شکل ۲-۱٫ ساختار کلی شبکه حسگر a) اتصال مستقیم b) چند جهشی c) خوشه‌ای d) چاهک متحرک(Luo, 2005)
چاهک^[۱۴]: گرهی که جمع آوری داده ها را به عهده دارد و ارتباط بین گره های حسگر و گره اصلی^[۱۵] را برقرارمی‌کند. همه گره‌ها مقادیر اندازه گیری شده را با روش‌های اتصال مستقیم^[۱۶]، چند جهشی^[۱۷]، خوشه‌ای^[۱۸] و چاهک متحرک^[۱۹] برای ذخیره و بهره برداری به چاهک می‌فرستند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

گره مدیر عملیات: گرهی که کاربر یا مدیر شبکه از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار می‌کند. فرامین کنترلی و پرس و جو ها از این گره به شبکه ارسال شده و داده های جمع آوری شده به آن برمی‌گردند.
۲-۲٫ مقایسه شبکه حسگر بی سیم و شبکه Ad hoc
در شبکه‌های Ad hoc وظایف تشخیص، مسیریابی و قابلیت حرکت به گونه‌ای انجام می‌شود تا سبب بهینه شدن ^[۲۰]QoS و کارایی^[۲۱] در پهنای باند بالا شود. در این نوع شبکه‌ها انرژی در درجه دوم اهمیت قرار دارد، زیرا در صورت نیاز امکان تعویض باتری وجود دارد. نرخ داده در شبکه‌های حسگر پایین و در حدود kb/s 100-1 است. همچنین در شبکه‌های حسگر بی‌سیم هدف طولانی نمودن عمر شبکه است، زیرا عموماً امکان جایگزینی باتری وجود ندارد(Rentala&eta1, 2001). تفاوت‌های اصلی این شبکه‌ها شامل موارد زیر هستند:

• • محدودیت‌های اندازه فیزیکی, منبع انرژی, قدرت پردازش, ظرفیت حافظه

• • تعداد بسیار زیاد گره ها و چگالی بالای توزیع

• • مستعد خطا بودن گره های حسگر

• • امکان تغییر توپولوژی شبکه حسگر

جدول ۲-۱ مقایسه کلی بین چند شبکه بی‌سیم را نشان می‌دهد(Zhong, 2004).
جدول۲-۱٫ مقایسه بین چند شبکه بی‌سیم(Zhong, 2004)
۲-۳٫ کاربردها
کاربردهای اصلی شبکه حسگر بی‌سیم به سه دسته نظامی، تجاری و پزشکی تقسیم می شوند. از کاربردهای نظامی می توان به سیستم های ارتباطی, فرماندهی, شناسایی, دیده بانی و میدان مین هوشمند و سیستم های هوشمند دفاعی نام برد.محیطهای هوشمند برای افراد سالخوده و شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر بیماران از جمله کاربرد های پزشکی آن است. سیستم های امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت, آتش سوزی(درجنگل), تشخیص آلودگی های زیست محیطی از قبیل آلودگی های شیمیایی, میکروبی, هسته‌ای, سیستم های ردگیری, نظارت وکنترل وسایل نقلیه و ترافیک, کنترل کیفیت تولیدات صنعتی, مطالعه در مورد پدیده های طبیعی مثل گردباد, زلزله, سیل, تحقیق در مورد زندگی گونه های خاص از گیاهان و جانوران، جزء کاربردهای تجاری این شبکه ها محسوب می شوند.
۲-۴٫ عوامل مؤثر در طراحی شبکه حسگر
برای طراحی شبکه های حسگر باید عوامل مختلفی را در نظر گرفت:
تلورانس خرابی^[۲۲]: هر گره ممکن است خراب شود یا در اثر رویدادهای محیطی مثل تصادف یا انفجار بکلی نابود شود یا در اثر تمام شدن منبع انرژی از کار بیفتد. منظور از قابلیت اطمینان این است که خرابی گره ها نباید عملکرد کلی شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. برای گره k با نرخ خرابی k قابلیت اطمینان^[۲۳] با رابطه ۲-۱ مدل می‌شود. این رابطه احتمال عدم خرابی است در زمان t به شرط اینکه گره در بازه زمانی (۰,t) خرابی نداشته باشد. به این ترتیب هرچه زمان می گذرد احتمال خرابی گره بیشتر می شود(Akyildiz& eta1, 2002,102-114).

سطح قابلیت اطمینان شبکه حسگر وابستگی شدیدی به کاربرد آن دارد(Akyildiz&eta1, 2007,393-422).
مقیاس پذیری: شبکه باید از نظر میزان پراکندگی و تعداد گره ها, مقیاس پذیر باشد. یعنی شبکه حسگر بتواند با میلیون ها گره کار کرده و از طرف دیگر, چگالی توزیع متفاوت گره ها را نیز مدیریت کند. چگالی طبق فرمول ۲-۲ محاسبه می شود.

که  بیانگر تعداد متوسط گره ها در شعاع انتقالی^[۲۴] ناحیه A است.
A: مساحت ناحیه کاری، N: تعداد گره در ناحیه کاری و R: برد ارسال رادیویی است(Akyildiz& eta1, 2002,102-114).
قیمت تمام شده: چون تعداد گره ها زیاد است کاهش قیمت هر تک گره اهمیت زیادی دارد. تعداد گره‌ها گاهی تا میلیون‌ها می‌رسد. در این صورت کاهش قیمت گره حتی به مقدار کم تاثیر قابل توجهی در قیمت کل شبکه خواهد داشت(Akyildiz& eta1, 2002,102-114).
تنگناهای سخت افزاری^[۲۵]: هرگره ضمن اینکه باید کل اجزا لازم را داشته باشد باید به حد کافی کوچک، سبک و کم حجم نیز باشد. به عنوان مثال در برخی کاربردها گره باید به کوچکی یک قوطی کبریت باشد و حتی گاهی حجم گره محدود به یک سانتیمتر مکعب باشد و از نظر وزن باید آنقدر سبک باشد که بتواند همراه باد در هوا معلق شود. در عین حال هر گره باید توان مصرفی پایینی داشته و با شرایط محیطی سازگار باشد(Aky
ildiz& eta1, 2002,102-114). چون گره‌ها اغلب غیر قابل دسترسی هستند طول عمر شبکه‌ها وابسته به طول عمر منابع تغذیه است. تغذیه گره‌های این شبکه سلول‌های سکه‌ای لیتیم^[۲۶] است (cm 5.2 قطر و cm 1 ضخامت). با دریافت انرژی از محیط می‌توان طول عمر شبکه را افزایش داد. استفاده از سلول‌های خورشیدی راهی برای دریافت انرژی از محیط است(Akyildiz&eta1, 2007,393-422).
توپولوژی: به این دلیل که ارتباط گره ها بی‌سیم و به صورت پخش همگانی است و هر گره با چند گره دیگر که در شعاع انتقالی آن قرار دارند ارتباط دارد، توپولوژی شبکه حسگر توپولوژی گراف است. چون ترافیک به شکلی است که داده‌ها از چند گره به سمت یک گره حرکت می‌کنند، مدیریت باید با دقت انجام شود. الگوریتم‌های راه اندازی اولیه باید امکان عضویت گره‌های جدید و حذف گره هایی که به دلایلی از کار می افتند را فراهم کنند. پویایی توپولوژی از خصوصیات شبکه‌های حسگر است. در دسترس نبودن و عدم کنترل نزدیک گره‌های حسگر است که شبکه را مستعد خطا می سازد(Akyildiz& eta1, 2002,102-114).
واسط ارتباطی^[۲۷]: در شبکه های حسگر گره‌ها از طریق ارتباط رادیویی, مادون‌قرمز یا واسط‌‌های نوری با یکدیگر تعامل دارند. البته ارتباط مادون قرمز ارزان‌تر و ساخت آن آسان‌تر است ولی فقط در خط مستقیم یا خط دید عمل می کند(Akyildiz& eta1, 2002,102-114). یک انتخاب برای ارتباطات رادیویی باندهای ^[۲۸]ISM است که اجازه ارتباط بدون مجوز^[۲۹] را در بیشتر کشورها می‌دهد. ذره غبار هوشمند^[۳۰] برای ارتباط از واسط نوری استفاده می‌کند(Akyildiz&eta1, 2007,393-422).
توان مصرفی گره‌ها: در بسیاری از کاربردهای شبکه حسگر باتری قابل تعویض نیست. بنابراین عمر باتری عملاً تعیین کننده عمر گره می باشد. در طراحی سخت افزار گره‌ها استفاده از طرح ها و قطعاتی که مصرف پایینی دارند و فراهم کردن امکان حالت خواب^[۳۱] برای کل گره یا برای هر بخش بطور مجزا مهم است(Akyildiz& eta1, 2002,102-114). وظیفه اصلی گره حسگر در میدان حسگر شناسایی پدیده، پردازش سریع محلی داده‌ها و انتقال داده‌ها است. بنابراین توان مصرفی به سه حوزه دریافتی، ارتباطی و پردازشی تقسیم می‌شود.
۲-۵٫ توپولوژی های مختلف شبکه
کیفیت یک شبکه^[۳۲] (QoS) در عواملی مانند تأخیر، نرخ بیت خطا^[۳۳]، تلفات بسته، قیمت اقتصادی انتقال و توان انتقال مشخص می‌شود. یک شبکه ارتباطی از گره‌ها تشکیل شده است، که توان محاسباتی دارند و می‌توانند پیام‌ها را در مسیرهای ارتباطی بی‌سیم یا سیم‌دار انتقال دهند یا دریافت کنند. بسته به QoS، محیط نصب، ملاحظات اقتصادی و کاربردی یکی از توپولوژی‌های زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند: مش، ستاره‌ای، کاملاً متصل، حلقه‌ای، درختی و باس، این توپولوژی‌ها در شکل ۲-۲ نشان داده شده‌اند(Lewis, 2004). یک شبکه می‌تواند از چندین زیرشبکه با توپولوژی‌های متفاوت نیز تشکیل شود.
حلقه: در این توپولوژی همه گره‌ها کار یکسانی را انجام می‌دهند و گره سرگروه وجود ندارد. پیام‌ها بطور کلی دور حلقه در یک جهت حرکت می‌کنند. اگر حلقه قطع شود، همه اطلاعات از بین می‌رود. شبکه حلقه‌ای خود درمانگر^[۳۴] دارای دو حلقه است و تحمل پذیری خطای بالایی دارد.
ویژگی ها:

• • میرایی^[۳۵] سیگنال در آن کم است.

• • اگر گره‌ای اجازه ارسال داشته باشد می‌تواند داده را بفرستد در نتیجه از تصادف خودداری می‌شود(Bag&eta1, 2014,101 – ۱۰۵).

• • سخت افزار آن گران و اختصاصی است.

• • شناسایی و رفع عیب در آن سخت است(Bag&eta1, 2014,101 – ۱۰۵).

شکل۲-۲٫ توپولوژی‌های اساسی مورد استفاده در شبکه (Lewis, 2004)
مش^[۳۶]: شبکه‌های با توزیع منظم هستند که عموماً اجازه انتقال پیام را فقط به نزدیک‌ترین همسایه می‌دهند. گره‌ها در این شبکه‌ها یکسان هستند. به شبکه‌ مش، شبکه‌p2p^[37] نیز اطلاق می‌شود. این شبکه می‌تواند مدل خوبی برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم با مقیاس بزرگ باشد که در یک ناحیه جغرافیایی توزیع شده است(Lewis, 2004).
ویژگی ها:

• افزونگی و تحمل پذیری خطای بالا فراهم می‌کند در نتیجه در صورت ازکار افتادن یک گره، گره‌های دیگر کار آن را انجام می‌دهند و تلفات داده رخ نمی‌دهد.