آشنایی با شبکه های بیسیم

ساختار و اجزاي شبكه هاي محلي بيسيم

• تقريبا همزمان با به بازار آمدن كامپيوترهاي كتابي فكر اتصال به اينترنت

• عملي ترين رهيافت مجهز كردن كامپيوترها به فرستنده و گيرنده هاي بيسيم برد كوتاه بود.

• مشكل اصلي عدم سازگاري اين شبكه هاي بيسيم با هم بود.

• كميته IEEE استاندارد 802.11 را ارائه كرد.

• امروزه استاندارد غالب در شبكه‌هاي WLAN، IEEE802.11 مي‌باشد.

كلاسهاي مختلف IEEE 802.11

در سال 1999 كميته استاندارد چند استاندارد جداگانه وضع كرد:

• استاندارد IEEE802.11bدر همان باند فركانسي 802.11 كار مي كند ولي با استفاده از مدولاسيون متفاوت به سرعت 11Mbps رسيد

• استاندارد IEEE802.11a از باند فركانسي وسيعتري نسبت به 802.11 استفاده مي كند، و سرعت آن به 54Mbps مي رسد. گرانتر از IEEE802.11b

• استاندارد IEEE802.11g در باند فركانسي IEEE802.11b و با مدولاسيون IEEE802.11a كار مي كند

توپولوژي

1. توپولوژي ساختاردار (infrastructure)

2. توپولوژي Ad Hoc

1. توپولوژي ساختاردار (infrastructure)

• در اين حالت عمدتا يك دستگاه فرستنده و گيرنده مركزي بنام نقطه دسترسي (Access Point) وجود دارد.

• در حالت ساده AP وظيفه دريافت، ذخيره و ارسال اطلاعات را بين شبكه هاي محلي سيمي و WLAN ها بر عهده دارد.

• AP يك پل است كه وظيفه تبديل سگنالهاي شبكه سيمي را به سيگنالهاي شبكه بيسيم برعهده دارد.

• AP با آنتني كه به آن متصل است مي تواند در مكاني مرتفع يا هرجايي كه ارتباط بهتري را فراهم مي آورد نصب شود.

• تمامي پيامها بايد از طريق اين ايستگاه مركزي مبادله شود

• هر كاربر مي تواند از طريق يك كارت شبكه بيسيم (wireless adaptor) به WLAN متصل شود.

• با نصب یک AP، عملاً مرزهای یک سلول مشخص می‌شود.

• ناحيه اي كه یک AP پوشش می‌دهد BSS (Basic Service Set) (ودر برخي موارد سلول) می‌نامند. كه هر ايستگاه درون BSSمي تواند به AP دسترسي داشته باشد.

• BSS توسط يك ستون فقرات بنام سيستم توزيع (DS) بهم اتصال مي يابند.

• مجموعه‌ی تمامی سلول‌های یک ساختار کلی‌ شبکه، که ترکیبی از BSSهای شبکه است، را ESS (Extended Service Set) می‌نامند.

• با استفاده از ESS می‌توان گستره‌ی وسیع‌تری را تحت پوشش شبکه‌ی محلی‌ بی‌سیم درآورد.

• تحرك وسايل از طريق سويچ از يك AP به AP ديگر تامين مي شود.

2.توپولوژي Ad Hoc

Ad hoc به واژه‌هاي ويژه، اقتضايي و موردي معني شده است.

• شبکه‌های بی‌سیم ادهاک، شامل مجموعه‌ای از گره هاي توزیع شده‌اند که با همدیگر به طور بیسيم ارتباط دارند .

• نودها به طور مستقیم بدون هیچگونه نقطه دسترسی با همدیگر بصورت Peer to peer ارتباط برقرار می‌کنند، سازمان ثابتی ندارند بنابراین در یک توپولوژی دلخواه شکل گرفته‌اند.

• طبیعی ترین مزیت استفاده از این شبکه‌ها عدم نیاز به ساختار فیزیکی و امکان ایجاد تغییر در ساختار مجازی آنهاست.

• عمليات كنترل شبكه نيز بين نودها توزيع شده است.

• هر نود در شبكه ادهاك هم به عنوان host و هم به عنوان روتر عمل مي‌كند.

• در شبكه‌هاي موردي (ad hoc) اگر دو گره در ناحية انتشار خود باشند، مي‌توانند مستقيم (single-hop) و اگر در برد هم نباشند بصورت چند گامي (multi hop ) با هم ارتباط برقرار مي كنند.

شبكه‌هاي Ad hoc در بسياري از موارد مفيد واقع مي‌شوند از جمله:

• سيستم‌هاي سيار مددرساني در هنگام زلزله و سيل و آتش سوزي

• سيستم‌هاي هواشناسي سيار براي پيش بيني وضعيت هوا

• شبکه‌هاي نظامي

• شبکه تاکسی رانی

• کنفرانس‌ها جلسات

2.1.شبكه‌هاي بيسيم Ad hoc دو قسمت تقسيم مي‌شوند.

2.1.1. شبكه‌هاي سيار AD-HOC (Mobile Ad hoc NETworking - MANET )

2.1.2. شبكه‌هاي حسگر هوشمند ( SMART SENSOR NETWRKS )

2.1.1. شبكه‌هاي سيار(Mobile Ad hoc NETworking – MANET) AD-HOC

• يك MANET مجموعه مستقلي از كاربران متحرك است كه از طريق لينكهاي بي سيم با پهناي باند محدود و بدون ساختار از پيش تعيين شده و نظارت مركزي مي توانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند.

• اين سيستم هم مي تواند به صورت مستقل عمل كند و هم واسطي به شبكه ثابت داشته باشد

• توپولوژي شبكه ديناميك است، زيرا اتصال بين نودها به علت حركت آنها در طول زمان تغيير مي‌كند و نود جديدي وارد و يا نودي خارج مي‌شود.

• شبكه حالت غير متمركز دارد يعني كليه عمليات مكان يابي و تحويل پيام ها بعبارت ديگر مسيريابي بايد توسط خود نودها انجام شود

• MANETها نيازمند الگوريتم هاي توزيع شده مفيدي براي تعيين ساختار شبكه و مسيريابي هستند .فاكتورهايي از قبيل كيفيت متفاوت لينكها ،محو شدگي ،تداخل چندين كاربر ،مصرف انرژي از جمله مقولات مرتبط هستند .شبكه بايد قابليت انطباق با مسيرهاي تغيير يافته را داشته باشد.

مشکلات و مسائل برای شبکه های AD-Hoc

• نبود زير ساخت و كنترل مركزي باعث ايجاد مشكلات بسياري مي شود

• مشكلات بخاطر موارد زير هستند:

1. نبودن يكموجودیت مركزي براي فراهم كردن سازماندهي

2. محدوديت رنج ارتباطات بيسيم

3. تحرك اجزاء شركت كننده در شبكه

4. وابسته وسایل به باطري

2.1.3. شبكه‌هاي حسگر هوشمند ( SMART SENSOR NETWRKS )

2.1.3.1. مقدمه

پیشرفت‌های اخیر در زمینه الكترونیك و مخابرات بی‌سیم توانایی طراحی و ساخت گره هایی را با توان مصرفی پایین، اندازه كوچك، قیمت مناسب و كاربری‌های گوناگون داده است. گره های حسگر كوچك كه توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی (بر اساس نوع حسگر)، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده‌ای برای ایجاد و گسترش شبكه‌های موسوم به شبكه‌های بی‌سیم حسگر WSN شده‌اند.

در مواردي، به اين شبكه‌ها Wireless Sensor and Actuator Networks گفته مي‌شود. يعني نه تنها محيط را درك و دريافت (sense) مي‌كنند، بلكه بر روي محيط اثر نيز مي‌گذارند.

يك شبكه حسگر بي‌سيم، شبكه‌اي است كه از ترمينال‌هاي محاسباتي و حسي ظريفی تشکیل شده است كه به آنها گره حسگر گويند. كه بصورت متراكم درون پديده يا نزديك آن گسترده شده اند . موقعيت گره هاي سنسوري نياز ندارد كه ساخته شده و يا از پيش تعيين شده باشند

در هر گره تعدادي حسگر و/يا كارانداز وجود دارد.

شبكه حس/كار 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.

داراي يك يا چند ايستگاه اصلي است كه اين ایستگاه‌ها دريچه‌اي هستند كه از طريق آنها داده‌هايي كه به وسيله حسگرها جمع آوري شده‌ به کاربر نهايي، براي پردازش و تجزيه و تحليل ارائه مي‌گردد.

هر گره حسگر داراي يک پردازشگر است و به جاي فرستادن تمامي اطلاعات خام به ايستگاه اصلي ابتدا يك سري پردازش‌هاي اوليه و ساده را روي اطلاعاتي كه به دست آورده است، انجام مي‌دهد و سپس داده‌هاي نيمه‏پردازش شده را ارسال ميکند

2.1.3.2. تعاريف:

• حسگر : وسيله اي كه رخداد يك وضعيت يا مقدار يك كميت فيزيكي را تشخيص داده و به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند.

• كارانداز : با تحريك الكتريكي يك عمل خاصي مانند باز و بسته كردن يك شير را انجام مي دهد

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

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

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

• گره مدیر وظیفه: گرهی که یک شخصی بعنوان کاربريا مدیرشبكه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار میکند.

• شبكه حس/كار: شبكه اي متشكل از گره هاي حسگر/كارانداز است. به عبارت ديگر شبكه حس/كارشبكه اي است با تعداد زيادي گره كه هر گره مي تواند در حالت كلي داراي تعدادي حسگر و تعدادي كارانداز باشد.

2.1.3.3.ساختمان گره

• 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.

• كنترلر وظيفه اجراي برانامه و پردازش اطلاعات را دارد.

• يك حافظه محدود براي نگهداري پاسخهاي مياني دارد.

• سنسورها وظيفه دريافت اطلاعات از محيط و دادن آن به گره را برعهده دارند.

• هر گره حسگر يك ماژول ارتباطي دارد كه بتواند با گره هاي ديگر ارتباط برقرار كند.

• همه اين اجزا بايد با انرژي كار كنند پس نياز به باطري دارند.

• اجزاي اختياري ديگري مثل ابزار كشف مكان، متحرك ساز، و منبع شارژ باطري نيز مي تواند داشته باشد

• حسگر ميكا، از پر طرفدارترين پلتفورم‌ها است كه به وسيله بيش از 100 سازمان تحقيقي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تحت عنوان ذرات بركلي مي‌باشد.

• يك حسگر ميكا 2 ، حسگري است كه از يك پردازشگر هشت بیتی آتميل(Atmel) با فرکانس 8MHZ و 4KB حافظه RAM تشکیل شده است.

• با استفاده از يك سيستم عامل كه به وسيله بركلي uc ساخته شده است و به آن Tiny OS گويند، برنامه نويسي و پيكره بندي كرد.

2.1.3.4.ويژگي های شبکه حسگر

• تنگناهاي سخت افزاري شامل محدوديتهاي اندازة فيزيكي ، منبع انرژي ، قدرت پردازش ، ظرفيت حافظه

• تعداد بسيار زياد گره ها

• چگالي بالا در توزيع گره ها در ناحيه عملياتي

• وجود استعداد خرابي در گره ها

• تغييرات توپولوژي بصورت پويا و احياناً متناوب

• استفاده از روش پخش همگاني در ارتباط بين گره ها در مقابل ارتباط نقطه به نقطه

• پروتکل‌ها و الگوریتم‌های شبکه‌های حسگری باید دارای توانایی‌های خودساماندهی باشند.

• این شبکه ها داده محور هستند

2.1.3.5.کاربردهای شبکه های بیسیم حسگر :

شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم داراي کاربردهای وسيعي مي‌باشد. ازجمله: نظارت كردن، رديابي كردن، كنترل كردن و ......

2.1.3.5.1.كاربردهاي نظارت كردن

• مثلا شامل نظارت بر زيستگاهها و محيط زيست، شناسايي آتش سوزي جنگل، نظارت بر ميزان آلودگي، نظارت بر وضعيت‌ بيمارو ... مي‌شود.

• در كاربردهاي نظارت معمولاً صدها يا هزاران حسگر در يك منطقه پخش مي‌شوند جاهايي كه پديده‌هايي مانند گرما، فشار، صدا، ميدان‌هاي الكترومغناطيسي، لرزش و غيره مورد شناسايي و نظارت قرار مي‌گيرند. براي مثال اين حسگرها مي‌بايستي در نواحي بلاخيز از قبيل نواحي زلزله خيز و داراي آتشفشان به شكل پراكنده كار گذاشته شوند تا بدين ترتيب اين فعاليت هاي خطرناك، زود مورد شناسايي قرار گيرند و يا اينكه از این طريق بعد از حوادث به دنبال افراد زنده احتمالي جستجو شود.

2.1.3.5.2.کاربردهای نظامی

• شبکههای حسگر بیسیم می‌توانند به عنوان بخش مهمی از سیستمهای ارتباطی، نظارتی، ناوبری و پردازش نظامی مورد استفاده قرار گیرند. آرایش سریع، خود سازمان‌دهی و تحمل‌پذیری خطا در این شبکه‏هاباعث شده است که یکی از تکنیکهای رضایتبخش در سیستمهای نظامی باشند. در میدانهای جنگی، می‌توان جهت شناسایی و بررسی آماری تجهیزات و نیروی دشمن، مسیر حرکت نیروهای دشمن یا نیروهای خودی، نشانه‌گیری و سیستم‌های ردیابی هدف و .... از آنها استفاده کرد .

2.1.3.5.3.كاربرد رديابي كردن

• كه شامل رديابي حركت انسان‌ها و حيوانات و اشياء مي‌شود. براي مثال شبكه‌هاي حسگر مي‌توانند براي رديابي اموال فهرست شده، تاكسي در شهر يا حركت گروه‌هاي نظامي در ميدان جنگ مورد استفاده قرار گيرند. در نهايت شبكه حسگر مي‌توانند براي كنترل دماي خانه و اداره، غلظت مواد شيميايي و ديگر پارامترهاي در كارخانه‌ها مورد استفاده قرار گيرند.

2.1.3.5.4.كاربردهاي سلامت

• شبكه هاي سنسوري نسب شده مي تواند رفتار افراد سالخورده را نظارت و شناسايي كند، براي مثال ، افتادن.

• نظارت دكترها و بيماران درون بيمارستان : هربيمار گره هاي سنسوري كوچك و سبك وزن ملحق شده به خود را دارد . هرگره سنسوري وظيفه ويژه خود را دارد. براي مثال، يك گره سنسوري ممكن است ميزان ضربان قلب را كشف كند. دكترها نيز همچنين ممكن است يك گره سنسوري را حمل كند كه به ساير دكترها اجازه مي دهد او را دربيمارستان تعيين محل كنند.

آشنایی با شبکه های بیسیم

مطالب مشابه :

آشنایی با شبکه های بیسیم

موضوعات پیشنهادی برای درس روش تحقیق و سمینار

مسیریابی در شبکه های بیسیم حسگر - قسمت چهارم

انتخاب پوياي سرخوشه با توازن انرژي در شبکه هاي سنسور بيسيم ناهمگن

دانلود پاور پوینت با موضوع شبکه های سنسوری بیسیم

مقاله ارائه شده در یازدهمین سمینار دانشکده برق دانشگاه صنعتی شریف

دانلود پاورپوینت شبکه های ادهاک (Ad Hoc)