بررسی امنیت در شبکه های بی سیم و روش های تأمین آن

چکیده:
شبکه‏های بی‌سیم امروزه کاربردهایی بیشتر از شبکه‌های معمولی دارند چرا که سرعت گسترش درآنها بسیار بیشتر از شبکه‏های معمولی است، استفاده از شبكه‌ها ی بی‌سیم نیازمند آن است كه شما امنیت را در آن جدی بگیرید چرا كه اگر این موضوع را سطحی تلقی كنید، ممكن است افراد دیگر نیز از شبکه بی‌سیم شما استفاده كنند. شبکه‌های بی‌سیمیکی از تکنولوژی های

جذابی هستند که توانسته‏اند توجه بسیاری را بسوی خود جلب نمایند و عده ای را نیزحیرت زده کنند و هرچند این تکنولوژی جذابیت و موارد کاربرد بالایی دارد ولی مهمترینمرحله که تعیین کننده میزان رضایت از آن را بدنبال خواهد داشت، ارزیابی نیاز ها و توقعات و مقایسه آن با امکانات و قابلیت های این تکنولوژی است. در صورتی كه شما هم یکی از کاربران شبکه‌های بی‌سیم باشید و یک مودم وای فای در منزل داشته باشید، از طریق آن به اینترنت متصل می شوید. در این صورت

برای استفاده و شارژ کردن آن می‌بایست هزینه‌ای را پرداخت كنید. مطمئناً شما هم دوست ندارید که کسی به شبکه بی‌سیم تان متصل شده و از اینترنت شما استفاده كند. برای امنیت بیشتر بهتر است با یك سری از مسائل امنیتی آشنا شوید. امروزه امنيت شبكه يك مساله مهم براي ادارات وشركتهاي دولتي وسازمآنهاي بزرگ وكوچك است تهديدهاي پيشرفته از تروريست هاي

فضاي سایر كارمندان ناراضي وهكرهاي رويكردي سيستماتیک براي امنيت شبكه مي طلبد. با طرح قابليت امنيتي اين استاندارد مي توان از محدوديت آن آگاه شد. همانطور که می دانیم شبکه‌های بی‌سیم به طور گسترده‌ای در محیط های تجاری استفاده می شوند. تکنولوژی بی‌سیم برای شبکه‌های صوت وداده نیز استفاده می‌شود که در این پروژه به طور کامل درمورد استفاده های موجود در شبکه‌های کامپیوتری بیان می‌کنیم. شبکه‌های بی‌سیم فراهم کننده ی فوایدی در

محدودۀ سیِّار می‌باشند و پیکربندی ونصب آنها آسان است. دراین پروژه دربارۀ معماری پروتکل، که ساختاری لایه ای که شامل سخت افزار ونرم افزار است که تبادل داده ها را بین سیستم ها حمایت می‌کند به طور مختصر بیان شده است. وهمچنین علاوه براین، به دلیل اینکه حسگرها ذاتاً خودکار عمل می‌کنند (یعنی مراقبتی از لحاظ فیزیکی از آنها نمی‌شود).

جنبه های اصلی امنیتی شبکههای حسگربی‌سیم را به چهاردستۀ اصلی تقسیم کرده‏اند:
۱- موانع امنیتی شبکۀ حسگر که برای ایجاد امنیت کاربرد دارند.
۲- نیازمندی‌های یک شبکۀ حسگر بی‌سیم امن یا کارهای لازم برای ارتقاء امنیت
۳- حملات (آفندی)
۴- اقدامات دفاعی (پدافندی)

فهرست جداول

عنوان صفحه
شکل ۲- ۱ هدف در یک شبکه بی‌سیم ۱۰
شکل۲-۲مسیریابی گره ۱۵

شکل۲-۳ساختار خودکار ۱۸
شکل ۲-۴ ساختار نیمه خودکار ۱۸
شکل ۲-۵ ساختمان گره ۲۰
شکل ۲- ۶ کاربردهای شبکه حسگر ۲۳
شکل ۲- ۷پشته پروتکل شبکه‌های حسگر ۳۱
شکل ۲- ۸زیر ساخت شبکه ای ۳۳
شکل ۲-۹ اجزای داخلی شبکه حسگر ۴۱
شکل ۴- ۱ ساختار LIDS 95

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
جدول ۲-۱ دیدگاه کلی از پروتکل های MAC برای شبک

ه های حسگر ۳۳
جدول شماره ۲-۲ فرمول لایه های شبکه ۴۹
جدول شماره ۲-۳ پروژه های تحقیقاتی رایج ۵۱
جدول۴- ۱:خلاصه ای از عملکرد رمز نگاری ۷۸
جدول ۴- ۲ لایه¬های شبکه حسگر و دفاع / حملات Dos 81

فصل اول:
کلیات تحقیق

چکیده: این پروژه بر مبنای ایجاد امنیت در شبکه‌های بی‌سیم می‌باشد شبکه‏های کامپیوتری در امنیت باشند به راحتی توسط استفاده کنندگان مورد تائید قرار می‌گیرند که این یک امری است بدیهی و در اکثر مواقع باعث این می‌گردد که تمایلات تولید کننده‌گان به سمت ایجاد امنیت بیشتر برود و این به نوبه خود می‌تواند باعث جلوگیری از نفوذ گردد.
بیان مسأله
بیان مسأله بدین گونه است که پیشرفت‏های اخیر در فناوری ساخت مدارات مجتمع در اندازه های کوچک از یک سو و توسعه فناوری ارتباطات از سوی دیگر زمینه ساز طراحی شبکه‌های حسگر

بی‌سیم شده است.امروزه زندگی بدون ارتباطات بی‌سیم مشکلات بسیاری را در پیش رو دارد. بدلیل اینکه حسگرها ذاتاً خودکار عمل می‌کنندسبب می‎‏شود که حملۀ فیزیکی به سنسورها می‏تواند نقش مهمی در عملکردشبکه‌های حسگر بی‌سیمداشته باشد. امروزه کاربردهای بسیاری برای شبکه‌های حسگر مطرح شده است و روز به روز هم بر تعداد آنها اضافه می‌شود که در این پروژه بیان می‌کنیم. کاربرانشبکه‌هایبی‌سیم بیشترین رضایت را زمانی خواهند داشت که عمدهکارب

ری آن جهت دسترسی به اینترنت و منابع اینترنتی باشد.
حال مسئله اساسی مطرح شده در این پروژه این است که آیا امنیت در شبکه‌های بی‌سیم تآثیر بسزایی دارد؟وهمچنین چگونه می توان امنیت شبکه‌هایبی‌سیم را تأمین کرد؟

تاریخچه شبکه‌های بی‌سیم:
برای آنکه مبحث اصلی را شروع کنیم بیان تاریخچه آن بسیار مهم است که به بیان آن می‏پردازیم: تکنولوژی و صنعت حسگر بی‌سیم به دهه ۸۰ میلادی باز می گردد که بیشتر آن مربوط به نیمه‌های ابتدایی دهه می‏باشد. مانند هر تکنولوژی دیگری، پیشرفت شبکه‌های محلی بی‌سیم به کندی صورت می پذیرد. با ارائه استاندارد IEEE 802. 11b که پهنای باند نسبتاً بالایی را برای شبکه‌های محلی امکان پذیر می‏ساخت، استفاده از این تکنولوژی وسعت بیشتری یافت.در حال حاضر مقصود از شبکه بی‌سیم تمامی پروتکل ها و استاندارد های خانوادگی IEEE 802. 11b است.این شبکه

محلی بی‌سیم تجاری توسط فردی به نام Motorola پیاده سازی شد. این شبکه، به عنوان یک نمونه از این شبکه‌ها، هزینه‏ای بالا و پهنای باندی پایین را تحمیل می‏گردد که ابداً مقرون به صرفه نیست و هزینه‏های زیادی در بر دارد. از همان زمان به بعد در اوایل دهه ۹۰ میلادی، پروژه ی استاندارد ۸۰۲٫۱۱ توسط IEEEنهایی شده و تولید محصولات بسیاری برپایه‏ی این استاندارد آغاز شد.نوع a، با استفاده از فرکانس حاصل ۵GHZ، پهنای باندی تا ۵Mbps را فراهم می‌کند. در حالی که نوع b با استفاده از فرکانس حاملGHZ 4 و ۲، تا ۱۱ mbpsپهنای‏باندرا‏پشتیبانی‏می‏کند که نسبتا پهنای باند خوبی است.

اهمیت پژوه:
برای بیان اهمیت پروژه باید گفت که شبکه‏های بی‌سیم با توجه به آنکه قدمت کمی دارن اما بسیار دارای اهمیت می‏باشند،و بعد از بیان اهمیت پروژه به بیان اهداف می‌پردازیم.
با توجه به اینکه هميشه فناوري امنيت شبکه‌هاي بي‌سيم در حال بسط و گسترش است،راه حل امروز، براي فردا چاره ساز نبوده و سيستم‏ها همچنان آسيب‏پذير باقي مي‏مانند.امنيت شبکه بي‌سيم يک موضوع ديناميکي است و مشکلات جديدی به سرعت در آن پديدار شده‌اند.محققان با برنامه‏هايي که براي يک مدت کوتاه یا چند ماه، در اينترنت قابل دسترسي بوده، مشکلاتي پيدا کردند.از سوي دیگرکليدهاي استفاده شده در شبکهبی‌سیم طوری طراحی شده‌اند که اجازه به

ديگر عامل‏های فروش تجهيزات کامپيوتر و هيئتهاي استاندارد که دائماً وضعيت امنيت شبکه را به سيستمهاي مقابله کننده با اين مشکلات اعمال کرده‏اند داده نشده وبا این کار راه حلها را براي نسل بعدي محصولات آماده مي کنند.در اين پروژهرابطه برخورد استفاده کنندگان از فناوري را در ارتباط با امنيت شبکه‏هاي بي‏سيم بررسي مي‏کنيم. معمولاً وقتي درباره امنيت بي سيمي بحث مي کنيم، تمرکز روي فناوري جديد است.غريزه طبيعي ما در جستجوي راه بهتر براي محافظت اطلاعات از مهاجمان راه‏حلهاي فني براي مشکلات امنيتي است. دانشمندان صنعتي علاقمندند اين موضوع را محک زدن آينده بنامند. وقتی که شبکه‏های کامپیوتری در امنیت باشند به راحتی توسط استفاده کنندگان آنها تأمین می شوند.

 

تعریف اصطلاحات:
حسگر : حسگر وسيله اي كه وجود شيئ یا جسمی یا رخداد يك وضعيت يا مقدار يك كميت فيزيكي را تشخيص داده و به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. حسگر انواع مختلف دارد مانند حسگرهاي دما, فشار, رطوبت, نور, شتاب‏سنج.
گره حسگر: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند حسگر باشد.
گره كارانداز: به گره ای گفته مي شود كه فقط شامل يك يا چند كارانداز باشد.
گره حسگر/كارانداز: به گره ای گفته مي شود كه مجهز به حسگر و كار انداز باشد.

شبكه حسگر: شبكه اي كه فقط شامل گره‌هاي حسگر باشد. اين شبكه نوع خاصي از شبكه حس/كاراست. در كاربردهايي كه هدف جمع آوري اطلاعات و تحقيق در مورد يك پديده مي باشد كاربرد دارد. مثل مطالعه روي گردبادها.
میدان حسگر/کارانداز : ناحیه کاری که گره‌های شبکه حس/کار در آن توزیع میشوند.
شبكه حس/كار: شبكه اي متشكل از گره‌هاي حسگر و كار انداز يا حسگر/كارانداز است كه حالت كلي شبكه‌ها ي مورد بحث مي باشد. ( شریف زاده، فتاح وکاظمی، مهدی، امنیت در شبکه‌ها، نشرقومس۱۳۷۷)

شبکه ی ارتباطی: مجموعه ای از واحدهای عملیاتی مرتبط است که سرویس های ارتباطات داده را بین ایستگاههای متصل به شبکه فراهم می‌کنند.
رمزگذاری متداول: همان رمزگذاری متقارن می‌باشد.
معماری ارتباطات: شامل ساختار سخت افزار ونرم افزاری است که ارتباطات را پیاده سازی می‌کنند.

سوالها یا فرضیه های پژوهش:
سؤالهای پژوهشی به قرار زیر است:
۱-چرا امنیت در شبکه‏های بی‌سیم دارای اهمیت بیشتری نسبت به شبکه‏های با سیم است؟
۲- امنیت در شبکه‌های حسگر بی‌سیم چگونه سرعت تکنیک های امنیتی را در شبکه‌های سنتی بالا می برد؟
۳- سنسورها در عملکرد شبکه‏های حسگر بی‌سیم چه نقشی دارند؟
۴- امنیتی که بر شبکه‌های بی‌سیم حاکم است و نیز تأثیری که سیستم امنیت بر تغییر و جابه‏جایی این شبکه‏های حسگر بی‌سیم دارد چیست؟
۵- روشهای پیشنهادی برای برقراری امنیت کدامند؟
اهداف اصلی:
هدف کلی این تحقیق عبارت است از: بررسی نقش امنیت درشبکه‌های کامپیوتری و روش‏های تأمین آنها.
اهداف جزئی این تحقیق به قرار زیر می‌باشند:
۱- دستیابی به روشهای برتر سیستم امنیت در شبکه‌های حسگر وبی‌سیم و تأمین آنها.
۲-شناخت میزان تأثیر هریک ازاجزاء سیستم امنیت در شبکه‌های بی‌سیم و تأمین آنها.
۳- متغیرهایی که واسطه رسیدن به سیستم امنیت در شبکه‏های حسگر نقش ویژه‏ای در اهداف اصلی این پروژه دارند.

روش تحقیق
برای بیان روش پژوهش باید به کلیات مطالب گردآوری شده توجه نمود، هر محقق و پژوهشگری بعد از تعیین و تنظیم موضوع تحقیق با توجه به ویژگی‏های موضوع باید درصدد انتخاب روش تحقیق باشد. هدف از روش تحقیق این است که مشخص کنیم از چه راه و شیوه‌ای می توان به موضوع مورد نظر دست یافت. تعیین روش، بستگی به ماهیت موضوع، اهداف و امکانات و منابع در دسترس دارد. پژوهشگر پس از تعیین و تنظیم موضوع تحقیق باید در فکر انتخاب روش انجام تحقیق باشد. هدف از انتخاب روش انجام تحقیق این است که مشخص کنیم چه روشی برای موضوع خاصی لازم است؟ باید به خاطر داشت محقق به خوبی آگاهی دارد که آنچه یافته است تا چه حد بستگی به نوع کاوش او برای دست یافتن به آن دارد. این پروژه شامل ۵ فصل می‌باشد که در فصل اول کلیات تحقیق وبیان مسأله واهداف وضرورت ها وتاریخچه موضوع را بیان می‌کند وفصل دوم آشنایی با کاربرد حسگرها در شبکه‌های امنیتی ودر فصول سوم وچهارم بیان کار اصلی ازجمله یافته ها وطرح های پیشنهادی ومقایسه ها، در فصل نتیجه گیری وبیان پیشنهادات می‌باشد.
دلایل انتخاب این نوع روش‌:
با توجه به اینکه روش این تحقیق (توصیفی – کتابخانه‌ای) می‌باشد به بیان دلایل انتخاب این روش می‌پردازیم:
چرا ما روش (توصیفی – کتابخانه‌ای) را انتخاب کرده‌ایم؟زیرا از یک طرف به توصیف نظرات مختلف در مورد شرایط و ویژگی‌های احراز سیستم اطلاعات و نقش فرهنگ سازمانی می پردازد و از طرفی از منابع و مأخذ مورد استفاده قرار گرفته شده از کتب و متون علمی مدیریت وفناوری اطلاعات و مدیریت اطلاعاتی موجود در کتابخانه‌ها و مرکز علمی پژوهشی و همچنین استفاده از پایان‌نامه‌های موجود در کتابخانه مرکزی شهر اصفهان و همچنین پروژه‌های تحقیقاتی ومقاله در زمینه فناوری اطلاعات و امنیت شبکه‌ها استفاده شده است.

مقدمه
امنیت موجود در شبکه‌های حسگر به صورتی در این پروژه بیان می گردد که باید برای تأمین آن از فناوری رمزگذاری استفاده نمایید. يک شبکه حسگر شامل تعداد زيادي گره‌هاي حسگر است که در يک محيط بطور گسترده پخش شده و به جمع آوري اطلاعات از محيط مي‌پردازند. لزوماً مکان قرار گرفتن گره‌هاي حسگر، از قبل تعيين شده و مشخص نيست. چنين خصوصيتي اين امکان را فراهم

مي‌آورد که بتوانيم آنها را در مکآنهاي خطرناک و يا غيرقابل دسترس رها کنيم. يک حمله استاندارد در شبکه‌‌هاي حسگر بي‌سيم، ايجاد پارازيت در يک گره يا گروهي از گره‌ها مي باشد. حمله بر روي اطلاعات در حال عبور در يک شبکه حسگر از ديگر موارد تهديد کننده امنيت در اين شبکه‌ها است، حسگر‌ها تغييرات پارامتر‌هاي خاص و مقادير را کنترل مي‌کنند و طبق تقاضا به چاهک گزارش مي‌دهند. در زمان ارسال گزارش ممکن است که اطلاعات در راه عبور تغيير کنند، مجدداً پخش

شوند و يا ناپديد گردند. از آنجايي که ارتباطات بي‌سيم در مقابل استراق سمع آسيب پذير هستند، هر حمله کننده مي‌تواند جريان ترافيک را کنترل کند، در عمليات وقفه ايجاد کند و يا بسته‌ها را جعل کند. بنابراين، اطلاعات اشتباه به ايستگاه ارسال مي‌شود. به دليل اينکه گره‌‌هاي حسگر معمولا داراي برد کوتاهي براي انتقال ميباشند و منابع محدود دارند، حمله کننده‌اي با قدرت پردازش بالا و برد ارتباطي بيشتر مي‌تواند بطور همزمان براي تغيير اطلاعات واقعي در طول انتقال، به چندين

حسگر حمله کند. هدف از انجام اين پروژه، تحقیق وبررسی امنیت در شبکه‌های حسگر بی‌سیم وتأمین آنها به روشهای گوناگون که جوابگوی آن باشد. این پروژه شامل ۵ فصل می‌باشد که فصل اول آن کلیات تحقیق و مربوط به بيان مساله، اهداف، ضرورت ها، تاريخچه موضوع، چارچوب پروژه و كلاً شامل مقدمات پايان نامه مي باشد. فصل ۳ و ۴٫ مربوط به بيان كار اصلي محقق (شامل يافته ها، طرح پيشنهادي، مقايسه‌ها) مي باشد. فصل ۵٫ شامل نتيجه گيري و بيان پيشنهادات (در مورد موضوع تحقيق و يا تحقيقات آینده) مي باشد.

فصل دوم :
مبانی نظری (تعریف شبکه‌های حسگر«بی‌سیم» وکاربرد آنها)

 

مقدمه
شبکه‌های بی‌سیم اگرچه دارای مشکلات متعددی بوده‌اند اما در اکثر مواقع حد و مرز‌ها را از بین برده‌اند پیشرفتهای اخیر درکوچک‌سازی، طراحی مدارهای کم مصرف وتجهیزات ارتباطی بی‌سیم ساده و کم مصرف، همچنین توسعه شرکت¬های تولیدکننده منابع انرژی کوچک به¬همراه کاهش هزینه¬های تولید کارخانه‌های موجب ایجاد فناوریجدیدی بانام شبکه¬های حسگر¬بی‌سیمگردید. پیشرفت فناوری¬های MEMS، ارتباط بی‌سیم والکترونیک دیجیتال، امکان ساخت گره¬های حسگرکم هزینه، با مصرف کم چندمنظوره ودراندازه¬های کوچک رابرای ارتباط درفواصل کوتاه فراهم ساخته است. این حسگرهای کوچک که شامل حسگر، واحد پردازش و واحد ارتباط می‌باشند، ایده شبکه¬های حسگر بی‌سیم را برمبنای همکاری وهماهنگی تعداد زیادی ازاین گره¬ها ایجاد نموده¬اند. این شبکه¬ها، حداقل امکانات محاسباتی و برخی ابزارهای حسی را برای حس محیط پیرامونی خود درقالب نوع جدیدی از شبکه¬ها که به صورت گسترده درمحیط قرارمی گیرند بکار می برند. از حسگرها برای حس پارامترهایی نظیردما، نور، لرزش، صدا، تابش، رطوبتاستفاده می‌شود. به دليل اينکه گره‌‌هاي حسگر معمولا داراي برد کوتاهي براي انتقال مي‌باشند و منابع محدود دارند، حمله کننده‌اي با قدرت پردازش بالا و برد ارتباطي بيشتر مي‌تواند بطور همزمان براي تغيير اطلاعات واقعي در طول انتقال، به چندين حسگر حمله کند. هدف از انجام اين پروژه تحقيق پيرامون پروتکل هاي امنيتي در اين شبکه‌ها مي باشد که در بخش‌های آتی آن‌ها را بیان خواهیم کرد.

یک شبکه حسگر از تعداد زیادی گره¬های حسگر تشکیل شده که به صورت متراکمی در اطراف پدیده فیزیکی مورد نظر پخش شده‌اند و دارای قابلیت جابه جایی می‌باشند.

نکته مهم در مورد شبکه¬های حسگر بی‌سیم این است که نیاز نیست مکان حسگرهاکاملا مهندسی شده باشد، این خاصیت در کاربردهایی که امکان چینش حسگرها وجود ندارد یا این که امکان تغییر محل آنها وجود دارد از اهمیت زیادی برخوردار است. نکته مهم دیگر در شبکه¬های

حسگربی‌سیم همکاری جمعی گره¬های حسگر می‌باشد. گره¬های حسگر شامل واحد پردازش می‌باشند، در نتیجه به‌جای ارسال داده خام به مقصد، از پردازنده خود استفاده کرده و بر روی داده ارسالی، محاسباتی در حد توان خود انجام می‌دهند و تنها قسمت¬های مورد نیاز داده مورد نظر را ارسال می نمایند. خصوصیاتی که از شبکه¬های حسگر بی‌سیم ذکر گردید امکان پشتیبانی

از کاربردهای زیادی را به وجود می‌آورد. به عنوان مثال می توان به کاربرد درموارد سلامت، صنایع نظامی، امنیت اشاره کرد. در واقع می توان گفت شبکه¬های حسگر، کاربر نهایی را نسبت به محیط اطراف خود هوشمند تر و اگاه تر می سازد که باعث افزایش سرعت نیز می‌گردد.
تعریف و ساختمان شبکه‌های حسگر
پیشرفت‌های اخیر در فناوری ساخت مدارات مجتمع در اندازه‌های کوچک از یک سو و توسعه فناوری ارتباطات از سوی دیگر زمینه ساز طراحی شبکه‌های حسگر بی‌سیم شده است.امروزه زندگی بدون ارتباطات بی‌سیم و ایجاد مدارات کوچک و کوچک‌تر باعث شده با استفاده از مدارات بی‌سیم در اغلب وسایل الکترونیکی امروزی امکان‌پذیر باشد. این پیشرفت‌ها همچنین باعث توسعه ریز‌حسگرها شده است.این ریزحسگرها توانایی انجام حس‌های بی‌شمار درکارهایی مانند: جمع‌آوری اطلاعات در مناطق دور افتاده و مکآن‌هایی که برای اکتشاف انسانی فراهم آورده است.

تعریف شبکه‌های حسگر
شبکه حسگر- شبكه جسگر براي ايجاد به گره نياز دارد، کارانداز شبکه‌ای است تشکیل یافته از تعداد زیادی گره کوچک.در هر گره تعدادی حسگر- کارانداز وجود دارد این شبکه به شدت با محیط فیزیکی تعامل دارد که از طریق حسگر اطلاعات محیط را گرفته و از طریق کاراندازها واکنش نشان می دهد.ارتباط بین این گره‌ها به صورت بی‌سیم است. هرگاه به طور مستقل و بدون دخالت انسان کار می‌کند.درواقع تفاوت اساسی این شبکه‌ها، ارتباط آن با محیط پیرامون و پدیده های فیزیکی است.با این تفسیر که شبکه‌های سنتی ارتباط بین انسان‌ها و پایگاه‌های اطلاعاتی را فراهم می‌کند در حالی که یک شبکه ی حسگر- کارانداز مستقیماً با جهان فیزیکی و اجس

ام اطراف آن در ارتباط است، و با استفاده از حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده نموده، و براساس این مشاهدات تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می دهد.
ساختمان گره
گره داراي بخشهايي مي‌باشد كه به اختصار به بيان آنان مي‌پردازيم: واحد حسگر – کارانداز، واحد پردازش داده ها فرستنده- گیرنده بی‌سیم و منبع تغذیه. و همچنين داراي بخش‌هاي اضافي مي‌باشد و بخش‌های اضافی که شامل واحد متحرک ساز، مکان‌یاب و تولی توان نیز ممکن است بسته به کاربرد گره‌ها وجود داشته باشد.واحد پردازش داده شامل یک پردازنده کوچک، حافظه ویک باتری با ظرفیت محدود است كه امروز اين حافظه محدود نيز گسترش پيدا كرده است. داده‌ها را از حسگرها گرفته و بسته به کاربرد آن، پردازش محدودی روی آنها انجام داده و از طریق فرستنده ارسال می‌کنند.واحد پردازش مدیریت هماهنگی و مشارکت با سایر گره‌ها را در شبکه انجاممی‌دهند واحد فرستنده – گیرنده ارتباط با شبکه را برقرار می‌کنند.واحد حسگر شامل یک سری حسگر و مبدل آنالوگ به دیجیتال است، که اطلاعات آنالوگ را از حسگر گرفته و به صورت دیجیتال به پردازنده تحویل می دهد. واحد کارانداز شامل کارانداز و مبدل دیجیتال به آنالوگ است که کار آن به این صورت است که فرامین دیجیتال را از پردازنده گرفته و به کارانداز تحویل می دهد. ساختمان گره ساختماني است که یک عنصر اصلی را دارا مي‌باشد.واحد تأمین انرژی، توان مصرفی تمام بخش ها را تأمین می‌کند که اغلب یک باتری با انرژی محدود کی باشد. محدودیت منبع انرژی یکی از تنگناهای اساسی است که در طراحی شبکه‌های حسگر – کارانداز همه چیز را تحت تأثیر قرار می دهد.در کنار این بخش ممکن است واحدی برای تولید انرژی مثل سلولهای خورشیدی وجود داشته باشد.در گره‌های متحرک واحدی برای متحرک سازی وجود دارد.مکان یاب موقعیت فیزیکی گره را تشخیص می دهد.تکنیک های مسیردهی و وظایف حسگری به اطلاعات مکان با دقت بالا نیاز دارند.یکی از مزایای شبکه‌های حسگر- کارانداز از توانایی مدیریت ارتباط بین گره‌های درحال حرکت می‌باشد.
پایگاه داده در شبکه‌های بی‌سیم
پايگاه داده مجموعه‌اي از اطلاعات مي‌باشد كه داراي مديريت يكجا مي‌باشند. یک پایگاه داده ی توزیع شده که اندازه گیری های فیزیکی در مورد محیط را جمع‌آوری واندیس‌گذاری کرده وبا استفاده ازپرس وجوهای کاربر یا برنامه‌های خاری دیگر، به یا از داخل شبکه، قابل دسترس خواهد بود. پايگاه داده‌ها نسبتاً جدید هستند. و می‌تواند از تلاش‌های موجود در زمینه های “جریان های داده” و”شبکه‌های نظیر به نظیر” بهره ببرد. طراحي يك پايگاه داده ممكن است به صورت خطوطي از

برنامه باشد ولي براي مكان‌هايي از برنامه از قبل تعيين شده، استفاده مي‌شود ولي در هرصورت وجود پايگاه داده در شبكه بي‌سيم بسيار اهميت داردو براي مديريت و همچنين ايجاد امنيت بسيار مورد امر واقع شده است. كنترل كليه جريان‌ها در شبكه‌هاي بي‌سيم بر عهده پايگاه داده مي‌باشد.

معرفی شبکه حسگر:

شبكه حسگر كه داراي زير بخش‌هائي است و شبكه حسگر/كارانداز (حس/كار) شبكه اي است متشكل از تعداد زيادي گره كوچك كه در هر گره تعدادي حسگر و/يا كارانداز وجود دارد. شبكه به شدت با محيط فيزيكي تعامل دارد. بدين صورت اين تعامل انجام مي‌گيرد كه از طريق حسگرها اطلاعات محيط را گرفته و از طريق كارانداز‌ها واكنش نشان مي‌دهد. ارتباط بين گره‌ها بصورت بي‌سيم است. هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار می‌کند و نوعا از لحاظ فيزيكي بسيار كوچك است ودارای محدودیت هایی در قدرت پردازش, ظرفيت حافظه, منبع تغذيهمی‌باشد چرا كه براي طراحي كوچك بودن اين مشكل به وجود مي‌آيد. اين محدوديت‌ها مشكلاتي را بوجود مي آورد كه منشأ بسياري از مباحث پژوهشي مطرح در اين زمينه است. اين شبكه از پشته پروتكلي شبكه‌ها ي سنتي پيروي مي كند ولي بخاطر محدودیت ها و تفاوتهاي وابسته به كاربرد, پروتكل ها بايد باز نويسي شوند. اين مقاله ضمن معرفي شبكة حس/كار و شرح ويژگيها، محدوديت ها، كاربردها، ايده ها و چالش ها، به طرح موضوعات پژوهشي در اين زمينه مي‌پردازد. پيشرفتهاي اخير در فناوري ساخت مدارات مجتمع در اندازه هاي كوچك از يك سو و توسعه فناوري ارتباطات بي‌سيم از سوي ديگر زمينه ساز طراحي شبكه‌ها ي حس/كار بي‌سيم شده است. تفاوت اساسی این

شبکه‌ها ارتباط آن با محیط و پدیده های فیزیکی است شبکه‌های سنتی ارتباط بین انسآنها و پایگاه های اطلاعاتی را فراهم میکند در حالی که شبکه ی حس/کار مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است با استفاده از حسگرها محیط فيزيكي را مشاهده کرده, بر اساس مشاهدات خود تصميم گيري نموده و عمليات مناسب را انجام می‌دهند. نام شبكه حس/كار بي‌سيم يك نام عمومي

است براي انواع مختلف كه به منظورهاي خاص طراحي مي شود. برخلاف شبكه‌ها ي سنتي كه همه منظوره اند شبكه‌ها ي حس/كارنوعا تك منظوره هستند. در صورتي كه گره‌ها توانايي حركت داشته باشند شبكه مي تواند گروهي از رباتهای کوچک در نظر گرفته شود كه با هم بصورت تيمي كار مي كنند و جهت مقصد خاصي مثلا بازي فوتبال يا مبارزه با دشمن طراحي شده است. از ديدگاه ديگر اگر در شبكه تلفن همراه ايستگاههاي پايه را حذف نماييم و هر گوشی را یک گره

فرض گنیم ارتباط بین گره‌ها باید بطور مستقيم يا از طريق يك يا چند گره مياني برقرار شود. اين خود نوعي شبكه حس/كار بي‌سيم مي باشد. اگرچه به نقلي تاريخچه شبکه‌های حس/کار به دوران جنگ سرد و ايده اوليه آن به طراحان نظامي صنايع دفاع آمريكا برمی‌گردد. ولي اين ايده مي‌توانسته در ذهن طراحان رباتهاي متحرك مستقل يا حتي طراحان شبكه‌هاي بي‌سيم موبايل نيز شكل گرفته باشد. به هر حال از آنجا كه اين فن نقطه تلاقي ديدگاه هاي مختلف است تحقق آن مي تواند بستر پياده سازي بسياري از كاربردهاي آينده باشد. كاربرد فراوان اين نوع شبكه و ارتباط آن با مباحث مختلف مطرح در كامپيوتر و الكترونيك از جمله امنيت شبكه, ارتباط بلادرنگ‌, پردازش صوت و تصوير, داده كاوي, رباتيك ,طراحي خودكار سيستم هاي جاسازي شده‌اند.
ديجيتال ميدان وسيعي براي پژوهش محققان با علاقمندي هاي مختلف فراهم نموده است این تجهیزات می‌تواند کاربردهای زیادی در شبکه‌های کامپیوتری داشته باشد و براي توسعه هر بخش به اين زير مجوعه نياز داريم كه به اين منظور بايد بي‌سيم بودن محصولات نيز در نظر گرفته شود.

به بيان خصوصیات مهم شبکه‌های حسگر بی‌سیم مي‌پردازيم:

خصوصیات مهم شبکه¬های حسگر بی‌سیم عبارتند از:وابستهبهکاربرد:
بهدلیلادغامفناوری¬هایحسگر، پردازشوارتباطات، محدودهوسیعیازکاربردهاامکانپیادهسازیدرشبکه-هایحسگربی‌سیمرادارند. امابایدتوجه نمودکه نمی‌توان برای تمام کاربردها یک سناریو را اجرا نمود، بلکه هر کاربرد پیکربندی و پروتکل مخصوص به خود را نیاز دارد. به عنوان مثال شبکه¬های حسگر با تراکم پایین از حسگرها و نیز با تراکم بالایی از حسگرها کار می‌کنند در حالی که پروتکل¬های این دو حالت بسیار با یکدیگر متفاوت می‌باشند.
مقیاس‌پذیری: به صورت تئوری، شبکه¬های حسگر نسبت بهشبکه¬های تک‌کاره دارای تعداد بسیار بیشتری نهاد می‌باشند که نیاز به راه حل¬هایی متفاوت و مقیاس‌پذیرتر د

ارند.
تعاملبامحیط:ايجاد اينكه چگونه با اطرافمان تعامل داشته باشيم را تعامل با محيط مي‌گويند. بهدلیلتعاملشبکه¬هایحسگربامحیطاطرافشان، خصوصیاتترافیکیآنهابادیگرشبکه¬هایموجودمتفاوتمی‌باشد. بهطورمعمولشبکه¬هایحسگردارایترافیکیبانرخپایینمی‌باشند، امادرمواقعیکهپدیدهموردنظرروی می‌دهد دارای ترافیک انفجاری می‌گردند كه اين ترافيك نرخي بسيار پائين‌تر از حد معمول دارد.
خودپیکربندی: خودپيكربندي يك اصطلاح مي‌باشد كه بيشتر در زمينه طراحي و ساختار به كار مي‌رود، مشابه با شبکه¬های تک کاره شبکه¬هایحسگرنیازبهخودپیکربندی برای دارا بودن شبکه¬ای پیوسته دارند، اما به دلیل تفاوت در ترافیک و انرژی مصرفی روش¬های متفاوت مورد نیاز می‌باشد. به همین دلیل گره¬های حسگر نیاز به درک محل جغرافیایی خود دارند.
انرژی: انرژي يكي از مهمترين مباحث در شبكه‌هاي بي‌سيم مي‌باشد، مشابهبابعضیانواعشبکه¬هایتک‌کاره، منابعانرژیمحدودبودهومصرفانرژیمهمترینمعیاربرایپیکربندیآنهامی‌باشد. دربعضیموارد، باطریموجوددرگره-هایحسگرقابلشارژدوبارهنمی‌باشد و به همین دلیل نیاز به طول عمر بیشتر حسگر می‌باشد كه اين مي‌تواند يكي از معايب باشد و اگر باطري‌ها قابليت شار‍ژ مجدد بودند طول عمر حسگر كمتر مطرح بود و هزينه كمتري را طلب مي‌كرد.

قابلیتاطمینانوکیفیتسرویس: براي هر فردي كه خريدار باشد قابليت اطمينان و كيفيت خيلي مهمتر از زمان نباشد كمتر هم نيست چرا كه اگر به شبكه‌اي نتوان اعتماد و اطمينان داشت نمي‌توان با آن به كارهاي مهم پرداخت كه نيازمند دوباره‌كاري گردند، شبکه¬های حسگر بی‌سیم، مفاهیم متفاوتی از قابلیت اطمینان و کیفیت سرویس را ارائه می نمایند. در حال حاضر سرویس¬هایی که شبکه¬های حسگر ارائه می‌دهند کاملا مشخص نمی‌باشد. در بعضی موارد ارسال عادی بسته

کافی بوده و در بعضی موارد نیاز به اطمینان بسیار بالا در ارسال داریم. نرخ ارسال بسته معیار کاملی نمی‌باشد، مسأله مهم مقدار و کیفیت اطلاعات ارسالی به گره چاهک مورد نظر در مورد پدیده مشاهده شده می‌باشد، که در این مسأله بیان می‌گردد.
دادهمحور: بيشتر شبكه‌هاي بي‌سيم داده‌محور مي‌باشند تا اينكه منبع محور باشند در اکثر کاربردهای شبکه¬های حسگر، با استفاده افزونه از گره¬های حسگر می توان از منابع انرژی ضعیف‌تر و ارزان‌تر استفاده نمود. مورد مهمتر این است که این گره¬ها چه اطلاعاتی را مشاهده می‌نمایند. این تغییر در اولویت‌ها ما را نیازمند تغییر در شبکه از گره محور به داده محور می نماید، كه كاربرد بسياري دارد.
سادگی: سادگي در استفاده امري است كه اكثرا دنبال تحقق بخشيدن به آن مي‌باشند چون سادگي استفاده باعث آن مي‌گردد كه همه از آن استفاده نمايند و مخصوص قشري از جامعه نباشد كه مسلط به سواد كامپيوتري دارندو بهدلیلکوچکبودنگره¬هاومحدودبودنانرژی، نرم¬افزارمورداستفادهدرسطحشبکهوگره-بایدبسیارساده‌تراز نرم¬افزارهای امروزی باشند. این سادگی نیاز به تغییر در لایه¬های استاندارد شبکه دارد. هنگامی که تعداد زیادی از گره¬های حسگر به صورت متراکم در کنار هم قرار گرفته باشند، گره¬های همسایه بسیار به یکدیگر نزدیک خواهند بود؛ در نتیجه ارتباط چند پرشه در شبکه¬های حسگر در مقایسه با ارتباطات مرسوم تک پرشه بسیار انرژی کمتری مصرف می‌نماید. بنابراین میزان انرژی که برای ارتباطات استفاده می‌گردد پایین می آید.
شبكه‌ها داراي محدوديت‌هائي مي‌باشند كه یکی از مهمترین محدودیت¬های موجود در گره¬های شبکه¬های حسگر، کمبود منابع انرژی می‌باشد. گره¬های حسگر معمولا حاوی منابع انرژی

محدود و غیرقابل تقویتی می‌باشند. بنابراین برخلاف شبکه¬های قدیمی که دسترسی به کیفیت سرویس هدف اصلی می‌باشد، در پروتکل¬های شبکه¬های حسگر تکیه به مصرف بهینه منابع می‌باشد. گره¬ها باید مکانیزم¬های تعادلی که به کاربرد نهایی امکان افزایش طول عمر شبکه را از طریق پهنای باند کمتر یا افزایش تاخیر ارسال می دهد را درخودایجادنمایند.
ساختار حسگره‌ها: ساختار بدين صورت مي‌باشد كه يا خودكار مطلق مي‌باشند يا نيمه خودكار در ادامه به اختصار به توضيح آنان مي‌پردازيم.

ساختار خودكار: ساختاري است كه طراحي آن مشكل ولي كاربرد‌هاي بعدي آن آسان است حسگرهايي كه يك رخداد يا پديده را تشخيص مي دهند داده هاي دريافتي را به گره‌هاي كارانداز جهت پردازش و انجام واكنش مناسب ارسال مي كنند. گره‌هاي كارانداز مجاور با هماهنگي با يكديگر تصميم گيري كرده و عمل مي نمايند. در واقع هیچ کنترل متمرکزی وجود ندارد و تصمیم گیری‌ها بصورت محلی انجام میشود. در شكل(۳- ۱) ساختار خودكار را مشاهده مي‌نمائيد.

شكل(۲- ۳) ساختار خودكار
ساختار نيمه خودكار: اين ساختار به صورت نيمه خودكار عمل مي‌كند يعني مثل موردي كه مطلقا خودكار بود نيازمند افراد كمي نيست و براي مديريت آن علاوه بر سيستم‌ها به متخصصين نيز نياز دارد و در اين ساختار داده ها توسط گره‌ها به سمت چاهك هدايت شده و فرمان از طريق چاهك به گره‌هاي كار انداز صادر شود.

شكل(۲- ۴) ساختار نيمه خودكار

از طرف ديگر در كاربردهاي خاصي ممكن است از ساختار بخش بندي شده يا سلولي استفاده شود كه در هر بخش يك سردسته وجود دارد كه داده هاي گره‌هاي دستة خود را به چاهك ارسال مي كند. در واقع هر سردسته مانند يك مدخل عمل ميكند.
۳- ساختمان گره
هر گره داراي ساختماني است و ساختمان داخلي گره حس/كار تشکیل شده از: هر گره شامل واحد حسگر/ كارانداز, واحد پردازش داده ها, فرستنده/گيرنده بي‌سيم و منبع تغذيه مي باشد بخشهاي اضافي واحد متحرك ساز، سيستم مكان‌ياب و توليد توان نيز ممكن است بسته به كاربر

د در گره‌ها وجود داشته باشد. واحد پردازش داده شامل يك پردازندة كوچك و يك حافظه با ظرفيت محدود است داده ها را از حسگرها گرفته بسته به كاربرد پردازش محدودي روي آنها انجام داده و از طريق فرستنده ارسال مي كند. واحد پردازش مديريت هماهنگي و مشاركت با ساير گره‌ها در شبكه را انجام مي‌دهد. واحد فرستنده گيرنده ارتباط گره با شبكه را برقرار مي كند. واحد حسگر

شامل يك سري حسگر و مبدل آنالوگ به ديجيتال است كه اطلاعات آنالوگ را از حسگرگرفته و بصورت ديجيتال به پردازنده تحويل مي‌دهد. واحد كارانداز شامل كارانداز و مبدل ديجيتال به آنالوگ است كه فرامين ديجيتال را از پردازنده گرفته و به كارانداز تحويل مي‌دهد. واحد تامين انرژي, توان مصرفي تمام بخشها را تامين مي كند كه اغلب يك باطري با انرژي محدود است. محدوديت منبع انرژي يكي از تنگناهاي اساسي است كه در طراحي شبكه‌ها ي حس/كار همه چيز را تحت تاثير

قرار مي‌دهد. در كنار اين بخش ممكن است واحدي براي توليد انرژي مثل سلول هاي خورشيدي وجود داشته باشد در گره‌هاي متحرك واحدي براي متحرك سازي وجود دارد. مكانياب موقعيت فيزيكي گره را تشخيص مي‌دهد. تكنيكهاي مسيردهي و وظايف حسگري به اطلاعات مكان با دقت بالا نياز دارند. يكي از مهمترين مزاياي شبكه‌ها ي حس/كار توانايي مديريت ارتباط بين گره‌هاي در حال حركت مي باشد كه باعث برتري آن گرديده است.

شکل (۲- ۵) ساختمان گره

۴- ويژگي‌ها
وجود برخي ويژگي‌ها در شبكه حسگر/ كارانداز, آن را از ساير شبكه‌ها ي سنتی متمايز مي كند. از آن جمله عبارتند از:
– چگالي بالا در توزيع گره‌ها در ناحيه عملياتي
– وجود استعداد خرابي در گره‌ها
– تغييرات توپولوژي بصورت پويا و احياناً متناوب
– تنگناهاي سخت افزاري شامل محدوديتهاي اندازة فيزيكي, منبع انرژي, قدرت پردازش, ظرفيت حافظه
– تعداد بسيار زياد گره‌ها
– استفاده از روش پخش همگاني در ارتباط بين گره‌ها در مقابل ارتباط نقطه به نقطه
– داده محوربودن شبكه به اين معني كه گره‌ها كد شناسايي ندارند.

کاربردهای شبکه‌های حسگر

براي اينكه انواع كاربردها را بيان كنيم ابتدا مختصري در مورد آن توضيح مي‌دهيم كه در آن شبکه¬های حسگر شامل مدل¬های مختلی از حسگرها از قبیل دماسنج، تصویری، مادون قرمز، صوتی و رادار می‌باشند که توانایی مانیتور کردن انواع شرایط مختلف را دارند. شرایط ذکر شده عبارتنداز: دما، رطوبت، حرکت، نور، فشار، ترکیبات تشکیل دهنده، سطح اختلالات، وجود یا عدم وجود بعضی اشیاء و خصوصیات جاری از قبیل سرعت، جهت، اندازه گره¬های حسگر در

دریافت¬های پیوسته، دریافت پدیده¬ها، تشخیص پدیده¬ها، تعیین محل و کنترل محلی عامل¬ها مورد استفاده قرار می گیرند. مفهوم حسگرهای کوچک و ارتباطات بی‌سیم میان آنهازمینه¬های کاربردی جدیدی را پیش رو قرار داده است. کاربردهای این شبکه¬ها در دسته-های نظامی، محیطی، بهداشتی ودیگر موارد تجاری تقسیم بندی می‌شود. دسته¬هایی ازجمله اکتشاف فضایی، پردازش شیمیایی و پیش بینی بلایای طبیعی نیز با توجه کمتری قابل بررسی می‌باشن

د. درادامه بعضی از کاربردهای شبکه¬های حسگر به صورت خلاصه ارائه می شوند.
– کاربردهاینظامیشامل:
در هر كشوري ابتدا زمينه نظامي آن مطرح است و در آن بيشتر ساخته‌ها مثل وب كه ابتدا به خدمت ارتش آمريكا در آمد و بعدا به جنبه دانشگاهي و بعد از آن جنبه عمومي به خود گرفت.
۱٫ شناسایی نیروهای مقابل ومنطقه مورد استفاده دشمن
۲٫ نظارتمنطقهجنگی
۳٫ مانیتورکردن نیروهای خودی

۴٫ هدفگیری
۵٫ تخمینوبررسیخساراتنبرد
۶٫ شناساییحملات شیمیایی، بیولوژیکی و هسته¬ای
– کاربردهایمحیطیشامل:
۱٫ شناسایی اتش جنگلها (هميشه پيشگيري بهتر از درمان مي‌باشد! پس براي جلوگيري از آتش جنگلها و ج لوگيري از گسترش آن از كاربردهاي محيطي استفاده مي‌شود.)
۲٫ مانیتورکردنشرایطمحیط

۳٫ بررسی جابجایی حیوانات (تغييرات اكوسيستمي را شامل مي‌شود)
۴٫ کشفونگاشتپیچیدگی¬هایبیولوژیکی كه براي بررسي بيولوژي كارائي دارد.
۵٫ شناساییزمین¬هایمستعد( براي نبرد)
– کاربردهایبهداشتیشامل:
۱٫ مانیتورکردن وضعیت بیماران (كه با اين كار به وجود افراد كمتري نياز داريم و مي‌توان بيشتر كار‌ها را با مانيتور كردن به صورت خودكار انجام دهيم. يكي از اين كارها مي‌تواند اعلام هشدار خطر كمبود اكسيژن باشد.)
۲٫ ردیابی و مانیتور کردن بیماران و پزشکان در محیط بیمارستان و دسترسي سريع به اطلاعات بيماران
۳٫ مدیریتدارودربیمارستآنها

– کاربردهایخانگیشامل:
۱٫ اتوماسیونخانه علاوه بر اتوماسيون اداري مي‌توان اتوماسيون خانگي را نيز طراحي كرد
۲٫ محیطهوشمند
– دیگرکاربردهایتجاریشامل:
۱٫ کنترلمحیطیدرساختمان (تهویهمطبوع و كنترل تردد)
۲٫ موزه¬هایتعاملی
۳٫ شناساییوردیابیدزدانماشین
۴٫ کنترلومدیریتکارخانجات
۵٫ شناساییوردیابیوسایلنقلیه كاري كه دستگاه جي پي اس انجام مي‌دهد.

شکل ۲- ۶ کاربردهای شبکه حسگر
براي اينكه طراحي شبكه را انجام دهيم بايد عوامل تاثيرگذار بر آن را بررسي كنيم، طراحی شبکه¬های حسگر عوامل متعددی نظیر: توانایی تحمل خطا، مقیاس پذیری، هزینه تولی

د، محدودیت¬های سخت-افزاری، رسانه مورداستفاده در تبادلات، توپولوژی، محیط و مصرف انرژی تاثیر مهمی دارند.
– گذشته، حال و آینده شبکه‌های حسگر
در اصل اين بخش بيان تاريخچه مي‌باشد و همانند بسیاری دیگر از فناوری¬ها، کاربر روی شبکه¬های حسگر از کارهای نظامی و دفاعی آغاز شد. در طول جنگ سرد، دولت امریکا، حمایت از پروژه¬ای به نام سیستم نظارت صوتی را بر عهده گرفت. در این پروژه با قرار دادن تعدادی حسگر در نقاط استراتژیک زیر اقیانوس، سعی در تشخیص نفوذ و ردیابی زیر دریایی¬های شوروی داشته در اژانس پروژه¬های تحقیقات دفاعی پیشرفته امریکا اغاز شد. پروژه WINSدر سال ۱۹۹۳ و با همکاری دانشگاه کالیفرنیا و مرکز علوم شرکت ROCKWEII شروعشد. اینپروژهدرسال ۱۹۹۸

بهیکمحصولتجاریتبدیلشد. درحدودسال ۱۹۹۹ دانشگاهبرکلیدوپروژهتحقیقاتیبررویشبکه¬هایحسگر اغاز کرد. پروژه PicoRadioو پروژه Smart dustیک پروژه کاملا بلند پروازانه بود و هدف آن ساختن گره¬های حسگری با ابعاد یک میلیمتر مکعب بود که البته به موفقیت¬هایی هم رسید. برای داشتن تصور بهتر از ابعاد یک حسگر می توان گفت که این حسگرها چنان کوچک هستند که می توانند همانند گرد و غبار بوسیله جریان هوا جابجا شوند و نسبت به مابقي سرعت انتشار دارند.

در سالهای اخیر پروژه¬های بسیار دیگری مانند پروژه AMPSدر دانشگاه MITو پروژه SenseITتوسط اژانس پروژه¬های تحقیقات دفاع پیشرفته امریکا در حال انجام است و تحقیقات در این زمینه با شتاب روزافزونی در مجامع تحقیقاتی در حال گسترش است. شبکه¬های حسگر یکی از فناوری¬های نوینی است که بسیاری از دانشمندان عقیده دارند، اینده بشر را تغییر خواهد داد. این فناوری به خاطر مزایا و کاربرهای بسیاری که در زمینه¬های مختلف دارند، جزءفناوری¬های استراتژیک بسیاری از کشورها محسوب می‌شود. در دسامبر ۱۹۹۹ مجلهBusinessweek شبکه¬هایحسگرراجزیکیازمهمترینفناوری¬هایقرن ۲۱ معرفیکردکه اینراتحتتاثیرقرارمیدهد. دربررسیدیگری که توسطشرکتON Workانجام شد پیش بینی می‌شود

که تعداد گره¬های حسگر در سال ۲۰۱۰ به ۴۶۵ میلیون برسد و این در حالی است که در سال ۲۰۰۳ تعداد گره¬های حسگر موجود در جهان تنها ۳ میلیون عدد تخمین زده شده است، که آنچه در گذشته وحال وآینده شبکه‌های حسگر وجود دارد به طور خلاصه به این صورت بیان شده است.
توپولوژی شبکه‌های حسگر
وجود گره¬های دست نیافتنی و غیرقابل نگهداری که مستعد بروز خطا هستند در شبکه¬های حسگر به مسئله پشتیبانیازتوپولوژیاهمیتخاصیمی‌دهد.صدهاهزارگرهحسگردرمنطقهموردنظربافاصله-ایکمازیکدیگرقرارمی‌گیرند. باتوجهبهتراکمگره¬هاومستعدخطابودنآنها، نیازبهدقتفراواندرنگهداریتوپولوژیوجوددارد. گره¬هایحسگررامیتوانددستهجمعییا تک تک در سر
۱٫ توسطهواپیمادرمحیطموردنظرپخشکرد.
۲٫ توسطموشک، توپیاراکدپخشنمود.
۳٫ درونیککارخانهقراردارد.
۴٫ توسطانسانیارباتقرارداد.
با توجه به دسترسی ناپذیر و غیر قابل نگهداری بودن گره¬ها، انتظار می رود در هنگام جایگذاری گره-هابهشیوه¬‌ایمهندسیعملنماییم.

جایگذاری مورد نظر بایستی:
۱٫ هزینه جایگذاری را کاهش دهد.
۲٫ نیاز به پیش سازماندهی و برنامه ریزی قبلی نداشته باشد.
۳٫ درجایگذاریانعطافوجودداشتهباشد.
۴٫ خود سازماندهی و ظرفیت تحمل خطا را در گره¬ها افزایش می دهد.
پس از بکارگیری شبکه، توپولوژی به دلائلی نظیر: مکان، قابلیت دسترسی، انرژی موجود، بروز خطا در گره، و جزئیات کاری تغییر می‌کند
معماری شبکه
معماری شبکه از دیدگاه¬های زیر قابل بررسی می‌باشد:
• معماریپروتکلهاکهازدیدگاهکاربردها و انرژی اهمیت دارد.
•کیفیتسرویس، قابلیتاطمینان، افزونگی، عدمدقتدرعملحسگرهارابایددرنظرگرفت.
• ساختارآدرس‌دهیدرشبکه¬هایحسگربی‌سیمکاملًاباشبکه¬هایعادیمتفاوتمی‌باشد.
• مقیاس‌پذیریونیازمندی¬هایانرژینیازبهیکساختار بدونآدرسدارد. اعطای آدرس توزیع شده می‌تواند یک تکنیک باشد، اگر آدرسها در همسایه¬های دو پرشی، یکتا باشد.

برخی تجارب عملی درشبکه‌های حسگر بی‌سیم
در این بخش به بررسی برخی از حسگرهای موجود که توسط شرکت¬های معتبر فعال در این زمینه ارائه شده است می پردازیم:
*گره حسگرMICAz

یکی از اولین و معروف‌ترین شرکت¬هایی که برای کار در زمینه شبکه¬های حسگر به وجود امد شرکت Crossbowاست. این شرکت گره¬های گوناگونی را برای کاربردهای مختلف شبکه¬های حسگر تولید می‌کند. یکی از انواع گره¬های حسگر تولید این شرکت MICAzاست که در این قسمت به بررسیآنها خواهیم پرداخت.

Zebranet*
Zebranetشبکه¬ای است که برای نظارت بر زندگی حیوانات وحشی طراحی شده است.بررسی این شبکه از این جهت اهمیت دارد که چالش¬های جدیدی را در رابطه با شبکه¬های حسگر مطرح کرده است. در این شبکه گره¬های حسگر بر روی گردن حیوانات (گوره خر) نصب می شوند. گره¬های به کار رفته در این شبکه مجهز به سیستم موقعیت یاب جهانی هستند تا بتوانند محل دقیق حیوانات مورد بررسی و مهاجرت آنها را ثبت کنند. علاوه بر این، گره¬ها مجهز به حسگره

ای دما و رطوبت هوا و حسگرهای برای تحت نظر گرفتن علائم حیاتی حیوانات تحت نظر است.در این شبکه مرکز ثابتی برای جمع‌آوری داده وجود ندارد و محققان به طور دوره¬ای به میان حیوانات

می روند تا اطلاعات ثبت شده را جمع‌آوری کنند. به همین خاطر در این شبکه علاوه بر تحرک گره¬ها، چاهک نیز متحرک است. همچنین چاهک ممکن است برای مدت زمان طولانی (چندین روز) در دسترس نباشد (به عبارتی دیگر برای جمع‌آوری داده¬ها وارد منطقه نشود).
در این شبکه اطمینان از رسیدن اطلاعات جمع‌آوری شده به مرکز اهمیت زیادی دارد ولی تاخیر در رسیدن اطلاعات چندان مهم نیست. از طرفی گره¬های طراحی شده باید دارای وزن باشند که این مساله خود باعث محدودیت شدید در طراحی گره¬ها و انرژی دردسترس آنهامی‌شود. از سویی دیگر شبکه طراحی شده باید ناحیه¬ای به مساحت صدها تا هزاران کیلومتر مربع را پوشش دهد. با وجود تعداد کم گره¬های حسگر موجود در این ناحیه، در بسیاری از مواقع برقراری ارتباط بین گره¬ها امکان پذیر نیست. برای مسیریابی بسته¬هادر ZebraNetدو پروتکل مختلف پیشنهاد شده است، پروتکل اول یک پروتکل سیل‌آساسادهاستوپروتکلدومپروتکلیبرمبنایتاریخچه است.
ارسالسیل‌آسا یک الگوریتم ساده برای مسیریابی در شبکه¬های حسگر بی‌سیم است. در این پروتکل هر گره بسته¬های خود را برای تمام همسایه¬ها ارسال می‌کند. به این ترتیب می توان با احتمال بالایی از رسیدن بسته¬ها به مرکز مطمئن بود. گرچه ارسال سیل اسا مطمئن ترین راه برای رسیدن بسته به مرکز است ولی از نظر مصرف منابع موجود (پهنای باند، حافظه، انرژی) راه حل مناسبی نیست.
در پروتکل مسیریابی بر مبنای تاریخچه، به هریک از گره¬ها عددی نسبت داده می‌شود که مشخص کننده میزان موفقیت ان گره در ارتباط با چاهک و ارسال داده به ان است. در ابتدا مقدار این عدد صفر است. گره¬ها به طور متناوب همسایه¬های خود را مورد بررسی قرار می‌دهند. هنگامی که گرهی در همسایگی چاهک قرار می گیرد یک واحد به مقدار عدد فوق افزوده می‌شود. هنگامی که گرهی به تعداد دفعات مشخصی نتواند در همسایگی خود چاهک را پیدا کند، یک واحد از مقدار این عدد کسر می‌شود. برای فرستادن یک بسته به مرکز به این صورت عمل می‌شود که اگر چاهک به عنوان یکی از همسایه¬ها پیدا شود، بسته مستقیما به چاهک فرستاده می‌شود، ولی اگر این طور نباشد بسته به گرهی فرستاده می‌شود که بزرگ ترین عدد (بیشترین احتمال همسایگی با چاهک در گذشته نزدیک) را دارد. به این ترتیب سعی می‌شود بسته با کمترین تعداد گره میانی به مرکز منتقل شود. انچه مسلم است این است که میزان موفقیت این الگوریتم بستگی به میزان تحرک گره¬ها و چاهک دارد.

*SMART DUST

پروژه Smartdustدر دانشگاه برکلی تلاش برای پی بردن به این مطلب است که آیا می توان گره¬های حسگر به اندازه یک میلیمتر مکعب ساخت؟اندازه این گره¬ها انقدر کوچک است که مانند ذرات گرد و غبار می توانند در هوا معلق باشند و محیط اطراف خود را برای چند ساعت تا چند روز تحت نظارت قرار دهند. معماری که برای ساخت چنین گره¬هایی پیشنهاد شده، معماری بدیع و خلاقانه است و چالش ها و فرصت های بسیاری را در دنیای شبکه¬های حسگر پیش رو قرار می دهد. قسمت عمده حجم پیشنهاد شده برای این گره¬ها را منبع تغذیه ان تشکیل می دهد. درحال حاظر در هر میلیمتر مکعب از باطری¬های موجود، حداکثر حدود یک ژول انرژی می توان

ذخیره کرد. به همین خاطر در اینجا با محدودیت بسیار شدید انرژی رو به رو هستیم. در طرح پیشنهاد شده، همچنین قسمت های دیگر یک گره حسگر همانند پردازنده، گیرنده/فرستنده و انواع حسگرها نیز وجود دارد. علاوه بر این یک باطری خورشیدی نیز برای جمع‌آوری انرژی اطراف پیش بینی شده است. این باطری خورشیدی در هر روز حدود یک ژول انرژی در نور خورشید و حدود یک هزارم ژول در فضای بسته را تولید می‌کند. با توجه به تکنولوژی¬های موجود، ساخت حسگرها و پردازنده¬ای با حجم بسیار کوچک و مصرف انرژی بسیار پایین مقدور است. مشکل اصلی ساخت گره¬هایی با حجم چند میلیمتر مکعب سیستم ارتباطی ان است. دو گزینه موجود برای ساخت سیستم ارتباطی امواج رادیویی و امواج نورانی هستند. به دلایل مختلف استفاده از امواج رادیویی (که متداول ترین گزینه در دیگر شبکه¬های حسگر هستند) در این پروژه مقدور نیست. اول این که برای فرستادن و دریافت اطلاعات با استفاده از امواج رادیویی به انتنی با اندازه چند سانتی متر نیاز است. در صورتی که در این پروژه گره ساخته شده قرار است حجمی برابر چند میلیمتر مکعب داشته باشد. دوم این که میزان مصرف انرژی در انتقال با استفاده از امواج رادیویی بیش ازحد قابل قبول است. به همین خاطر محققان پروژه DustSmartامواج نورانی برای انتقال داده انتخاب

کرده‌اند.

پشته پروتکل
پشته پروتکل کهتوسطچاهکوگره¬هایحسگرمورداستفادهقرارگرفته، همانطور که در شکل مشخص است، اینپشتهکهشاملهوشیارینیروومسیریابیمی‌باشد، داده¬هاراباپروتکل¬هایشبکهجمعبندیمی‌کند، بهخوبینیروراازطریقابزاربی‌سیممنتقلمی‌کندوبهتلاش‌های گره¬های حسگر کمکمی‌کند. این پشته شامل لایه فیزیکی، لایه پیوند داده، لایه شبکه، لایه انتقال، لایه کاربرد، مدیریت نیرو، مدیریت انتقال و مدیریت فعالیت ها می‌باشد. لایه فیزیکی شرح دهنده نیازهای ساده اما تلفیق قوی ارتباطات، و تکنیک های دریافت می‌باشد. به این خاطر که محیط میتواندپرازاختلالاتباشدوحسگرهانیزمتحرکباشند. پروتکلکنترلدسترسیبایداگاهازنیروبودهوبایدقادربهکاهشتصادمهاباارتباطاتهمسایگانخودباشد. لایهشبکهمسئولانتقالدادهایاستکهتوسطلایهانتقالایجادشدهاست. لایه انتقال، مسئولیت نگهداری جریان داده را دارد، اگر شبکه حسگر نیازمند ان باشند. وابستگی¬ها به عملیات¬های حسگری انواع مختلف نرم¬افزار را، می توان برای ساخت و استفاده در لایه شبکه¬ایجاد کرد.
بخش مدیریت نیرو مدیریت چگونگی مصرف نیروی یک گره را برعهده دارد. به عنوان مثال، گره حسگر ممکن است دریافت کننده ی خود را پس از دریافت یک پیام از یکی از همسایگان خاموش کند که به خاطر جلوگیری از دریافت پیام های تکراری است. بعلاوه، وقتی سطح نیروی گره حسگر پایین باشد، گره حسگر به همسایگان خود کاهش نیروی خود و عدم توانایی شرکت در پیام های مسیریابی را مخابره می‌کند.
بخشمدیریتانتقال، شناساییکنندهوثبتکننده¬حرکتهایگره-

هایحسگرمی‌باشددرنتیجههمیشهراهیبرایبازگشتبهسمتکاربروجودداردوبهاینشکلگره-هایحسگرمی‌توانندهمسایگانخودراشناساییکنندوبهاین شکلنیرویخود را متعادل کنند. بخش مدیریت فرایند ها فعالیت های حسگر را در یک ناحیه زمانبندی و مدیریت می‌کند. تمام حسگرهای موجود در یک ناحیه نیازی نیست که فعالیت کنند. در نتیجه، بعضی از گره¬های حسگرها بعضی کارها را براساس مقدار نیروی خود، بیشتر از دیگران انجام می‌دهند. به این خاطر به این بخش های مدیریتی نیاز داریم که می توانند با هم برای ایجاد روشی کم مصرف کمک کنند و در یک شبکه متحرک داده را مسیریابی کنند و منابع را بین حسگرهای گره به اشتراک بگذارند

شکل ۲- ۷پشته پروتکل شبکه‌های حسگر
لایه فیزیکی
این لایه که به صورت فیزیکی مطرح شده است از جنبه عملی بیشتری برخوردار است، لایه فیزیکی مسئول انتخاب فرکانس، تولید فرکانس حمل کننده، شناسایی سیگنال، تلفیق و رمزگذاری داده می‌باشند. بنابراین، باندهای ۹۱۵ MHzصنعتی، علمی و پزشکی به صورت گسترده¬ای برای شبکه¬های حسگر پیشنهاد شده‌اند. تولید فرکانس و شناسایی سیگنال کارهای بیشتری با سخت افزار و طراحی فرستنده/گیرنده دارند و بنابراین فراتر از بحث ما هستند. ونمی توانیم به طور گسترده درمورد آن بحث کنیم.
به خوبی می دانیم که ارتباطات بی‌سیم مسافت های دور از لحاظ پیاده سازی و مصرف گران می‌باشند. وقتی لایه فیزیکی را برای شبکه¬های حسگر طراحی می‌کنیم، کاهش مصرف از

اهمیت بالایی برخوردار است. عموماً، خروجی نیروی حداقلی برای ارتباط فاصله ی dدر نیازاست. این می‌تواند یک کنسلی سیگنال جزئی با تابش های زمینی باشد. اندازه گیری¬هایی که انجام شده نشان دهنده این است که نیرو با توان های بیشتری در فواصل کوتاه با انتن هایی با ارتفاع کم، کاهش یابد. طراح باید از گوناگونی¬های داخلی مختلف اگاه باشد و از این راه به بهترین شکل استفاده کند. به عنوان مثال، ارتباطات چند بخشه در یک شبکه حسگر می‌تواند سایه گذاری و از بین رفتن مسیر داده را کاهش دهد. به همین شکل، وقتی انتشار کاهش می یابد و ظرفیت کانال میزان اعتبار داده را کاهش می دهد، می توان از ان برای استفاده مجدد نیرو بهره برد. راه حل

های کاهش دهنده ی مصرف انرژی توسط محققین پیگیری می شوند.
انتخاب یک تلفیق مناسب برای یک ارتباط پایدار حیاتی است. در حالی که یک طرح M- Aryمی‌تواند کاهش دهنده¬ی انتقال با ارسال بیت¬های مختلف به ازای هر سمبل باشد، می توان نتیجه گرفت که مصرف نیروی بیشتر و مدارهای پیچیده تری خواهیم داشت و نتیجه می گیریم که تحت شرایط غالب نیرو، طرح تلفیق باینری کاهنده ی بیشتری برای انرژی می‌باشد. این معماری با مصرف پایین را می¬توان تبدیل به یک مدار مجتمع با کاربردی خاص کرد.
پهنای باند اضافه (UWB) یا امواج رادیویی، برای پالس های رادار و سیستم های تماس به کار گرفته می‌شود. اخیراً نیز توجهاتبسیاری در کاربردهای ارتباطی مخصوصا در زمینه بی‌سیم به خود جلب کرده است. UWBاز ارتباطات باند پایه استفاده می‌کند و در نتیجه به فرکانس های رادیویی و داخلی نیازی ندارد.عموما از تلفیق موقعیت پالس(PPM) استفاده می‌شود. ویژگی اصلی UWBمقاومت ان در برابر مسیرهای مختلف است. نیروی کم انتقال و مدارات ساده ی فرستنده/گیرنده UWBرا به کاندیدایی مناسب برای شبکه¬های حسگر تبدیل می‌کند.

 

استراتژی¬هایی برای غلبه بر تأثیرات انتشار: هر انتشاری تاثیراتی دارد که برای غلبه بر آن باید طراحی سخت افزار کوچک، مصرف پایین، هزینه پایین، حسگر را در نظر گرفت بعضی از استراتژی¬ها فرکانس ها را مدیریت می‌کنند و کاهش دهنده ی قدرت سویچینگ می‌باشند.
لایه پیوند شبکه: لایه بعد از لایه فیزیکی لایه شبکه است که اینلایه مسئول سهمیه بندی جریان‌های داده، شناسایی چارچوب داده، ابزار دسترسی و کنترل خطا می‌باشند. این لایه ما را از ارتباطات نقطه به نقطه و یک نقطه به چند نقطه را در یک شبکه حسگر مطمئن می سازد.

ابزار کنترل دسترسیMAC
پروتکل MACدر یک شبکه حسگر خود برنامه ریزی شده، باید دو هدف داشته باشد. اولی ایجاد یک ساختار شبکه می‌باشد. به این دلیل که تعداد بالایی حسگر در یک حوزه حسگر واقع شده‌اند، طرح MACبرای ارتباط داده¬ها باید لینک های ارتباطی ایجاد کند. این شکل های ساده ی زیرساختار مورد نیاز ارتباط بی‌سیم نقطه به نقطه می‌باشندوبهشبکهحسگرتواناییمدیریتخودرامی‌دهد. هدفدومبهاشتراکگذاریمنابعبینگره¬هایحسگر می‌باشد. در بخش های قبلی اشاره شد که الگوریتم¬ها و پروتکل هایNovel برایتأثیربربدستآوردنمحدودیتهاییکتایمنابعونیازمندی¬هایبرنامه-هایشبکهحسگرموردنیازمی‌باشند. برایبهتصویرکشیدنتأثیراینمحدودیتها، نگاهدقیق‌تربهطراحیMACدر شبکه¬های بی‌سیم می‌اندازیم. در یک سیستم سلولی ایستگاه¬های پایه یک پایه سیمی ایجاد می‌کنند. یک گره موبایل فقط یک نقطه است که از نزدیکترین پایگاه دوترین فاصله را دارد. این نوع شبکه براساس زیرساختار

می‌باشد. هدف اصلی پروتکلMAC دراینسیستم‌ها، ایجادQOSو پهنای باند بهینه می‌باشد. کاهش مصرف نیرو باعث می‌شود. اهمیت ثانویه پشتیبانی بی انتها باشد و مصرف کنندگان متحرک باطری¬های خود را مجدد شارژ کنند. بنابراین ابزار دسترسی برای حسگرهای شبکه غیر عملی است. این عمل همزمان سازی عمومی را سخت می‌کند. بعلاوه، صرفه‌جویی در مصرف، مستقیما در طول عمر شبکه حسگر نقش دارد.
شبکه¬های اقتضایی و بلوتوث (تک کاره) شبیه‌ترین جفت‌ها به شبکه حسگر می‌باشند. توپولوژی بلوتوث شبکه گسترده¬ای بوده که یک گره مرکزی می‌تواند تا ۷ گره متصل به خود داشته باشد که یک piconetرا ایجاد می‌کند. هرpiconetاز دسترسی تقسیم زمانی مرکزی الگوی بخشی فرکانس استفاده می‌کند. قدرت انتقال در حدود ۲۰dBmبوده و محدوده ارتباطات نیز در حدود ده¬ها متر می‌باشد. پروتکل MAC دریکتککارهوظیفهشکلدادنبهزیرساختارشبکهرادارد. بنابراین، هدفاولیهبدستاوردنQOSدر شرایط مختلف می‌باشند. با این که تمام گره¬ها دستگاه¬هایی با باطری قابل تعویض هستند، کاربر می‌تواندآنها را عوض کند و آنها با کاربر عوض می شوند، و در نتیجه مصرف بالا از اهمیت دومی برخوردار است. در مقایسه با این دو سیستم شبکه حسگر گره¬های بزرگتریدارند. قدرت انتقال و محدوده رادیویی بسیار کمتر از بلوتوث یا تک کاره نیستند. تغییرات توپولوژی احتمال وقوع بیشتری در مشکلات گره¬ها دارد و قابلیت حمل گره¬ها را شرح می دهد. میزان تغییر را می توان به عنوان تغییر یا شکل تعویض کرد. میزان تحرک به شدت کمتر از نگهداری نیرو در چرخه زندگی شبکه¬های می‌باشد و این یعنی نمی توان از هیچ یک از پروتکل¬های بلوتوث یا تک کاره استفاده نمود
ابزار کنترل دسترسیMACبرای شبکه‌های حسگر

طرحهایMACبراساس نیاز ممکن است برای حسگرهای شبکه به خاطر سربار بالا و تاخیر ارتباط لینک، مناسب نباشند. ذخیره نیرو با حالت های عملیاتی ذخیره کننده انرژی بدست می ایند. بعضی از پروتکل های ارائه شده MACرا در بخش های بعد توضیح می دهیم.
ابزار کنترل دسترسی خودسازمانده (SMACS) و الگوریتم استراق سمع و ثبت (EAR) پروتکل SMACSاستارتاپ شبکه و سازماندهی لایه پیوست را ایجاد می‌کند و EARارتباطات مطمئن گره¬های متحرک را در یک شبکه ایجاد می‌کند. SMACیک پروتکل زیرساختاری توزیع یافته می‌باشد که گره¬ها را قادر می سازد همسایگان خود را شناسایی کنند و برنامه¬های ارتباطی / دریافتی را برای ارتباطات بدون نیاز به هر گره masterیا عمومی ایجاد می‌کند.در این پروتکل شناسایی همسایه و فازهای تخصیص، کانال را ترکیب می‌کنند تا گره¬های زمانی تمام همسایه¬های خود را شناسایی کنند و یک شبکه متصل ایجاد کنند. یک لینک ارتباطی از یک جفت ورودی زمانی در یک فرکانس تصادفی تشکیل شده است. این یک امکان عملی در شبکه¬های حسگر می‌باشد، به این خاطر که پهنای باند در دسترسی بالاتری از ماکزیمم نرخ داده می‌باشد. چنین طرحی از لزوم همزمان سازی شبکه¬ای جلوگیری می‌کند، با این که همسایه¬های در ارتباط در یک زیرواحد باید مرتب همزمان شوند. صرفه جویی نیرو با استفاده از یک برنامه تصادفی فراخوانی در طول فاز اتصال و با کاهش امواج رادیویی در زمان های تلف شده انجام می‌شود. پروتکل EARسرویس ممتدی را برای گره¬های متحرک تحت شرایط ایستا و متحرک ارائه می دهد. در اینجا گره-های متحرک کنترل کامل فرایندهای پردازش می گیرند و همچنین در مورد زمان قطع ارتباط نیز تصمیم گیری می‌شود، در نتیجه سربار را کاهش می‌دهند. EARنسبت به SMACSشفاف‌تر است، در نتیجه SMACSتا زمانی که گره¬ها وارد شبکه شوند کار می‌کند.در این مدل، فرض اصلی شبکه، ایستا بودن است در نتیجه هر گره متحرکی تعدادی گره¬های ثابتی در حوزه خود دارد. مشکلات چنین طرح¬های تنظیمی، این امکان را دارد که اعضا به زیرشبکه¬های مختلف هیچگاه متصل نشوند و بدون ارتباط باقی بماند و مشکل ایجاد کند.

ابزار دسترسی براساس CSMA
یک ابزار دسترسی برای دسترسی و کنترل است و یک طرح کنترل، نرخ انتقال تطبیقی (ARC) است که ابزار دسترسی معمولی را با متعادلسازی نرخ منشا شامل می‌شود. این امر ما را مط

مئن می سازد که گره¬های نزدیکتر به نقاط دسترسی داخلی تر اولویت دارند. ARCنرخ منشا داده یک داده را کنترل می‌کند تا مسیریابی از ترافیک را فراهم کنند.یک مکانیزم تصاعدی برای اگاه سازی گره¬ها به کار می رود تا نرخ منشا داده آنها را کم کند. ARCاز یک روش افزایش خطی و کاهش های چندگانه استفاده می‌کند.در حالی که افزایش خطی به روش های تصاعدی مختلفی ختم می شوند، کاهش های ضربی جریمه شکست انتقال کنترل را کاهش می دهد. به این خاطر که استفاده از مسیریابی از ترافیک هزینه بیشتری برخوردار است، جریمه مرتبط کمتر از عدم منشا انتقال داده می‌باشد. این امر ما را مطمئن می‌کند که مسیریابی ترافیکی بهتر از مسیریابی در

ترافیک است. طرح¬های براساس CSMAسنتی به این خاطر است که همگی فرضیات پایه¬ای از ترافیک توزیع شده تصادفی در نظر دارند و از جریان های نقطه به نقطه مستقل پشتیبانی می‌کنند. طرح ابزار دسترسی براساس CSMAدو مولفه مهم دارد، که عبارتند از: مکانیزم نظارت و گوش کردن و طرح عقبگرد.
برای داشتن دیدگاهی عمیق‌تر به ویژگی¬های تأثیرگذار و پروتکلهایMACبرای شبکه¬های حسگر، در جدول یک دیدگاهی عمومی را مشاهده می‌کنیم. به علاوه به عنوان یک شاخص برای ارزیابی مقایسه¬ای به بعضی از طرح هایMACاشاره شده که در این تحقیق استفاده می‌شود. بخش ستونی به نام ویژگی-های شبکه حسگر نشان دهنده‌ی ویژگی¬های مهم هر طرح می‌باشد. آنها تفاوتها و گوناگونی¬های طرح هایسنتیMACرا ارائه می‌کنند که گاهی خود نمی‌توانند عمل کنند. بعلاوه مشخص می‌کنیم چگونه هریک از این طرح ها نیروی بهینه بدست می اروند
طبیعت محاسبه¬ای این طرح، ان را از نظر مصرف نسبت به روش دست¬تکانیو طرح های پیام گذاری رادیویی، بهینه تر می سازد. ARCبعلاوه، کاهش دهنده ی مشکلات گره¬های نهفته را در یک شبکه چند بخشه با تنظیم ثابت نرخ انتقال و اجرای فاز تغییرات کاهش می دهد به شکلی که رشته¬های زمانی کمتر تصادم خواهند داشت.

در این پروژه، تأثیر لایه فیزیکی غیرایده ال بر طراحی پروتکل های MACبرای شبکه¬های حسگر مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم از گره¬های حسگر با انرژی محدود تشکیل شده که با یک پایگاه مصرف کننده انرژی بالا در تماس است. مشخصاً، برنامه نظارت ماشین شبکه حسگرها با نیاز به تاخیر داده مشخص در نظر گرفته خواهد شد. در حالی که یک طرح خالصTDMAمشخص کننده ی پهنای باند کامل به یک گره حسگر تنها می‌باشد، یک FDMAخالص برای هر گره حداقل پهنای باند را در نظر می گیرد. یک فرمول تحلیلی در بخش بعدی نشان داده شده که تعداد بهینه کانال

هایی که کمترین مصرف را دارند نشان می دهد. این طرح هیبریدیTDMA- FDMAرا مورد استفاده قرار می دهد. تعداد بهینه کانال ها وابسته به نسبت مصرف نیرو انتقال دهنده به گیرنده می‌باشد. اگر انتقال دهنده مصرف بیشتری داشته باشد، یک طرح TDMAمورد نظر خواهد بود، در حالی که طرح بهسمتFDMAسوق می یابد و گیرنده مصرف بالاتری خواهد داشت.