گره در شبكه حسگر بی سيم

گره در شبكه حسگر بی سيم

گره در شبكه حسگر بی سيم

گره در شبكه حسگر بی سيم

3-1. اجزا گره حسگر …………………………………………………………………………………………..

3-2. انرژي مصرفي گره حسگر ……………………………………………………………………………..

3-2-1. حالات كاري با توان مصرفي متفاوت ………………………………………………………….

3-2-2. انرژي مصرفي ميكروكنترلر ………………………………………………………………………..

3-2-3. مدل انرژي پردازنده ………………………………………………………………………………….

3-2-4. مقياس گذاري ديناميك ولتاژ(DVS) …………………………………………………………..

3-2-5. بررسي توان مصرفي چند ميكروكنترلر ………………………………………………………..

3-2-6. انرژي مصرفي گيرنده/ فرستنده ………………………………………………………………….

3-2-7. مدل انرژي گيرنده/ فرستنده ………………………………………………………………………

3-2-8. بررسي توان مصرفي دو گيرنده/ فرستنده …………………………………………………….

3-2-9. انرژي مصرفي حافظه ……………………………………………………………………………….

3-2-10. انرژي مصرفي حسگر …………………………………………………………………………….

3-3. پروتكل‌هاي ارتباطي …………………………………………………………………………………….

3-3-1. لايه فيزيكي …………………………………………………………………………………………….

3-3-2. لايه پيوند داده …………………………………………………………………………………………

3-3-3. لايه كاربرد ……………………………………………………………………………………………..

3-3-4. لايه انتقال ……………………………………………………………………………………………….

3-3-5. لايه شبكه ……………………………………………………………………………………………….

منابع گره در شبكه حسگر بی سيم

گره در شبكه حسگر بی سيم

گره در شبكه حسگر بی سيم

يك جز WSNها، گره حسگر است. به دليل استفاده از شبكه حسگر در مناطق غير قابل دسترس، امكان قرار دادن گره‌ها در مكان معين وجود ندارد. براي اينكه بتوانيم از تكنيك‌هاي توزيع تصادفي استفاده كنيم ابعاد گره حسگر بايد در رنج ميلي متري باشد(Karray&eta1, 2014,1 – 8). يك گره حسگر از5 قسمت اصلي تشكيل شده است: حسگر، كنترلر، حافظه، ارتباطات و منبع تغذيه. اين قسمت‌ها در شكل 3-1 نشان داده شده اند(Zou, 2004).

حسگر: رابط واقعي با دنياي فيزيكي، دستگاهي كه پارامترهاي فيزيكي را كنترل مي‌كند. بيشتر حسگرها فضاي زيادي را اشغال نمي‌كنند، بنابراين مي‌توان چندين حسگر را روي يك گره قرار داد(Karray&eta1, 2014,1 – 8).

كنترلر:  پردازش‌هاي اوليه داده در واحد پردازنده انجام مي‌شود، در حاليكه كارهاي پردازشي مخصوص بايد در مدارات كم توان انجام شود(Karray&eta1, 2014,1 – 8).  در واقع كنترلر هسته گره حسگر بي‌سيم است. اين واحد داده‌ها را از حسگر دريافت و پردازش مي‌كند و تصميم مي‌گيرد كه آن‌ها را چه موقع و به كجا بفرستد. بسته به وظايف پردازشي كنترلرهاي مختلفي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. يك نمونه از كنترلرها، ميكروكنترلرها هستند.

خصوصيات كليدي ميكروكنتنرلرها، انعطاف پذيري آنها در اتصال به دستگاه‌هاي ديگر (حسگرها)، داشتن دستورات پردازشي‌ مناسب، مصرف توان كم و حافظه دار بودن آنها است. ميكروكنترلرها قابليت برنامه ريزي دارند. مناسب استفاده در WSN هستند زيرا براي كاهش توان مصرفي داراي حالت خواب هستند. نوع مخصوصي از پردازندههاي قابل برنامه ريزي DSP است كه قابليت پردازش داده‌هاي بزرگ را دارد. در ارتباطات بي‌سيم پهن باند[1]، DSP مناسب است.

اما در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم چون مدولاسيون ساده‌تر موردنياز است و كارهاي پردازشي پيچيده نيست DSP معمولاً استفاده نمي‌شود. ديگر كنترلرهاي مورد استفاده، مدارات كنترلي طراحي شده بر اساس روش [2]FPGA و [3]ASIC هستند. روش FPGA داراي قابليت برنامه‌ريزي دوباره است اما از نظر انرژي بهينه نشده است. در روش ASIC يك پردازنده مخصوص به عنوان سوئيچ و مسيرياب[4] سريع مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين پردازنده انعطاف پذيري پاييني دارد تا كارايي و بازده انرژي بهتري داشته باشد. زمانيكه گره‌ها داراي وظايف ثابتي هستند و تعداد گره‌ها زياد است ASIC بهترين انتخاب است(Karl&Willig, 2005).

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات و پیشینه تحقیق پایان نامه های برق کلیک کنید .

حافظه: براي ذخيره داده و برنامه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. انواع مختلف حافظه براي داده و برنامه وجود دارد. حافظه [5]RAM براي ذخيره خوانده هاي حسگر و بسته‌هاي آمده از ديگر حسگرها استفاده مي‌شود. در حاليكه RAM سريع است، مهم‌ترين عيب آن از دست دادن اطلاعات در هنگام قطع تغذيه است. بنابراين كد برنامه در حافظه [6]ROM يا [7]EEPROM و فلش[8] ذخيره مي‌شود. حافظه فلش همچنين زمانيكه حافظه RAM ناكافي[9] باشد يا تغذيه آن قطع مي‌شود مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين مورد انرژي مصرفي بالا و تاخير طولاني حافظه فلش در خواندن و نوشتن بايد مورد توجه قرار گيرد(Karl&Willig, 2005).

[1] Broadband

[2] Field-Programmable Gate Array

[3] Application-Specific Integrated Circuit

[4] Router

[5] Random Access Memory

[6] Read-Only Memory

[7] Erasable Programmable Read-Only Memory

[8] Flash Memory

[9] Insufficient

گره در شبكه حسگر بی سيم

جهت مشاهده و دانلود ادبیات شبکه حسگر بی سیم و سیستم بلوم فیلتر  کلیک کنید .

ارتباطات : تبديل گره‌ها به شبكه، نياز به دستگاه‌هايي براي ارسال و دريافت اطلاعات روي كانال بي‌سيم دارند. اين قسمت ارتباط فيزيكي بين گره‌ها و شبكه‌ها را برقرار مي‌كند(Karray&eta1, 2014,1 – 8). اين دستگاه‌ها براي مبادله داده مورد استفاده قرار مي‌گيرند. انتخاب اوليه براي واسط انتقال فركانس‌هاي راديوئي[1](RF)، ارتباطات نوري[2] و فراصوت[3] است. اندوكتانس مغناطيسي[4] هم در موارد خاصي استفاده مي‌شود. مناسب ترين واسط ارتباطي در WSN ها فركانس راديوئي است.

مزاياي اين روش دور برد بودن، نرخ داده زياد و نرخ خطاي مقبول با مصرف انرژي معقول است. اين روش نياز به مسير مستقيم بين گيرنده و فرستنده ندارد. گيرنده/فرستنده رشته بيت آمده از ميكروكنترلر يا پردازنده را دريافت و آنها را به امواج راديوئي تبديل مي‌كند. براي اهداف عملي بهتر است از دستگاهي استفاده كنيم كه هر دو كار را انجام دهد. چنين دستگاهي گيرنده/فرستنده[5] نام دارد(Karl&Willig, 2005). شكل 3-2 بلوك دياگرام يك فرستنده رانشان مي‌دهد. اجزاي اصلي آن عبارتند از: مبدل ديجيتال به آنالوگ[6]، فيلتر بازساز[7]، مخلوط كننده[8]، تقويت كننده توان[9] و فيلتر RF.

[1] Radio Frequency

[2] Optical Communication

[3] Ultrasound

[4] Magnetic Inductance

[5] Transceiver

[6] Digital-to-Analog Converter (DAC)

[7] Reconstruction Filter

[8] Mixer

[9] Power Amplifier (PA)

جهت مشاهده و دانلود ادبیات و مبانی نظری و پیشینه تحقیق شبکه حسگر کلیک کنید

 انرژی مصرفي حسگر

دو راه براي ارتباط با حسگرها وجود دارد كه در شبكه حسگر بي‌سيم مورد استفاده قرار مي‌گيرد: آنالوگ و ديجيتال. حسگر آنالوگ متناسب با پيشامد اندازه‌گيري شده ولتاژ خامي را توليد مي‌كند. حاصل اين عمل شكل موج پيوسته‌اي است كه بايد رقمي شده[1] سپس آناليز شود. اين حسگرها نياز به درجه‌بندي[2] و خطي سازي[3] خارجي دارند. علت اين امر پاسخ‌دهي غيرخطي حسگر به محرك‌ها است. هر حسگر زمان‌بندي و مقياس ولتاژي مربوط به خود دارد. ولتاژ خروجي يك سيگنال متغير با زمان همراه با يك آفست DC است. بسته به نسبت سيگنال به آفست DC، يك آرايه از تقويت‌كننده‌ها و فيلترها براي تطبيق ولتاژ حسگر در رنج مورد استفاده نياز است.

حسگر ديجيتال اين مشكلات را ندارد. حسگر ديجيتال بطور داخلي شامل حسگر آنالوگ است و تمام خطي‌سازي‌ها و جبران‌سازي‌ها بطور داخلي انجام مي‌گيرد. يكي از فاكتورهاي مهم در مورد حسگر، سرعت فعال و غيرفعال شدن آن است. همچنين حسگرها بايد به‌سرعت وارد حالت كم‌توان شوند و با سرعت بالا خارج شوند. مبدل‌ها و رگولاتورهاي مخصوصي در سيستم حسگر مورد نياز است. توان مصرفي و زمان لازم براي روشن‌شدن آنها بايد در هزينه مصرفي كل حسگر در نظر گرفته شود. جدول3-2به بررسي توان مصرفي و قابليت‌هاي حسگرهاي موجود مي‌پردازد.

[1] Digitized

[2] Calibration

[3] Linearization

گره در شبكه حسگر بی سيم

نمونه ای از مراجع جهت مطالعه بیشتر گره در شبكه حسگر بی سيم

[1] Akyildiz, I.F.; Su, W.; Sankarasubramaniam, Y. ; Cayirci, E. ; “A Survey on Sensor Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. 40, no. 8, pp. 102-114, August 2002.

[2] Stankovic, J. A; “Wireless Sensor Networks”, June 19, 2006.

[3] Lewis, F. L. ; “Wireless Sensor Networks”, John Wiley, New York, 2004.

[4] Coelho,B.B. ; Fiore,J.M. ; “A Simple Model for CPU Power Consumption in Sensor Networks”, URL: “http://justin.fiores.net/files/CPUPowerConsumption.pdf”, 2005.

[5] Rentala, P. ; Musunuri, R. ; Gandham, S. ; Saxena, U. ; “Survey on Sensor Networks”, Department of Computer Science University of Texas at Dallas, 2001.

[6] Akyildiz, I.F. ; Su, W. ; Sankarasubramaniam,Y. ; Cayirci, E. ; “Wireless Sensor Network: a Survey”, In Computer Networks (Elsevier) Journal, Vol.38, No.4, pp. 393-422, March 2007.

[7] “Mega Guide”, PrepLogic, “URL: http://www.preplogic.com”, 2007.

[8] Xing, G. ; Lu, C. ; Zhang, Y. ;  Huang, Q. ; Pless, R. ; “Minimum Power Configuration in Wireless Sensor Networks”, ACM Journal Name, Vol. V, No. N, Month 20YY, pp. 1-30, 2005.

[9] Bag, J. ; Roy, S. ; Sarkar, S.K. ; “Realization of a low power sensor node processor for Wireless Sensor Network and its VLSI implementation” , Advance Computing Conference (IACC), 2014 IEEE International , Page(s): 101 – 105, 2014.

[10] Karray, F. ; Jmal, M.W. ; Abid, M. ; BenSaleh, M.S. ; Obeid, A.M.; “A review on wireless sensor node architectures” ,   Reconfigurable and Communication-Centric Systems-on-Chip (ReCoSoC), 2014 9th International Symposium , Page(s): 1 – 8, 2014.

https://digitalcommons.usf.edu/ege_etd

گره در شبكه حسگر بی سيم