1-1 مقدمه

فن­اوری اطلاعات خیلی سریع به عنوان یک وسیله ضروری در جامعه مطرح شد. با رشد هر چه بیشتر این فن­اوری ضرورت به کارگیری کامپیوتر، برای رفع نیازها، در جامعه روز به روز بیشتر احساس می­شود. پیشرفت­های اخیر در کاهش هزینه­ها و کوچک کردن وسایل محاسباتی، همچنین استفاده از تکنولوژی­های ارتباطی بیسیم و سنسورها، زندگی روزمره بشر را ساده کرده است. شبکه­های سنسور یکی از تکنولوژی­های کلیدی در اینده خواهند بود. در سال 1999 مجله Business Weekاین شبکه­ها را یکی از مهم­ترین تکنولوژی­های قرن بیست و یکم معرفی کرد. دستگاه­های ارزان و هوشمند با چندین سنسور داخل خود که به صورت بیسیم شبکه شده­اند، امکانات بی­نظیری برای اندازه­گیری و کنترل در صنعت، کشاورزی، شهرها و محیط زیست فراهم کرده­اند. شبکه­ های سنسور این تکنولوژی را برای استفاده در طیف وسیعی از سیستم­های دفاعی، شناسایی و نظارت ارائه کرده­اند

1-2 معرفی شبکه های حسگر بیسیم

شبکه­های حسگر بیسیمجهت جمع اوری اطلاعات در مناطقی که کاربر نمی­تواند حضورداشته باشدمورد استفاده قرار می گیرند. در یک شبکه حسگر ، حسگرها به صورت جداگانه مقادیر محلی را نمونه برداری (اندازه گیری) می کنند و این اطلاعات را درصورت لزوم برای حسگرهای دیگر و در نهایت برای مشاهده گر اصلی ارسال می نمایند. عملکرد شبکه این است که گزارش پدیده هایی را که اتفاق می­افتد به مشاهده گری بدهد که لازم نیست از ساختار شبکه و حسگرها به صورت جداگانه و ارتباط انها چیزی بداند. این شبکه ها مستقل و خودگردان بوده وبدون دخالت انسان کار می­کنند. معمولا تمامی گره­ها همسان می­باشند و عملاً با همکاری با یکدیگر، هدف کلی شبکه را براورده می‌سازند. هدف اصلی در شبکه­های حسگر بی­سیم نظارت و کنترل شرایط و تغییرات جوی، فیزیکی و یا شیمیائی در محیطی با محدوده معین می­باشد. پیشرفت­های اخیر در طراحی و ساخت تراشه­های تجاری این امکان را به وجود اورده است که عمل پردازش سیگنال و حس­کنندگی در یک تراشه انجام گردد که به این قطعات حسگرهای شبکه بیسیم گفته می­شود که شامل سیستم­های میکروالکترومکانیکی(MEMS)مانند حسگرها، محرک­ها و قطعات رادیوییRFمی­باشد.

حسگرهای بیسیم کوچکی تولید شده است که قابلیت جمع­‌اوری داده از فاصله چند صد متر و ارسال داده بین حسگرهای بیسیم به مرکز اصلی را دارا می­باشد و با این تکنولوژی اطلاعات دما،  نوسانات، صدا، نور، رطوبت، و مغناطیس قابل جمع اوری می باشد. که این حسگرهای بیسیم با هزینه کم قابل نصب در شبکه­های حسگر بی سیم می باشد. اما کوچک شدن حسگرهای بیسیم دارای معایبی نیز می­باشد. تکنولوژی نیمه هادی باعث بوجود امدن پردازنده­های سریع با حافظه بالا شده است اما تغذیه این مدارات هنوز هم یک مشکل اساسی است که محدود به استفاده از باتری گردیده است.بخش منبع تغذیه یک بخش مهم و محدود است که در صورتیکه از باطری در این شبکه­ها استفاده شود تعویض باطری­ها در حالتی که تعداد نودهای شبکه زیاد باشد کاری سخت و دشوار خواهد بود و نودها به منظور ذخیره و صرفه جویی در مصرف انرژی مجبور به استفاده از ارتباطات برد کوتاه خواهند شد. تفاوت یک حسگر بیسیم کارا و یک حسگر بیسیم که دارای کارایی کم از نظر انرژی است در عملکرد انها در ساعت­ها نسبت به هفته­ها می­باشد. افزایش اندازه شبکه حسگر بیسیم باعث افزایش و پیچیدگی مسیریابی و ارسال اطلاعات به مرکز اصلی می­باشد. اما همچنان مسیریابی و پردازش نیاز به انرژی دارند. بنابراین یکی از نکات کلیدی در توسعه و ارائه الگوریتم­های مسیریابی جدید، کاهش و صرفه جویی انرژی مصرفی است. بخش­های مختلف شبکه­های سنسور بیسیم باید شبیه­سازی و مدل­سازی گردند تا کارایی انها مورد بررسی واقع شود. برای این کار شبکه­های حسگر بیسیم حسگر به گراف­هایی نگاشت می­شوند که در این گرافها هر گره مطابق با یک نود در شبکه بوده و هر لبه بیانگر یک پیوند  یا کانال ارتباطی بین دو نود در شبکه خواهد بود.اگر ارتباط بین نودها در شبکه دو جهته باشد گراف نگاشت شده بدون جهت خواهد بود و اگر ارتباط بین نودها در شبکه نا متقارن باشد در ان صورت گراف نگاشت یافته جهتدار خواهد بود. البته مدل ارتباطی بین نودها در شبکه میتواند یک به یک یا یک به همه باشد. فراهم اوردن یک مدل عملی برای حسگرها یک کار پیچیده و دشواری می باشد که این به خاطر تنوع در انواع مختلف حسگرها هم از نظر ساختاری و هم از نظر اصول و اساس کار انها دارد. شبکه­های حسگر دارای ویژگی­های منحصر به فرد هستند که این امر باعث شده است تا پروتکل­های خاصی برای انها در نظر گرفته شود.

فهرست مصالب:

فصل اول: مقدمات و کلیات.. 1

1-1 مقدمه. 2

1-2 معرفی شبکه های حسگر بیسیم. 2

1-3 تاریخچه شبکه های حسگر 6

1-4 ساختار هر گره حسگر 7

1-4-1 اجزاء درونی یک گره حسگر 8

1-4-2 محدودیت های سخت افزاری یک گره حسگر 10

1-5 پشته پروتکلی. 11

1-6 مزایای شبکه های حسگر بیسیم. 13

1-7 کاربردهای شبکه های حسگر بیسیم. 16

1-8 طراحی شبکه های حسگر بی سیم. 20

فصل دوم: مسیریابی در شبکه های حسگر بیسیم. 24

2-1 مقدمه. 25

2-2 پروتکل های مسیریابی. 25

2-3 عوامل موثر در طراحی پروتکل های مسیریابی. 25

2-3-1 دینامیک شبکه. 26

2-3-2 جایگذاری حسگرها در شبکه. 26

2-3-3 محدودیت انرژی. 27

2-3-4 مدل انتقال اطلاعات.. 27

2-3-5 ترکیب دادهها 28

2-4 مسیریابی تخت.. 28

2-4-1 پروتکل سیل اسا 29

2-4-2 پروتکل شایعه پراکنی. 29

2-4-3 پروتکل SPIN.. 30

2-4-3-1 SPIN1. 32

2-4-3-2 SPIN2. 33

2-4-4 انتشار مستقیم. 34

2-4-5 GBR.. 35

2-4-6 EAR.. 37

2-5 مسیریابی سلسله مراتبی. 39

2-5-1 پروتکل LEACH.. 40

2-5-2 پروتکلSEP. 49

2-5-3 پروتکل PEGASIS. 51

2-5-4 پروتکل TEEN و APTEEN.. 53

2-5-5 پروتکل SOP. 55

2-5-6 پروتکل Sensor Aggregates Routing. 58

2-5-7 پروتکل VGA.. 59

2-5-8 پروتکل HPAR.. 60

2-5-9 پروتکل TTDD.. 61

2-6 پروتکل های مسیریابی مبتنی بر مکان. 64

2-6-1 پروتکل GAF. 64

2-6-2 پروتکل GEAR.. 66

فصل سوم جمع بندی و پیشنهادات.. 68

3 – 1 جمع بندی و پیشنهادات.. 69

فهرست منابع. 71

Abstract 74

فهرست اشکال:

شکل1-1: معماری ارتباطات شبکه های حسگر بیسیم. 5

شکل1‑2: اجزاء درونی یک گره حسگر 9

شکل 1-3: پشته پروتکلی شبکههای حسگر 12

شکل 1-4:  نمونه کاربردهای شبکههای حسگر بیسیم. 17

شکل 2-1: نحوه عملکرد پروتکلSPIN.. 32

شکل2-2: نحوه عملکرد پروتکل انتشار مستقیم. 35

شکل 2-3: خوشه بندی در شبکه های بیسیم. 42

شکل 2-4: نحوه خوشه بندی در پروتکل TEEN.. 54

فهرست جداول:

جدول 2-1: مقایسه بینSPIN،LEACHو انتشار مستقیم. 47

جدول 2-2: مقایسه مسیریابی سلسله مراتبی و سخت.. 63