تاريخچه شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

که آرپانت ( شبکه قبل از اینترنت) با وسعتی حدود 200 هاست در دانشگاهها و مراکز علمی مشغول به کار بود. DSN ها نودهای حسگر ی بودند که از لحاظ جغرافیایی پراکنده اما با هم تعامل و همکاری می کنند مضاف بر اینکه هر کدام خود مختار و خود گردان می باشند و این شبکه ها اطلاعات به سمت نودی که بهترین توانایی را در استفاده از این اطلاعات داشت مسیر یابی می شد عموم مولفه هایی که در یکDSN به کار می رفت شامل حسگر ها ( صوتی و ... ) ، ارتباط ، تکنیک های پردازشی و الگوریتم ها و نرم افزار های توزیعی بودند محققان دانشگاه ملون سیستم عامل ارتباط گرا موسوم به Accent را ارائه کردند که با انعطاف پذیر بودن و دسترسی شفاف به منابع توزیع شده می توانست یک DSN با قابلیت فلورانس خطا را آماده کند یکی از کاربردهای پیاده سازی شده DSN که توسط دانشگاه صنعتی ماساچوست ایجاد شد سیستم ردیاب بالگرد بود که از تعدادی میکروفن های صوتی و سپس تکنیک های تطبیق و ربایش سیگنال استفاده می شد. اما در راستای تحقیقات اولیه روی شبکه های حسگر به خصوص DNS ها ، تکنولوژی هنوز به طور کامل آماده نبود به طور نمونه حسگر ها نسبتا بزرگ بودند ( بعنوان مثال یک جعبه کفش یا بزرگتر ) که این خود دامنه کاربردی این شبکه ها را کم می کرد بعلاوه DSN های اولیه سازگاری زیادی با اتصالات بي‌سيمی نداشتند اما پیشرفت های اخیر در محاسبات و ارتباطات و تکنولوژی های میکروالکترومکانیک تحول مهمی را در پیدایش شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم بوجود آورد اولین حرکت در تحقیقات شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم در حدود سال 1998 رقم خورد و از آن به بعد نظر محققان زیادی را در سرتاسر دنیا به خود جلب کرد در تحقیقات جدیدی که روی شبکه های حسگر انجام می گیرد امکانات و تکنولوژیهای شبکه ای بسیار برای محیط های ادهاک با داینامیکی بالا مناسب می باشند و تمرکز کار روی حسگرهای بي‌سيم بیشتر و بیشتر شد علاوه بر اینکه نود های حسگر سایز کوچکتر و قیمت ارزانتری دارند و در نتیجه کاربرد های زیادتری را می توان از آن ها داشت کاربردهایی همچون نظارت های محیطی ، شبکه های حسگر خودرویی و شبکه های حسگر بدنی و غیره. مجددا DARPA بعنوان یک پیش رو، در تحقیقات شبکه های حسگر کار خود را با تحقیق روی برنامه ای به نام SensIT آغاز نمود که در آن شبکه های حسگر فعلی را مجهز به قابلیت های همچون شبکه های ادهاک، پرس و جوی داینامیک و ایجاد توانایی چند وظیفه گی و دوباره برنامه نویسی در آنها بود. در همان زمان IEEE شبکه هایی با هزینه هایی کمتر و توانایی های بالاتر از شبکه های حسگر را معرفی کرد و به عنوان استاندارد IEEE 802.15.4 برای شبکه های بي‌سيم شخصی با نرخ داده پایین معرفی شد و به دنبال آن اتحادیه ZigBee استانداردهای موسوم به استاندارد های ZigBee را منتشر کرد که در آن تعدادی پروتکل ارتباطی سطح بالا که توسط شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم بکار می رفت را معرفی می کرد و اکنون شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم یکی از مهم ترین تکنولوژیهای قرن 21 می باشند کشورهایی همچون چین شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم را بعنوان یک استراتژی ملی در راس برنامه های تحقیقاتی خود قرار داده است هم چنین دید تجاری به شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم نیز در بسیاری از کمپانی های معروف در حال افزایش است.

2-3) پلت فرم سخت افزاری

یک شبكه حسگر بي‌سيم شامل نود های حسگر توزیع شده می باشد، یک نود حسگر که گاها به عنوان یک اتم نیز شناخته می شود باید توانایی انجام بعضی پردازش ها، جمع آوری اطلاعات و ارتباط با سایز نود ها را در شبکه دارا باشد در شکل 2-1 تصویری را از یک اتم Mica2 را که توسط شرکت Crossbow ارائه شده را ملاحظه می کنید مولفه های سخت افزاری معمول در یک نود حسگر را درشکل 2-2 می بینید. همانطور که در شکل زیر می توان دید مولفه اصلی یک نود حسگر، پروسسور، فرستنده و گیرنده، حافظه ومنبع تغذیه و یک یا چند قسمت حسگری است.

پروسسور الحاقي:

پروسسور الحاقی کار پردازش داده ها و کنترل عملیاتی سایر مولفه های یک نود حسگر را انجام می دهد و جای آن می توان در مواقع لزوم از میکروکنترلرها، پروسسورهای سیگنال دیجیتال، گیت های قابل برنامه ریزی و مدارات مجتمع خاص چند منظوره استفاده کرد، هر چند از میان تمام این موارد جایگزین میکروکنترلها به علت انعطاف بیشتر در اتصال به سایر دستگاهها و قیمت ارزان ترشان بیشترین مورد استفاده را داشتند. بعنوان مثال اتم Mica2 شرکت Crossbow از میکروکنترلر ATMega128L و اتم موسوم به CC2531 شرکت Chipcon از میکروکنترلر 8051 استفاده کرده اند.

فرستنده و گیرنده

مسئولیت یک ارتباط بدون سیم در یک نود حسگر به عهده فرستنده و گیرنده می باشد می توان برای مخابره بدون سیم گزینه های متنوعی را برگزید گزینه هایی همچونفرکانس های رادیویی، لیزر و مادون قرمز. اما در اکثر پیاده سازی های شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم از ارتباطات مبتنی بر فرکانس های رادیویی استفاده می شود. مهم ترین کارهای یک فرستنده و گیرنده را می توان به ارسال، دریافت، بیکار و حالت خواب اشاره کرد اتمMica2 از دو نوع فرکانس های رادیویی استفاده می کند: RFM TR1000 و Chipcon CC1000. رنج مخابراتی اتم Mica2 حدود 150 متر می باشد.

حافظه

حافظه هایی که در یک نود حسگر وجود دارد شامل یک حافظه فلش درون چیپ، رم مربوط به میکروکنترلر و یک فلش مموری بیرونی است. برای مثال میکرو کنترلرATMega128L که در اتم Mica2 به کار می رود یک فلش مموری 128 کیلویی و یک رم 4 کیلو استاتیک دارد هم چنین یک چیپ فلش با سریال AT45DB041B 4 مگا بیتی می تواند در نقش یک حافظه خارجی برای اتم های Mica و Mica2 باشد.

2-3-4) منبع تغذیه

در یک نود حسگر، مصرف انرژی توسط عمل حسگر، ارتباط و پردازش داده ها انجام می شود. البته ارتباط داده ها نسبت به مابقی اعمال بیشترین انرژی را می برد. برق مورد نیاز می تواند از طریق خازن یا باتری تامین گردد . که باتری ها نیز اصلی ترین منبع تغذیه نود های حسگر می باشند بعنوان مثال اتم Mica2 از باتری های 2ََAA استقاده می کند اما به علت محدودیت در ظرفیت باتری ها همواره حداقل رساندن مصرف انرژی در عملیات های شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم یکی از مهم ترین دغدغه ها می باشد به همین خاطر تحقیقات زیادی در حوزه شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم مورد مطالعه قرار گرفته که همه پیرامون تکنیک های مربوط به انرژی در این مقوله پرداخته اند هدف اصلی این تکنیک ها تبدیل انرژی های محصور ( خورشیدی ، بادی ) به انرژی های الکتریکی و هدف اصلی این کار دگرگون سازی اساسی منبع تغذیه در نود های بي‌سيم است.

حسگر

حسگرها دستگاههایی سخت افزاری هستند که یک پاسخ قابل اندازه گیری را به ازاء تغییرات فیزیکی همچون دما، فشار و رطوبت را می دهد سیگنال پیوسته آنالوگ که توسط حسگرها حس می شود و توسط مبدلی به دیجیتال تبدیل شده و پروسسور مربوطه جهت پردازش بیشتر آنرا ارسال می کند. از آنجایی که نود حسگر قطعه ای میکرو الکترونیکی است و توسط یک منبع تغذیه محدود، تامین انرژی می شود حسگر های به کار رفته باید سایز کوچک و به شدت کم مصرف باشند.

سیستم عامل

نقش یک سیستم عامل فراهم کردن راحت و امن استفاده از منابع سخت افزاری در جهت ایجاد و توسعه نرم افزار های قابل اعتماد می باشد. برای نود های شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم سیستم عامل ها نوعا از پیچیدگی کمتری نسبت به سیستم عامل های معمول دارد که اساسا دلیل آن نیازمندیهای مخصوص برنامه های شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم و محدودیت منابع موجود در پلت فرم های سخت افزاری شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم می باشد.

TinyOS

TinyOS را شاید بتوان اولین سیستم عامل خاص دنیای شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم نامید که هدف اصلی آن آماده کردن یک معماری مبتنی بر مولفه در جهت پیاده سازی سریع برنامه با حداقل کد و مصرف حافظه، درست همان چیزی که در ذات شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم می باشد. کتابخانه مولفه های TinyOS شامل پروتکل های شبکه ، سرویس های توزیعی ، درایورهای حسگر و ابزارهای اکتساب داده می باشد . که قابلیت انطباق و پالایش بیشتر با کاربردهای سفارشی را دارد. بر خلاف اکثر سیستم عامل های چند نخی یا نخ کشی شده، TinyOS بر پایه یک مدل برنامه نویسی رویداد گرا بنا شده است. تمام برنامه های یکTinyOS ترکیب شده از اداره کننده های رویدادها و وظایف تعیین شده می باشد هنگامی که یک رویداد خارجی رخ دهد همانند دریافت یک پاکت داده ورودی و خواندن یک حسگر،TinyOS اداره کننده مناسب آن رویداد را فراخوانی می کند، اداره کننده رویداد هم می تواند وظایفی را که توسط هسته TinyOS زمانبندی شده اند را به مرحله بعد به تعویق بیاندازد. هر دوی سیستم TinyOS و برنامه های نوشته برای TinyOS توسط زبانی مشتق شده از زبان c به نام nesC نوشته شده اند، در حقیقت nesC عمل کشف و تشخیص شرایط رقابتی را بین اداره کننده های رویدادها و سایر وظایف را انجام می دهد در حال حاظر از TinyOS بر روی ده ها پلت فرم و و تعداد زیادی از برد های حسگر استفاده می شود و هم چنین انجمن های بسیاری هم از آن در جهت شبیه سازی برای ايجاد و تست الگوریتم ها و پروتکل های گوناگون استفاده می کنند و بر طبق اعلام سایت TinyOS بیش از 500 گروه تحقیقاتی و شرکت ها ی مختلف از TinyOS بر روی اتم های Berkeley یا Crossbowاستفاده می کنند البته دلیل این محبوبیت را می توان در سورس باز آن و اینکه گروه های زیادی نیز فعالانه مشغول اضافه نمودن کد به سورس آن در جهت کمک به توسعه بیش از پیش TinyOS می باشند.

Contiki

Contiki هم سیستم عامل سورس باز دیگری برای شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم ها است هسته Contiki همانند TinyOS رویداد گراست اما این سیستم از چند نخی ها در برنامه ها حمایت می کند علاوه بر این Contiki توانایی ارائه قابلیت موسوم به پیش نخ ها را دارد که میتوان آن را یک دید انتزاعی از برنامه نویسی شبه نخی دانست که به مراتب سربار حافظه ای کمتری را در بر دارد Contiki هم چنین برای هر دوی IPv4 و IPv6یک سیستم ارتباطاتی مبتنی بر IP را فراهم می کند جالب است که بدانید بسیاری از مکانیزم های کلیدی و ایده های بر گرفته از Contiki امروزه و به طور گسترده ای در صنعت مورد پذیرش قرار گرفته است IP پشته ای جاسازی شده که در سال 2001 عنوان شد امروزه مورد استفاده صدها شرکت در زمینه های کاری کشتی های باربری ، ماهواره و صنایع حفاری قرار گرفته است یا پیش نخ های Contiki که در سال 2005 معرفی شدند نیز مورد استفاده بسیاری از سیستم های جاسازی شده از رمز گشاهای تلویزیون های دیجیتال تا حسگرهای ارتعاشی بي‌سيم قرار گرفته است، ایده Contiki در استفاده از ارتباطات بر پایهIP در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم با توان پایین منجر به استاندارد IETF و گروههای بین المللیIPهمکار برای قطعات هوشمند موسوم به IPSO شده است.

هچنین سیستم عامل های دیگری نیز برای شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم بکار می رود از جملهSOS که یک سیستم عامل رویداد گرا برای نودهای حسگر از کلاس اتم که در عین حال سازگاری بیشتری با طراحی های متنوع تر را دارد عمده خصوصیت SOS را شاید بتوان توانایی آنها در پشتیبانی از ماژولهای قابل بارگزاری نامید. یک سیستم کامل از ماژولهای کوچک تر ایجاد می شود و این کار را می توان حتی در زمان اجرا انجام داد و برای حمایت از پویایی ذاتی در واسط ماژول، SOS مدیریت پویای حافظه را در دستور کار خود قرار داده است. اما به علت کاهش توسعه دهندگان هسته، SOS تحت توسعه بروز و فعال دوام زیادی نیاورد و از دور خارج شد .LiteOS هم سیستم عامل سورس باز دیگری با امکانات محاوره ای و همانند سیستم عامل UNIX برای شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم بود با امکاناتی کهLiteOS داشت می توانست یک یا چند شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم را در یک روش شبهUNIX، بکار بیندازد و هم چنین قادر به ایجاد برنامه هایی برای نود ها و توزیعات بي‌سيمی همانند برنامه هایی برای نودهای حسگر بود.

هر سوالی در ns-2 دارید، با ما در میان بگذارید.

09147450367

[email protected]

www.ns-3.org

شبیه سازی انواع پروژه های کلاسی، پایان نامه ها و یا

نگارش کامل پایان نامه های گروه کامپیوتر و ریاضی محض

ترجمه متون تخصصی و فوق تخصصی

تاريخچه شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

مطالب مشابه :

تفاوت های شبکـه های حسگـر با شبـکـه های ادهاک

شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

امنيت در شبكه هاي حسگر بي سيم

بهبود کارآیی روش های انتشار اطلاعات در شبکه های حسگر بیسیم از طریق تجمیع اطلاعات

مسیریابی در شبکه های بیسیم حسگر-قسمت دوم

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Networks)

تاريخچه شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم زیر آب - شبکه های سنسور بی سیم زیر آب

بررسی شبکه های حسگر بیسیم کامل

شبکه های حسگر بیسیم