پیشرفت در تکنولوژی CMOS جهت ایجاد تراشههای کم مصرف، ساخت دوربینهای تکتراشه را، که میتوانند به راحتی در فرستنده/گیرندههای ارزان جاسازی شوند، امکانپذیر ساخته است. پیش از این، «میکروفنها» برای مدت زیادی جزء لازم گرههای حسگر بیسیم بودهاند. اتصال میان منابع چندرسانهای و وسایل ارتباطی مقرون بصرفه، انجام تحقیقات در مورد شبکهسازی حسگرهای چندرسانهای را قوّت بخشید؛ در نتیجه، طی سالهای اخیر، «شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای»، یا WMSN ها، در زمینههای مختلفی چون پردازش سیگنالهای دیجیتالی، ارتباطات، شبکهسازی، کنترل و آمار، به طور وسیعی مورد توجه تحقیقات قرار گرفتند. مجموعه تجارب کسب شده از هر یک از این زمینهها، ایجاد و توسعه WMSNهایی که امکان بازیابی جریانهای صوتی، ویدیویی (یا تصویری متحرک) و تصویری (ساکن) و ارسال بلادرنگ آن‌ها را فراهم نموده، تسهیل کرد. علاوه بر این، قابلیت بازیابی دادههای چندرسانهای، چنین شبکههایی را قادر میسازد که دادههای حاصل از منابع ترافیکیِ غیرهمجنس را به صورت بلادرنگ پردازش کنند، همبستگیشان را حفظ کنند و آن‌ها را با هم ترکیب کنند. درک این شبکهها، کاربردهای تحقیقاتی وسیعی در زمینههای مختلف پیشرویمان قرار خواهد داد که تحقّق آن‌ها در شبکههای حسگر عددی امکانپذیر نبوده است.
در این فصل روی جنبههای مختلف شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای تمرکز میشود و هدف این است که یک دید کلی نسبت به پروتکلها، الگوریتمها، کاربردها و چالشهای تحقیقاتی این شبکهها ارائه شود.
1-3- کاربردهای شبکههای حسگر چندرسانهای
مهمترین زمینههای کاربردی شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود:
■ نظارت و پایش: مجموعهِی قابلیّتهای صوتی، ویدیویی و تصویری موجود در حسگرها، کاربردهای نظارتی را بیشتر و گستردهتر نموده است. تغذیهِی یک منطقه خاص توسط چندین حسگر غیرهمجنس، امکان پوشش کاملتر و وسیعتری را فراهم آورده است. به علاوه، در این شبکهها، اطلاعات با جزئیات بیشتری، نسبت به شبکههای حسگر سنّتی، ارسال میشوند.
■ اجتناب از ترافیک، اجراء و کنترل آن: ترافیک یکی از بزرگترین مشکلات شهرهاست. آرایش آسانِ وسایلِ چندرسانهایِ بیسیم میتواند حلّال بسیاری از مشکلات مرتبط با ترافیک باشد؛ به این معنی که از یک مسیریابی ویژهِی مبتنی بر اطلاعات دریافتی از شبکهِی حسگرهای دوربینی استفاده شود و یا مثلأ، جایگاههای خالی پارک اتوموبیل، به صورت بلادرنگ نمایش داده شوند. به علاوه، حسگرهای چندرسانهای میتوانند جریان ترافیکی وسایل نقلیه در بزرگراهها را مانیتور کرده و دادههای جمع آوری شده (از قبیل سرعت متوسط و تعداد ماشینها) را بازیابی نمایند. این امر به کشف تخلّفات از راه دور و شناسایی متخلّفان نیز کمک میکند.
■ همیاری خودکار برای نظارت سالمندان و خانوادهها: شبکههای حسگر چندرسانهای، تکنیکهای بدیعی را در زمینه نظارت و مطالعهِی رفتار افراد مُسن، بدون مختل کردن روال عادی زندگی آن‌ها، عرضه میکنند. در نتیجه، علل بیماریهایی چون جنون (زوال عقل) که آن‌ها را مورد تهدید قرار میدهد، شناسایی میشوند. به علاوه، «کمک و همیاری از راه دور» به سالمندان نیز به وسیله حسگرهای صوتی و ویدیویی، امکانپذیر میگردد.
■ مانیتورینگ محیطی (یا محیط زیستی): اطلاعات بصری، خواه تصویر باشند و خواه جریان ویدیویی، موجبات افزایش قابلیّتهای مانیتورینگ محیطی را فراهم آوردهاند. در کنار دادههای عددی نظیر دما و رطوبت، اطلاعات بصری کمک میکنند تا مانیتورینگِ محیطی، به طور دقیق و عاری از تداخل و برهمکنشهای قابل توجّه، صورت گیرد.
■ کنترل فرایند صنعتی: کنترل و مانیتورینگ در یک محیط صنعتی، عواملی تعیین کننده در جهت کارآیی ماشین آلات صنعتی هستند. از محتوای چندرسانهای، میتوان برای کنترل یک فرایند صنعتیِ حساس به زمان استفاده نمود. فرایند ساخت محصولاتی مثل تراشههای نیمههادی، اتوموبیلها، خوراکی و دارو را میتوان با WMSNها، نظارت و آنالیز نمود. پیوند دادن سیستم نظارت ماشینی با WMSNها، این سیستمها را ساده و انعطافپذیر نموده و در عین حال هزینههای نگهداری و به کار اندازی را کاهش میدهد.
سیستمهای نظارتیِ توزیع شده که نتیجهِی تحقیقات در زمینهِی WMSNها هستند، مزایای بالقوّهِی دیگری هم، علاوه بر کاربردهای ذکر شده، دارند. مثلاً به طور خاص، سیستمهای نظارت و مانیتورینگ سنّتی میتوانند با سه مزیّت عمده یعنی: گسترش دید، افزایشِ کیفیت دید و امکانِ داشتن چند نقطهِی دید از یک پدیده، ارتقاء یابند. وقتی فقط از یک دوربین برای کاربرد نظارتی استفاده میشود، پوشش، در دوربینِ ثابت به میدان دید محدود میشود و در دوربین با قابلیت pan-tilt-zoom به میدان توجّه . از سوی دیگر، توسعهِی چندین حسگر بصریِ کمهزینه، باعث افزایش پوشش و ارتقاء سطح عملیات و بهرهوری میگردد. همچنین، استفاده از چندین دوربین، باعث افزایش اطلاعات ضروری و ارتقای سطح نظارتی، که در یک دوربین قابل حصول نیست، میگردد. به این ترتیب، از مشکلاتی مثل «خرابی تنها مؤلفه » یا مشکلات مربوط به وجود مانع در راستای دیدِ دوربین، اجتناب خواهد شد. به علاوه، استفاده از چندین منبع بصری، باعث انعطافپذیری در استخراج دادهها، متناسب با نیازمندیهای کاربرد مورد نظر خواهد شد؛ در نتیجه، توصیفهایی با دقّتها و سطح جزئیات مختلف از یک صحنه، ایجاد خواهد شد.
راهحلهای اتخاذ شده برای WSNها، اطلاعات زیادی را در جهت طراحی شبکههای چندرسانهای، عرضه مینماید؛ با این حال، بسیاری از جنبههای این شبکههای حسگرِ الگو، باید بررسی مجدد شوند. به طور خاص، نیاز به تقاضاهای متنوّعِ کیفیتِ خدمات (QoS) برای کاربردهای چندرسانهای، یک چالش بزرگ محسوب میگردد. بنابراین، برای اتخاذ راهحلهای کارآ و انعطافپذیر در WMSNها، تجربیات کسب شده از چندین زمینهِی تحقیقاتی مورد نیاز است. در این راستا، تئوری محدودیت انرژی در ارتباطات بیسیم و همچنین تکنیکهای پردازشی تصویر و ویدیو، در جهت ارتباطات چندرسانهای پیشرفته، از اهمیّت ویژهای برخوردارند.
در این قسمت، تا حد ممکن، الگوریتمها، پروتکلها و سختافزارهای مورد نیاز جهت ایجاد شبکههای حسگر چندرسانهای بیسیم مورد بررسی قرار میگیرند.
2-3- چالشهای طراحی
در طراحی WMSNها، زمینههای تحقیقاتی متنوعی از جمله ارتباطات، پردازش سیگنال، تئوری کنترل و سیستمهای جاگذاری شده ، مورد توجه قرار میگیرند. همگرایی این زمینهها، منجر به ایجاد شبکههای توانمندی خواهد شد که قادرند با محیط تعامل کنند و دادههای بامعنیتری (نسبت به شبکههای سنّتی) تولید کنند.
در فصول قبلی راجع به محدودیّتهای طراحی شبکههای WSN بحث شد؛ هرچند بعضی از محدودیّتهای مطرح شده در شبکههای حسگر بیسیم در WMSNها نیز وجود دارد (مثل مصرف انرژی)، با اینحال، با توجّه به ماهیّت متفاوت WMSNها و اختصاصی بودن برخی چالشها (به دلیل تفاوتهای اساسی سختافزاری یا نرمافزاری میان این دو نوع شبکه)، در این قسمت به محدودیّتهایی که در WMSNها مطرح هستند، بدون توجّه به وجوه اشتراک آن‌ها با شبکههای حسگر سنّتی، پرداخته خواهد شد.
چالشهای طراحی چندی در تحقّق WMSNها وجود دارند، مثل کدگذاری منبع چندرسانهای، نیاز به پهنای باند بالا، نیازمندیهای کیفیت خدمات در کاربرد خاص، پردازش درون شبکهایِ چندرسانه، مصرف انرژی، محدودیت منابع، ظرفیت متغیر کانال، ترکیب کارکردها در راهکار گذر از لایه، پوشش و … که هر یک در زیر شرح داده شدهاند.
فایل word آموزش شبیه سازی NS2 در سایت نشر الکترونیک آنی
فایل word خوشه بندی در شبکه های حسگر بیسیم
فایل Word راهنمای شبکه های حسگر و شبکه های حسگر مولتی مدیا
تألیف و ترجمه: محمد (فرزاد) یزدی
