباه محاسبه ی محدود در حافظه ی محدود هستند گیرنده ها (شامل شرایط خاص مدارها) دستگاه ارتباطی (معمولا فرستنده و گیرنده رادیویی و نوری متناوب) و منبع انرژی هم معمولا از باتری است پایگاه های بنیادی از یک یا چند اجزاء برجسته از شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم (WSN) با محاسبه ی بیشتر انرژی، منبع ارتباطی، آن ها مثل دروازه بین گیرنده و کاربر نهایی عمل می کنند.

۷-۱-۱ سه نوع  شبکه های بی سیم

شبکه های بی سیم بر سه نوع هستند:

• شبکه های Infrastructure – based
• LANS wireless: معمولا از لینک های رادیویی (۸۰۲-۱۱) و یا اشعه ی مادون قرمز استفاده می کنند انعطاف پذیری بالایی در محدوده ای که این امکان در آن قرار داده شده است و پهنای باند کمتری نسبت به شبکه های سیمی دارند.
• شبکه های Ad hoc: زمانی که ساختار structure infra موجود نیست گزینه ی مناسبی به شمار می روند و نسبت به دو نوع قبل گرانتر هستند.

۸-۱-۱ دسته بندی شبکه های حس گر بی سیم:

1. آرایش یا جای گذاری گره ۸٫ فاصله تحت پوشش هر گره
2. قابلیت تحرک گره ها ۹٫ پیوستگی شبکه
3. هزینه، اندازه، منابع و انرژی گره ها ۱۰٫ اندازه ی شبکه (تعداد گره های حس گر)
4. همگنی یا ناهمگنی گره های شبکه ۱۱٫ عمر گره ها
5. روش های ارتباطی گره ها ۱۲٫ ویژگی های خاص مربوط به کاربرد موردنظر
6. توپولوژی گره ها

فایل کامل این تحقیق ۶۰ صفحه بصورت ورد WORD می باشد.
در تمامی ساعات شبانه روز >> پرداخت آنلاین و دانلود آنلاین پروژه