چکیده

شبکه هاي حسگر بی سیم نوع جدیدي از شبکه هاي راهبردي ارتباطاتی نوین می باشند. هرحسگر به تنهایی توانایی ناچیزي دارد، ترکیب صدها حسگر کوچک امکانات جدیدي را عرضه می کند. بی شک طراحی چنین شبکه هایی همچون شبکه هاي دیگر مشکلات خاص خود را در پی خواهد داشت، یکی از مهمترین مشکلات شبکه هاي حسگر بی سیم وقوع ازدحام ناشی از بالا بودن ارسال انتقال اطلاعات در شبکه می باشد. این امر موجب از بین رفتن اطلاعات و اتلاف توان در گره ها می شود. ازدحام باعث محدودیت هایی نظیر محدودیت انرژي وحجم بافر کم گره ها و محدودیت هاي نظیر حساسیت به تاخیر و تغییرات آن در شبکه حسگر می شود. فلذا می بایست این ازدحام را کنترل نمود. در این مقاله سعی شده است تا با مروري بر مفاهیم شبکه هاي حسگر بی سیم و با تمرکز بر موضوع کنترل ازدحام اهمیت و ضرورت آن در شبکه هاي حسگر بی سیم مورد بررسی قرار گیرد.

واژههاي کلیدي: شبکه هاي حسگر بی سیم،کنترل ازدحام،تشخیص ازدحام

مقدمه

شبکه هاي حسگر بیسیم به عنوان یکی از مهم ترین تکنولوژي هاي قرن ۲۱ شناخته شده اند. با توجه به پیشرفت هاي اخیر در زمینه هاي مدارهاي با توان پایین و تکنولوژي هاي رادیویی و سیستم هاي MEMS، شبکه هاي حسگر بیسیم بر پایه یکی از نمونه هاي جمع آوري اطلاعات بر پایه استفاده از تعداد زیادي نودهاي حسگر مورد توجه قرار گرفت. [۱] این تکنولوژي مخابرات بی سیم به کمک حسگر هاي کوچک، ارزان قیمت و هوشمند قادر هستند یک ناحیه فیزیکی و شبکه بندي شده با استفاده از لینک هاي بیسیم و اینترنت فراهم کنند. این حسگرهاي کوچک توانایی اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده اي

براي ایجاد و گسترش شبکه هاي موسوم به شبکه هاي بی سیم حسگر شده اند. یک شبکه حسگر از تعداد زیادي گره هاي حسگر است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده لزوماً مکان قرار گرفتن گره هاي حسگري، از قبل تعیین شده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می آوردکه بتوانیم آنها را در مکان هاي خطرناك و یا غیر قابل دسترس رها کنیم؛ از طرف دیگر این بدان معنی است که پروتکل ها و الگوریتم هاي شبکه هاي حسگرها باید داراي توانایی هاي خود ساماندهی باشند. ازدحام در شبکه هاي حسگر بی سیم نه تنها باعث کم شدن بسته ها می شود، بلکه باعث هدر رفتن انرژي باطري نیز می گردد. بنابراین بالا بردن عمر گره هاي حسگر باید ازدحام را کنترل نمود .[۲] در این مقاله سعی بر آن است تا به معرفی شبکه هاي حسگر بی سیم و خصوصیات آن پرداخته شود. سپس با تعریف پدیده ازدحام

۱

به بررسی و مقایسه پروتکل هاي کنترل ازدحام می پردازیم.

شبکه هاي حسگر بیسیم چیست؟

یک شبکه حسگر بیسیم در حالت کلی از یک یا چند ایستگاه اصلی و ده ها یا هزاران نودهاي حسگر پراکنده شده در فضاي فیزیکی تشکیل شده است. این نودها می توانند اطلاعات فیزیکی را حس کنند، اطلاعات حس شده را پردازش کنند و اطلاعات پردازش شده را به ایستگاه اصلی گزارش دهند. ایستگاه اصلی می تواند اطلاعات را استخراج کند و حتی رفتار نودهاي حسگر را کنترل کند. یک شبکه حسگر می تواند براي رخداد هاي نمایش و جمع آوري داده ها در بعضی محیط هاي خاص که استفاده از دیگر شبکه ها دشوار یا هزینه بر است، مورد استفاده قرار گیرد. هر نود حسگر شامل یک میکروکنترلر کوچک منحصر به فرد است که با حسگرهاي دیگر و اهداف شبکه متناسب هستند. این نودهاي حسگر ارزان قیمت چند منظوره با توان پایین، از نظر ابعاد کوچک و از قابلیت حسگري برخوردارند. اجزاي اصلی این حسگرها شامل[۳] واحد حسگر، واحد پردازش، واحد ارتباطات و واحد توان می باشد.

واحد حسگر

این واحد از یک یا چند حسگر و مبدل آنالوگ به دیجیتال ساخته شده است. مهم ترین هدف این واحد حس کردن یا اندازه گیري داده هاي فیزیکی از ناحیه هدف است.
واحد پردازش

این پردازشگر معمولاً از خانواده هاي میکروپروسسور، میکروکنترلر یا FPGA ها می باشند. همچنین این واحد به ذخیره سازي احتیاج دارد که معمولا به طور گسترده از Flash memory به علت قیمت مناسب و ظرفیت ذخیره سازي استفاده می شود.

واحد ارتباطات

انواع مختلف شبکه حسگرها از سه نوع مخابرات نوري، مادون قرمز و فرکانس رادیویی تشکیل شده اندمعمولاً. فرکانس رادیویی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به یک آنتن دارد.

واحد توان

مصرف توان یکی از ضعف هاي اصلی شبکه هاي حسگر

می باشد؛ چرا که براي تأمین توان سیستم به منظور راه اندازي تمام اجزاء موجود سیستم به باتري نیاز لست.

کاربردهاي شبکه

حسگر ها می توانند براي آشکارسازي یا نمایش متنوع پارامترهاي فیزیکی با شرایط مختلف از جمله: نور با صدا، رطوبت، فشار، دما، ترکیب خاك، کیفیت آب و هوا مورد استفاده قرار بگیرند.[۴] حسگرهاي بیسیم نسبت به حسگرهاي سیمی مرسوم از مزایاي قابل توجهی برخوردارند. حسگرهاي بیسیم نه تنها موجب کاهش هزینه و تأخیر در چیدمان می شوند، بلکه براي هر محیطی خصوصاً محیط هایی که استفاده از شبکه هاي حسگر مرسوم در آنها غیرممکن است؛ مانند زمین هاي غیرقابل سکونت، مناطق

جنگلی، فضاي خارج از جو زمین و یا اقیانوس هاي عمیق به کار می روند.
تعریف ازدحام و دلایل به وجود آمدن آن

بسیاري از کاربردهاي ذکر شده براي پیاده سازي نیازمند شبکه هاي حسگر می باشند. واضح است که طراحی چنین شبکه هایی چالش ها و مشکلات خاصی در بر دارند. محدودیت ها و مشکلاتی که باعث به وجود آمدن این امر می شود،اولاً در ذات شبکه هاي حسگر وجود دارد ثانیاًو انتقال اطلاعات چندرسانه اي و کاربردهایی که از این اطلاعات استفاده می کنند، موجب به وجود آمدن ازدحام می شود. به همین منظور لازم است که لایه هاي این شبکه به درستی تحلیل شوند و مکانیسم هاي مناسب براي انتقال اطلاعات چند رسانه اي در شبکه حسگر براي هر لایه معرفی شود. یکی از این لایه ها، لایه انتقال می باشد. این لایه به دلایل زیر یکی از مهم ترین لایه هاي شبکه حسگر می باشد: