چون در شبکه‌های حسگر بی‌سیم افزونگی داده‌ی بالایی وجود دارد و ممکن است اطلاعات یکسانی از گره‌های مختلف به‌دست آید، بنابراین در برخی از گره‌ها می‌توان از تکنیک‌های اجماع داده استفاده کرد. اجماع داده‌ها میتواند تا حد زیادی تعداد بسته های اطلاعاتی که در شبکه به سمت ایستگاه اصلی منتقل می‌شوند را کاهش دهد و از اینرو تاثیر مثبتی بر طول عمر شبکه دارد.

۱-۱-۷ تنوع کاربرد شبکه های حسگر بیسیم

با توجه به اینکه این شبکه ها کاربردهای مختلفی دارند، بنابراین نمیتوان ادعا کرد که یک پروتکل مسیریابی برای تمام کاربردها بهینه است. برخی از کاربردها مانند پردازش‌های صنعتی و یا صنایع نظامی نیاز به پاسخ سریع و تاخیر کم دارند. کاربردهای دیگر مانند اندازه‌گیری دما و نور حساسیت کمتری دارند و در آن‌ ها طول عمر شبکه اولویت بیشتری دارد. با توجه به اینکه در بیشتر کاربردها، پیاده‌‌سازی یک شبکه‌ی حسگر بی‌سیم واقعی به منظور آزمایش کردن کارایی یک پروتکل مسیریابی مقرون به صرفه نیست، به همین دلیل از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی استفاده می‌شود. در این شبیه‌سازها می‌توان شبکه والگوریتم‌های مسیریابی را مطابق با کاربرد آن در محیط واقعی شبیه‌سازی کرد. در فصل پنجم تعدادی از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی شبکه‌های حسگر بی‌سیم بررسی شده است.

۱-۲ ویژگی‌های شبکه‌های حسگر بی‌سیم

محدودیت انرژی باعث میشود که بیشتر پروتکلهای مسیریابی ارائه شده در سایر شبکه‌های بی‌سیم برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم مناسب نباشد. برای مثال انتقال سیل‌آسا که در شبکه های کامپیوتری استفاده می‌شود برای شبکه های حسگر بیسیم هزینه زیادی داشته و طول عمر شبکه را به طور قابل توجهی کاهش میدهد]۷[. البته برای پیاده سازی انتقال سیل‌آسا در شبکه های حسگر بیسیم از یک روش جایگزین استفاده میشود که به روش شایعه‌پراکنی معروف است]۸[. در این روش وقتی گره‌ای می‌خواهد دادهای را به سمت گره‌ی دیگر بفرستد به صورت تصادفی تعداد کمی از همسایگان خود را انتخاب میکند، اما در روش سیل‌آسا تمام همسایگان انتخاب میشوند. شبکه های حسگر بیسیم ویژگی‌هایی دارند که آنها را از دیگر شبکه‌ها مانند MANET^[4] و سیستم‌های تلفن همراه^[۵] متمایز میکند. تعدادی از این ویژگی‌ها که در انجام این تحقیق مد نظر قرار گرفته‌است عبارتند از:
تراکم زیادگره‌ها در محیط: بهطور معمول شبکه های حسگر بی‌سیم نسبت به دیگر شبکه ها چگالی بیشتری داشته و از این‌رو امواج مغناطیسی در محیط این نوع شبکه ها بیشتر است.
محدودیت باتریهای تامین کننده انرژی: انرژی لازم برای انتقال اطلاعات در شبکه و پردازش داده ها توسط باتری‌هایی فراهم میشود که از لحاظ میزان انرژی محدودند ودر بیشتر کاربرد‌ها پس از اتمام انرژی قابل شارژ و یا تعویض کردن نیستند.
محدودیت میزان ذخیره سازی، پردازش و انتقال داده: گره‌های حسگر نسبت به شبکه های دیگر فضای ذخیره‌سازی اندکی دارند و از نظر حجم محاسبات و همچنین طول مسافتی که داده را می‌فرستند بسیار محدودند.
شکل‌گیری خودکار شبکه: در این نوع شبکه ها وقتی گره‌ای در محیط قرار میگیرد به صورت خودکار با محیط اطراف و دیگر گره‌های همسایه خود ارتباط برقرار میکند.
عدم قابلیت اطمینان: با توجه به اینکه گره‌ها در محیط فیزیکی در مکانهایی قرار میگیرند که به طور معمول دسترسی به آنها غیر ممکن است، قابل اطمینان نیستند و ممکن است دچار آسیب فیزیکی شوند و یا مورد نفوذ بیگانه قرار گیرند.
افزونگی زیاد داده ها: چون این نوع شبکه ها در نقاط مختلف تراکم زیادی دارند، ممکن است یک مکان خاص توسط چندین گره پوشش داده شود، بنابراین اطلاعاتی که هر یک از این گره‌ها از آن نقطهی خاص به دست میآورند یکسان است.
متناسب با کاربرد شبکه: شبکه های حسگر بی‌سیم با توجه به کاربردی که دارند با یکدیگر متفاوت هستند و متناسب با کاربرد طراحی میشوند.
الگوی انتقال چند به یک: در بیشتر شبکه های حسگر بی‌سیم، اطلاعات به دست آمده از محیط از سوی حسگرها به سمت یک ایستگاه اصلی انتقال مییابند. در شکل ۱-۱ این الگو نشان داده شده است.
شکل ۱-۱٫ الگوی انتقال چند به یک در شبکه‌های حسگربی‌سیم
توپولوژی متغیر شبکه: توپولوژی شبکه های حسگر بیسیم مدام در حال تغییر است و این تغییر از مواردی چون آسیب دیدن گره‌ها، اضافه شدن گره‌های جدید و یا اتمام انرژی گره‌ها ناشی می‌شود.
مقیاس پذیری: پروتکلهای مسیریابی باید با اندازهی شبکه تطابق داشته باشند. همچنین ممکن است تمام گرهها توانایی های یکسانی نداشته باشند و یا ارتباطات بین گرهها متقارن نباشد. یک پروتکل مسیریابی کارآمد باید این ناسازگاری‌های شبکه حسگر بی‌سیم را مدیریت کند.

۱-۳ ساختار گره‌ حسگر

در بیشتر موارد تعدادی از مراحل الگوریتم‌های مسیریابی در حسگرها اجرا می‌شوند، بنابراین یک گره‌ حسگر باید مقداری هوشمندی داشته باشد. البته این هوشمندی به دلیل محدودیت‌ انرژی و همچنین محدودیت سخت افزاری بسیار محدود است. به‌طور معمول معماری یک گره‌ حسگر هوشمند به صورتی که در شکل ۱-۲ نشان داده شده است]۲۸[، در نظر گرفته می‌شود.
شکل۱-۲٫ ساختارگره‌ی حسگر

۱-۴ قالب پیام

در شبکه های حسگر بیسیم داده‌های دریافت شده از محیط فیزیکی در قالب بسته هایی قرار می‌گیرند و به گره‌های همسایه و یا ایستگاه اصلی ارسال می‌شوند. با توجه به نوع کاربرد شبکه، اندازه و قالب این بسته ها متفاوت است. در اکثر کاربردها، اندازهی این بسته ها در یک شبکه‌ی حسگر بی‌سیم یکسان و ثابت است. همچنین اندازه این بسته ها میتواند به صورت پویا تغییر کند، به نحوی که در یک شبکه بسته‌های حاوی داده‌ها، اندازه‌های گوناگونی داشته باشند. شکل ۱-۳ یکی از این قالب‌های پیام را نشان می‌دهد که در بیشتر پروتکل‌های سلسله مراتبی استفاده می‌شود ]۹[.
شکل ۱-۳٫ نمونه قالب پیام در شبکه‌های حسگر بی‌سیم
در ادامه، ساختار این مقاله به این صورت است که در فصل دوم کارهای مرتبط با مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم مطرح گردیده است، فصل سوم الگوریتم مسیریابی ارائه شده‌ی این مقاله را شرح می‌دهد، در فصل چهارم نحوه‌ی شبیه‌سازی شبکه‌ی حسگر بی‌سیم و الگوریتم مسیریابی پیشنهادی بررسی شده، در فصل پنجم نتایج حاصل از شبیه‌سازی و مقایسه با دیگر پروتکل‌های مسیریابی نمایش داده شده است و در پایان نتیجه‌گیری و کارهای آتی بیان شده است.

چکیده فصل اول

در این فصل ویژگیهای شبکه های حسگر بیسیم و ضرورت مسئله‌ی مسیریابی در این شبکه‌ها مطرح شد. همچنین چالش‌هایی که در مقابل ارایه‌ی یک پروتکل مسیریابی است بررسی شدند. تفاوت بین این نوع شبکه ها با سایر شبکه های بی‌سیم بیان شد. در این فصل دریافتیم که شبکه های حسگر هم ازنظر سخت‌افزاری و هم از نظر نرم افزاری تفاوت زیادی دارند، بنابراین هریک از انواع این شبکه‌ها به پروتکل‌های خاص خود نیاز دارند و باید منطبق با کاربرد شبکه طراحی شوند. محدودیت انرژی به عنوان مهمترین چالش شبکه‌های حسگر بی‌سیم مطرح شد که در ارائه یک پروتکل مسیریابی بهینه باید به خوبی کنترل شود.
فصل دوم
بررسی کارهای
مرتبط

۲ کارهای مرتبط

۲-۱ مقدمه

محدودیت انرژی در شبکه‌های حسگر به‌عنوان مهمترین چالش پیش‌روی پروتکل‌های مسیریابی برای بی‌سیم تحقیقات بسیاری برای ارایه‎‌ی یک روش مناسب مسیریابی با هدف افزایش طول عمر شبکه صورت گرفته است. با توجه به ویژگی‌های پروتکل‌های مسیریابی و همچنین ویژگی‌های شبکه‌ی حسگر بی‌سیم، پروتکل‌های مسیریابی به چند دسته تقسیم می‌شوند. در ادامه انواع پروتکل‌های مسیریابی و تعدادی از کارهای انجام شده در زمینه‌ی مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم بررسی شده است.

۲-۲ انواع پروتکل‌های مسیریابی

همانطور که در فصل اول اشاره شد یکی از محدودیت‌های شبکه‌های حسگر این است که گره‌های حسگر دارای انرژی محدودی هستند. انرژی لازم برای انتقال اطلاعات در یک شبکهی حسگر بیسیم توسط باتریهای تعبیه شده در گره تامین می‌شود. هنگامی که این انرژی پایان یافت تعویض این باتریها بسیار دشوار و در بیشتر موارد غیر ممکن است. بنابراین بسیاری از روش‌ها و پروتکل‌های شبکه‌های غیر بی‌سیم برای استفاده در شبکه های حسگر ناکارآمد است. در زمینهی مسیریابی، روشها و پروتکل‌های بسیاری ارائه شده است که هدف بیشتر این روشها افزایش طول‌عمر شبکه است. در این فصل تعدادی از این روشها به همراه چند دیدگاه برای دسته‌بندی آنها ذکر خواهد گردید. از یک دیدگاه]۱۰[ میتوان روش‌های مسیریابی را به هفت گروه تقسیم کرد که در جدول ۲-۱ نشان داده شده است:
در این بخش به طور خلاصه ویژگیهای مهم این گروه‌ها بیان شده و مناسب‌ترین پروتکل از نظر نتایج شبیه‌سازی ویا مهمترین پروتکل از نظر میزان کاربرد در هرگروه معرفی خواهند شد.
جدول۲-۱٫ انواع پروتکل‌های مسیریابی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم]۱۰[