كتب wireless sensor network

نظرة عامة

وقد بدات شبكة الاستشعار اللاسلكية، باعتبارها واحدة من أفضل التكنولوجيات الناشئة في القرن الحادي والعشرين، تتطور بوتيرة متسارعة في السنوات العشر الماضية. وقد تم القيام بالكثير من الأبحاث لتحسينها في مختلف الجوانب، بما في ذلك بنائها وأنظمة تشغيل العقد وبروتوكولات التوجيه وجمع البيانات ودمجها وآلية تحديد الموقع ومزامنة الوقت وما إلى ذلك. وعلاوة على ذلك، ظهرت أعداد كبيرة من التطبيقات الواعدة وتم نشرها في مناطق جغرافية مختلفة مثل حماية الهياكل الأساسية، والاستكشاف العلمي، والمراقبة العسكرية، ومراقبة حركة المرور والسيطرة، وأمن التعدين والنقل البحري، وحماية البيئة، وتتبع الاجسام، والشؤون العسكرية، وما إلى ذلك. مع وسائل الراحة التي قدمتها شبكة الاستشعار اللاسلكية، وقد أثرت في حياتنا وتغيرت إلى حد كبير في نواح كثيرة. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من المشاكل التي تعاني منها شبكة الاستشعار اللاسلكية. وتشمل قلة الموثوقيه لانظمة الاتصالات اللاسلكية، محدودية الطاقة المتاحة، وإخفاق العقد، وما إلى ذلك.

شبكة الاستشعار اللاسلكية هي وسيلة هامة للدراسة والتفاعل مع العالم المادي. تتكون شبكة الاستشعار عادة من عدد كبير من عقد الاستشعار الصغيرة. كل عقدة استشعار لديها واحد أو أكثر من مكونات الاستشعار لاستشعار الظروف المحيطة (على سبيل المثال درجة الحرارة والرطوبة والضغط) وعنصر للمعالجة والتواصل لإجراء بعض العمليات البسيطة على البيانات والتواصل مع العقد المجاورة لها. وعادة ما يتم نشر عقد الاستشعار بشكل مكثف على نطاق واسع ويتم التواصل مع بعضها البعض عبر وصلات لاسلكية عقد التحكم تقوم بمعالجة البيانات المجمعة من عقد الاستشعار، وجمع أوامر التحكم بعقد الاستشعار، وتوصيل الشبكة بشبكة سلكية تقليدية وعادة ما تنتشر عقد الاستشعار عشوائيا، وبعد ذلك تشكل شبكة استشعار بطريقة مخصصة للقيام بمهام معينة. ولا يوجد عادة دعم للبنية التحتية لشبكات الاستشعار.

وكمثال على ذلك، دعونا نلقي نظرة على مراقبة ساحة المعركة. في هذا التطبيق، يتم نشر عدد كبير من عقد الاستشعار الصغيرة بسرعة في ساحة المعركة عبر الطائرات أو الشاحنات. وبعد النشر، يتم ربط عقد الاستشعار هذه بشكل سريع لتشكيل شبكة مخصصة. ثم تقوم كل عقدة استشعار فردية برصد الظروف والأنشطة في محيطها وجمع معلومات. شبكة الاستشعار اللاسلكية لديها مجموعة واسعة من التطبيقات. وقد أصبحت الشبكة جزءا لا يتجزأ من حياتنا. وفي الآونة الأخيرة، مكنت الجهود البحثية من تنفيذ ونشر شبكات استشعار مصممة خصيصا لتلبية الاحتياجات الفريدة لبعض تطبيقات الاستشعار والرصد .

عناصر شبكة الاستشعار اللاسلكية : بشكل عام، تتكون الشبكة من ثلاثة عناصر، أجهزة الاستشعار والمراقبون وأجسام الاستشعار، وفيما يلي شرح موجز لهذه العناصر 1.اجهزة الاستشعار: جهاز استشعار يتكون أساسا من الاستشعار عن بعد، ونقل وتخزين وحدات الطاقة.هذه المهام تتطلب جمع المعلومات من اجسام في العالم الحقيقي، وتخزين بيانات الاستشعار، واجراء بعض العمليات الحسابيه ونقلها إلى المراقبين . 2.المراقبون: المراقبون هم مستخدمي شبكة الاستشعار اللاسلكية، الذين يتحققون، ويستفيدون من المعلومات المستشعره. و يمكن للمراقبين أن يكونوا بشراو أجهزة كمبيوتر أو بعض المعدات الأخرى. وهم يحللون ويفسرون المعلومات المستشعرة من اجل اتخاذ القرارات. 3.اجسام الاستشعار: الأجسام الاستشعار هي بعض الأهداف مثل الدبابات والجنود والحيوانات والغازات الضارة، وما إلى ذلك أن المراقبين يهتمون بشكل عام، بعرض اجسام الاستشعار على شكل خصائص رقمية لبعض الظواهر الفيزيائية والظواهر الكيميائية وغيرها، بما في ذلك حركة الأجسام ودرجة الحرارة والرطوبة وتركيز الدخان الخ . ويمكن أن تستشعر شبكة الاستشعار اللاسلكية عددا من الأشياء داخل منطقة تغطية الشبكة.

الخصائص

تم التعرف على شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) كنظام يعيد تشكيل نفسه ذاتيا استجابة للظروف الخارجية كما انه يتكون من عدة عقد [null (]nodes) مختلفة تتواصل فيما بينها لاسلكيا، وتحتوي على اجهزة استشعار ذكية ورخيصة الثمن تقوم برصد التغيرات المحيطه بها من ثم جمعها ومعالجتها، وإرسالها إلى المراقبين . تمتاز شبكات الاستشعار اللاسلكي (WSNs) بعدة مميزات، ومجموعة خصائص تتمثل في:-

• البيانات المتمركزه :- يعد استشعار المعلومات وايصالها إلى الشخص المعني ومن ثم حوسبتها، المهمة الاساسية التي أنشات شبكة الاستشعار اللاسلكيه (WSNs) من أجلها، ويتم ذلك من خلال جمع المعلومات ودمجها واستخلاص المفيد منها . ومن الجدير بالذكر انه عندما يرغب المستخدمون في الإستفسار عن بعض الحوادث إن البيانات التي يتم رصدها من عقده (node) واحدة ليست مصدر اهتمام لهم حيث أن أي رد فعل يقوم به المستخدم ناتج عن البيانات المستخلصه من عدد كبير من العقد المترابطه في هذه الشبكة. إن قدرة شبكات الإستشعار اللاسلكية (WSNs) على دمج البيانات التي تم جمعها تقلل كثافة البيانات المرسلة عبر هذه الشبكة  . 
•  الانتشار على نطاق واسع :- تنتشر شبكات الاستشعار اللاسلكية [null (]WSNs)  على مساحات شاسعة مما يدفعنا إلى زيادة كثافة العقد المستخدمه بناءا على طبيعة الحقل المطلوب انتشار أجهزه الإستشعار فيه، ومن طبيعي أن تحدث حالات الفشل في الشبكات اللاسلكية، والتي عادة ما تشمل فشل عقد(nodes) أجهزة الاستشعار، وفشل الاتصالات وما إلى ذلك . فبالتالي  لا بد لنا من تصميم  أجهزه وبرامج ذات متانه عا اليه وقادره على الاستمرار في العمل في حالة إخفاق بعض مُكَوِّناتها وخاصة في حالة البيئة التي لا يمكن الوصول إليها .
•  التوبولوجيا الديناميكية (dynamic topology) : تمثل توبولوجيا الشبكة الشكل الذي يسمح لأجهزة الشبكة بأن تتصل ببعضها البعض . إن التبولوجيا في شبكات الاستشعار اللاسلكية(WSNs) لا بد من أن تكون ديناميكية بسب تغيرات العقد [null (]nodes) .على سبيل المثال، قد تفشل العقد (nodes) إما من نقص الطاقة أو التدمير المادي، قد تنضم عقد جديده إلى الشبكة وقد تكون عقد (nodes) الاستشعار متنقلة ؛ لتوفير الطاقة . لذلك يجب أن تكون الشبكة قادره على التكيف الذاتي وإعادة تكوين نفسها بشكل دوري .
•  الموثوقية العالية : غالبا ما يتم نشر شبكات الإستشعار اللاسلكيه [null (]WSNs) في مناطق نائية وغير مأهوله وتغطي مساحات كبيره .وهذا يجعل صيانة الشبكة عبر الانترنت أمر صعب جدا . بالإضافة إلى ذلك يجب ضمان سرية  البيانات التي يتم جمعها عن طريق هذه الشبكة لعدم التمكن من سرقتها أو التجسس عليها وبالتالي  من المهم جدا تطبيق بعض الآليات التي تضمن إتصال آمن عبر شبكات الإستشعار اللاسلكي . وهذا يتطلب أن تكون الشبكة قوية وذات قدرة على تصحيح [null أعطالها] ، أي أن تكون ذات موثوقية عالية .
• التنظيم الذاتي : تتعرض شبكات الاستشعار اللاسلكية [null (]WSNs)  إلى بيئات ذات طابع مختلف لذلك تواجه العديد من المعيقات التي لا يمكن التنبؤ بها . فلا يمكن لنا أن نحدد مسبقا موقع العقد بشكل دقيق، ولا يكمن أن نضمن جودة الاتصالات اللاسلكية في جميع البيئات ؛فهنالك بعض الظواهر البيئيه لا يمكن السيطرة عليها . لهذا عقد (nodes) الاستشعار يجب أن تكون ذاتية التنظيم حيث تكون قادره على إعادة تكوين نفسها استنادا على ظروف الشبكة وبدون التدخل بشري .
• الصلة بالتطبيقات :- إن شبكات الإستشعار اللاسلكية(WSNs) تعتمد بشكل وثيق على التطبيق الذي صممت لأجله  . لتتمكن من تحديد متطلباتها من حيث الأجهزة والبرمجيات وبروتوكلات الاتصالات المستخدمة . ومن أجل تحقيق التنظيم الفعال والآمن للشبكة ينبغي على مصمم الشبكة دمج معلومات التطبيق مع الهياكل الإدارية في شبكات الإستشعار اللاسلكية(WSNs).

البنية المادية لعقدة الاستشعار

المتحكِّم

نظرة عامة على أجهزة استشعار العقد:

( Sensor node hardware)

من الواضح أن التطبيق وحجم التكاليف يلعبان دورا مهما في حال القيام بإنتقاء مكونات الأجهزة فيما يختص بمستشعر لاسلكي. وغالبا ما تعتبر أسلاك الاتصال ذات جودة مقبولة، ولكن تعتبر المفاضلة فيما بينها والتي تكون من خلال مزاياها والتكاليف أمراً بالغ الأهمية. وفي أقصى حالتها يجب أن يكون جهاز الاستشعار الكامل أصغر من 1 سم مكعب، ويزن (إلى حد كبير) أقل من 100 غرام، ويكون أرخص بكثير من USSI، ويتبدد في أقل من 100uw.

وتهدف العقد إلى أن تقوم بتخفيض حجم أجهزة الاستشعار ليصل إلى حجم حبيبات الغبار. وفي تطبيقات أكثر واقعية، يعتبر حجم العقدة أمرا ليس مهما للغاية بل تعتبر إمدادات الطاقة البسيطة أمرا أكثر أهمية. 126 هو حجم هذه التفاوتات على الرغم من وجود اتجاه مشترك معين يمكن ملاحظته في منصات الأجهزة النموذجية لعقد الاستشعار اللاسلكية في حين لا يوجد بالتأكيد معيار واحد متاح، كما أن معيارا كهاذا لديه القدرة على دعم التطبيقات جميعها. بالإضافة إلى ذلك، فإن هناك عددا من المشاريع البحثية التي تركز على تقليص أي من المكونات المتعلقة بحجم واستهلاك الطاقة.

وتتكون عقدة الاستشعار الأساسية من خمسة مكونات رئيسية وحدة تحكم ووحدة تحكم لمعالجة جميع البيانات ذات الصلة، وقادرة على تنفيذ رموز تعسفية على الذاكرة (بعض الذاكرة) لتخزين البرامج والبيانات المتوسطة.

تعتبر أجهزة الاستشعار والمحركات الواجهة الفعلية إلى العالم المادي سواء تم استخدام أنواع مختلفة من الذاكرة للبرامج والبيانات أم لا، ويتطلب الاتصال تحويل الأوضاع إلى شبكة ما لإرسال المعلومات وتلقيها عبر قناة شانيل اللاسلكية.

مكونات أجهزة الاستشعار:

مشغل إمدادات الطاقة كما هو بالعادة بحيث لا تتوفر امدادات للطاقة المتوفرة، ويكون وجود بعض البطاريات ضروريا لتوفير الطاقة. وفي بعض الأحيان يكون هناك شكل من أشكال إعادة الشحن عن طريق الحصول على الطاقة من البيئة (مثل الخلايا الشمسية).

ويجب على كل من هذه المكونات أن تعمل على تحقيق التوازن بين طاقة صغيرة قدر الإمكان من ناحية والحاجة إلى أداء مهامهم من ناحية أخرى. ويجب على أجهزة التحكم أن تكون غير مشغلة على سبيل المثال، يمكن تستخدم أجهزة التحكم مؤقتا مبرمجا مسبقا لإعادة تنشيط مرور بعض الوقت. وبدلا من ذلك، يمكن برمجة أجهزة الاستشعار لرفع القاطع إذا تجاوزت قيمة درجة الحرارة حدا معينا. ويتطلب دعم وظائف التنبيه لهذا التوصيل المناسب بين المكونات الفردية. وعلى ذلك، فإنه يجب تبادل كل من معلومات التحكم والبيانات على طول هذه الاتصالات.

ويمكن لهذا الربط أن يكون بسيطا جدا على سبيل المثال، يمكن أن يقوم جهاز استشعار ببساطة بإبلاغ وحدة التحكم عن تجاوز قيمة (analog)، وإذا تم الكشف في وحدة التحكم الرئيسية عن الحدث الفعلي أي كشف تجاوز الحدود المسموح في المستشعر بدرجة حرارة بسيطة، فإن هذا التجاوز البسيط كاف ليعمل على تشغيل المستشار.

وحدة التحكم الرئيسية:

وحدة التحكم هي جوهر عقدة الاستشعار اللاسلكي. إذ تقوم بجمع البيانات من أجهزة الاستشعار ومعالجتها، وتقرر متى وأين يتم إرسالها؟! وتستقبل البيانات من العقد الأخرى، وتقرر سلوك المشغل. وتنفذ برامج مختلفة تتراوح بين معالجة الإشارات الحرجة وبروتوكولات الاتصال لبرامج التطبيق..

وفيما يتعلق بأدائها في العمل فإنه مثالي، ولا تعمل على استهلاك الطاقة بشكل مفرط، وهي مناسبة لل WSN لإنها تمتلك القابلية لتقليل استهلاك الطاقة بحيث يمكن أن تكون بعض أجزائها في وضعية sleep والبعض الآخر نشط ويؤدي المهام.

بعض الأمثلة على استخدام وحدة التحكم المركزية:

1. Intel strong Arm (الذراع القوية). 2. Texas instruments (MPS 430). 3. Atmel Atmega.

الذاكرة

الذاكرة:

مكون الذاكرة بسيط إلى حد ما. ومن الواضح أن هناك حاجة إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين قراءات أجهزة الاستشعار. في حين إن العيب الرئيسي في ذاكرة الوصول العشوائي السريع هو أنها تفقد محتواها في حالة انقطاع التيار الكهربائي. بحيث يجب تخزين البرنامج في ذاكرة للقراءة فقط (ROM) أو بشكل أكثر شيوعا في الذاكرة القابلة للقراءة فقط القابلة للقراءة إلكترونيا) (EEPROM) (أو ذاكرة الفلاش) التي تكون مشابهة في وقت لاحق ل (EEPROM) ولكن تسمح بتمرير البيانات أو كتابتها في أكثر من بايت بدلا من بايت واحد فقط في الوقت نفسه، ويمكن أيضا أن تكون بمثابة تخزين وسائط من البيانات في حالة أن تكون ذاكرة الوصول العشوائي غير كافية أو عندما تحتاج إمدادات الطاقة من ذاكرة الوصول العشوائي إيقاف التشغيل لبعض الوقت. وينبغي أن تؤخذ في الاعتبار القراءة والكتابة الطويلة، وكذلك الطاقة كبيرة الحجم (ذاكرة البعد الصحيح). ويمكن أن تكون حاسمة فيما يتعلق بالتكاليف واستهلاك الطاقة.

جهاز الإرسال والاستقبال

يستخدم جهاز الاتصالات لتبادل البيانات بين العقد الفردية. في بعض الحالات، يمكن أن تكون الاتصالات السلكية في الواقع طريقة الاختيار وكثيرا ما تطبق في العديد من شبكات أجهزة الاستشعار مثل الإعدادات. تعد حالة الاتصالات اللاسلكية أكثر إثارة للاهتمام.

أجهزة الإرسال والاستقبال أما بالنسبة إلى الاتصالات الفعلية، فإن كلا من جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال مطلوبان في عقدة الاستشعار. المهمة الأساسية هي تحويل تيارالأرقام الثنائية القادمة من متحكم (أو سلسلة من بايت أو إطارات) وتحويلها من وإلى موجات الراديو. ولأغراض عملية، يكون من المناسب عادة استخدام جهاز يجمع بين هاتين المهمتين في كيان واحد. وتسمى هذه الأجهزة مجتمعة أجهزة الإرسال والاستقبال. وعادة ما تتحقق عملية نصف الازدواجية لأن الإرسال والاستقبال في نفس الوقت على وسط لاسلكي غير عملي في معظم الحالات.

مهام جهاز الإرسال والاستقبال وخصائصه: لتحديد أجهزة الإرسال والاستقبال المناسبة، ينبغي أخذ عدد من الخصائص في عين الاعتبار. وأهمها: الخدمة إلى الطبقة العليا، استهلاك القدرة والطاقة، تردد الناقل وقنوات متعددة، أوقات وطاقة تغير الحالة، معدلات البيانات، التحوير، الترميز، التحكم بطاقة الانتقال، النسبة بين الاشارات الداخلة والخارجة، كفاءة الطاقة، حساسية المستقبل، المدى، حجب الأداء، حساسية الناقل.

أجهزة الإرسال والاستقبال المناسبة لشبكات الاستشعار اللاسلكية متوفرة من العديد من الشركات المصنعة. عادة، هناك مجموعة كاملة من الأجهزة للاختيار من بينها.

ومن الخصائص الهامة والفرق الرئيسي مقارنة بأجهزة الاتصال الأخرى هي حقيقة أن أجهزة الإرسال والاستقبال البسيط هذه تفتقر في كثير من الأحيان إلى معرف فريد: فلكل جهاز أثيري، على سبيل المثال، عنوان على مستوى ماك يعرف هذا الجهاز بشكل فريد. وبالنسبة للمستقبلات البسیطة، فإن التکالیف الإضافیة لتقدیم مثل ھذا المعرف مرتفعة نسبیا فیما یتعلق بالتکالیف الإجمالیة للجھاز، وبالتالي لا یمکن الاعتماد علی المعرفات الفريدة لکي تکون موجودة في جمیع الأجھزة. توافر مثل هذه المعرفات في الأجهزة مفيد جدا في العديد من بروتوكولات الاتصالات وغيابها سيكون له عواقب كبيرة على تصميم البروتوكول.

الحالات التشغيلية لجهاز الإرسال والاستقبال: يمكن للعديد من أجهزة الإرسال والاستقبال أن تميز أربع حالات تشغيلية: الإرسال: في حالة الإرسال، يكون جزء الإرسال من جهاز الإرسال والاستقبال نشطا والسلك الهوائي يشع الطاقة.

الاستقبال: في حالة الاستقبال يكون جزء الاستقبال نشط.

الخمول: جهاز الإرسال والاستقبال الذي هو على استعداد للاستقبال ولكنه لا يستقبل أي شيء يكون في حالة الخمول. وفي هذه الحالة الخاملة، تكون أجزاء كثيرة من دارات الاستقبال نشطة، بينما تكون أجزاء أخرى غير نشطة. على سبيل المثال، في دارات المزامنة، تكون بعض العناصر المعنية بالاقتناء نشطة، في حين أن العناصر المعنية بالتتبع تكون غير نشطة وتنشط فقط عندما يحصل الجهاز على معلومات ما. مايرز وآخرون يناقشون أيضا تقنيات لإيقاف تشغيل أجزاء من دوائر الحصول على معلومات لأجهزة الإرسال والاستقبال المصدرة من معهد المهندسين الالكترونيين و الكهربائيين802.11. والمصدر الرئيسي لتبديد الطاقة هو التسرب.

الراحة: في حالة الراحة، يتم إيقاف أجزاء كبيرة من جهاز الإرسال والاستقبال. هناك أجهزة الإرسال والاستقبال تقدم عدة حالات مختلفة للراحة، انظر لمرجع لمناقشة حالات الراحة لأجهزة الإرسال والاستقبال المصدرة من معهد المهندسين الالكترونيين والكهربائيين 802.11. تختلف حالات الراحة هذه في كمية الدارات قبالة غيرالنشطة وفي أوقات الاسترداد المرتبطة وطاقة بدء التشغيل. على سبيل المثال، في قوة كاملة أسفل جهاز الإرسال والاستقبال، تكاليف بدء التشغيل تشمل التهيئة كاملة وكذلك تكوين الراديو، في حين أن في حالات الراحة "الأخف"، بعض أجزاء جهاز الإرسال والاستقبال التي تقود الدارة المؤقتة يتم التحكم بها في حين يتم مراعاة عملية التكوين والوضع التشغيلي.

مولد الطاقة

امدادات الطاقة من عقد الاستشعار

بالنسبة لعقد أجهزة الاستشعار اللاسلكية غير المترابطة، فإن مصدر الطاقة هو مكون أساسي للنظام. هنالك

جانبين اساسين : أولا، تخزين الطاقة وتوفير الطاقة في النموذج المطلوب؛ ثانيا،

في محاولة لتجديد الطاقة المستهلكة من قبل "الكسح" من بعض مصدر الطاقة العقدة الخارجية متأخر، بعد فوات الوقت يتم عادة تخزين الطاقة باستخدام البطاريات. كما التوجه الخام، العادي مخازن البطارية حوالي 2.2-2.5 آه في 1.5 V. تصميم البطارية هو العلم والصناعة في حد ذاته، و وقد اجتذبت الكسح الطاقة الكثير من الاهتمام في البحوث. هذا القسم يمكن أن توفر سوى بعض لمحات صغيرة من هذا المجال الشاسع. بعض الأوراق التي تتناول هذه الأسئلة (وتكون بمثابة الأساس لهذا القسم)

تخزين الطاقة: بطاريات البطاريات التقليدية مصدر الطاقة لعقدة الاستشعار هو بطارية، إما غير قابلة للشحن ("البطاريات الأولية") أو، إذا كان جهاز مسح الطاقة موجود على العقدة، قابلة لإعادة الشحن أيضا ("البطاريات الثانوية"). في بعض الأشكال أو غيرها، والبطاريات هي مخازن الكيماوية والكهربائية للطاقة - المواد الكيميائية التي هي العامل الرئيسي المحدد لتكنولوجيا البطاريات

عند هذه البطاريات، تفرض متطلبات صعبة للغاية:

القدرات: وينبغي أن يكون قدرة عالية في وزن صغير، حجم صغير، وانخفاض الأسعار. الرئيسية متري هو الطاقة في وحدة التخزين، J / CM3. ويبين الجدول 2-2 بعض القيم النموذجية لكثافة الطاقة، باستخدام التقليدية، وتقنيات البطارية ماكروسيل. وبالإضافة إلى ذلك، فإن البحث عن "ميكروسكيل" البطاريات، على سبيل المثال، أودعت مباشرة على رقاقة، ويجري حاليا.

القدرة تحت الحمل: يجب أن تحمل أنماط الاستخدام المختلفة كما عقدة استشعار يمكن أن تستهلك مستويات مختلفة تماما من السلطة مع مرور الوقت ورسم فعلا عالية الحالية في عملية معينة أساليب الأرقام الحالية على استهلاك الطاقة من العقد وسن تختلف ويتم التعامل معها بالتفصيل في القسم 2.2، لذلك فمن الصعب توفير مبادئ توجيهية دقيقة. ولكن بالنسبة لمعظم التكنولوجيات، و أكبر البطارية، وأكثر قوة يمكن تسليمها فورا. وبالإضافة إلى ذلك، تصنيف سعة البطارية المحددة من قبل الشركة المصنعة صالحة فقط طالما أقصى التفريغ لا يتم تجاوز التيارات، لئلا تنخفض القدرة أو حتى فشل البطارية المبكرة يحدث .

التفريغ الذاتي: يجب أن يكون التفريغ الذاتي منخفض؛ فإنها قد تضطر أيضا إلى أن تستمر لفترة طويلة (باستخدام تكنولوجيات معينة، لا تعمل البطاريات إلا لبضعة أشهر، بصرف النظر عن سواء تم سحب الطاقة منها أم لا). فبطاريات الزنك - الهواء، على سبيل المثال، ليس لها سوى عمر قصير جدا (حسب ترتيب الأسابيع) والتي تعوض كثافة الطاقة العالية بشكل جذاب.

إعادة الشحن الفعال: يجب أن تكون عملية إعادة الشحن فعالة حتى عند توفرها بشكل متقطع ومتقطع إعادة شحن الطاقة؛ وبالتالي، يجب أن البطارية لا تظهر أي "تأثير الذاكرة". بعض تقنيات استخراج الطاقة الموصوفة أدناه ليست قادرة إلا على إنتاج التيار في منطقة μA (ولكن ربما مستدامة) في عدد قليل فقط فولت في أحسن الأحوال. البطارية الحالية فإن التكنولوجيا لن تقوم أساسا بإعادة شحن هذه القيم .

الاسترخاء: تأثير الاسترخاء - على ما يبدو إعادة شحن الذاتي فارغة أو فارغة تقريبا البطارية عندما لا يوجه أي تيار منه، على أساس عمليات نشر الكيميائية داخل الخلية - ينبغي فهمها بوضوح. عمر البطارية والقدرة القابلة للاستخدام هو إلى حد كبير تمديد إذا كان هذا التأثير هو الاستدانة. وكمثال واحد، فمن الممكن استخدام بطاريات متعددة بالتوازي مع "جدول" التفريغ من بطارية واحدة إلى أخرى، اعتمادا على الاسترخاء مخازن الطاقة غير التقليدية: وبصرف النظر عن البطاريات التقليدية، هناك أيضا أشكال أخرى من خزانات الطاقة التي يمكن التفكير فيها بمعنى أوسع، خلايا الوقود أيضا مؤهلة كتخزين الكهربائية والكيميائية للطاقة، مباشرة إنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق أكسدة الهيدروجين أو الوقود الهيدروكربوني. خلايا الوقود لديها بالفعل (مثل الميثانول كمخازن وقود 17.6 كيلوجول / سم 3)، ولكنها متاحة حاليا فإن الأنظمة لا تزال تتطلب حجم الحد الأدنى غير مؤهل للمضخات والصمامات، وما إلى ذلك. أكثر قليلا النهج التقليدي لاستخدام الطاقة المخزنة في الهيدروكربونات هو استخدام نسخ مصغرة من الحرارة محركات، على سبيل المثال، توربينات . تقلص هذه المحركات الحرارة إلى الأحجام المطلوبة لا يزال يتطلب جهد بحثي كبير في أنظمة ميكروكلترومشانيكال ؛ التوقعات المتعلقة الطاقة تتراوح بين 0.1-10 واط في أحجام حوالي 1 سم مكعب . وأخيرا، حتى المواد المشعة قد اقترح كمخزن للطاقة وهناك خيار آخر يسمى "قبعات الذهب"، وذات جودة عالية والمكثفات ذات قدرة عالية، والتي يمكن تخزين كميات كبيرة نسبيا من الطاقة، يمكن أن يكون بسهولة و بسرعة إعادة شحنها، ولا تبلى مع مرور الوقت.

التحويل (التيار المباشر- التيار المباشر) لسوء الحظ، البطاريات (أو غيرها من أشكال تخزين الطاقة) وحدها ليست كافية ك مصدر طاقة مباشرة لعقدة الاستشعار. مشكلة واحدة نموذجية هي الحد من الجهد البطارية كما لها قطرات القدرات. وبالتالي، يتم تسليم أقل قوة لدوائر عقدة أجهزة الاستشعار، مع فوري العواقب على الترددات مذبذب وقوة الإرسال - عقدة على بطارية ضعيفة سوف لديها مجموعة نقل أصغر من واحد مع بطارية كاملة، وربما رمي قبالة أي المعايرة القيام به لمجموعة في نطاقات البطارية كاملة. (التيار المباشر-التيار المباشر) محول يمكن استخدامها للتغلب على هذه المشكلة من خلال تنظيم الجهد تسليمها إلى الدوائر العقدة. لضمان الجهد المستمر على الرغم من انخفاض الجهد إمدادات البطارية، (التيار المباشر-التيار المباشر) تحويل لديه لرسم التيار أعلى على نحو متزايد من البطارية عندما تكون البطارية أصبحت بالفعل ضعيفة، وتسريع الموت البطارية، و

(التيار المباشر-التيار المباشر) تحويل لا تستهلك الطاقة لتشغيلها الخاص، والحد من الكفاءة العامة. لكن ال

مزايا عملية يمكن التنبؤ بها خلال دورة الحياة بأكملها يمكن أن تفوق هذه العيوب.

كسح الطاقة: بعض من مخازن الطاقة غير التقليدية المذكورة أعلاه - خلايا الوقود، محركات الحرارة الصغيرة، النشاط الإشعاعي - تحويل الطاقة من بعض المخزنة، شكل ثانوي إلى كهرباء في أقل مباشرة وسهلة استخدام الطريقة من البطارية العادية ستفعل. يتم تخزين امدادات الطاقة بأكملها على العقدة نفسها - مرة واحدة يتم استنفاد امدادات الوقود، فشل عقدة لضمان عقد طويل الأمد حقا وشبكات الاستشعار اللاسلكية، ومثل هذا مخزن الطاقة محدودة غير مقبول. بدلا من ذلك، يجب استغلال الطاقة من بيئة العقدة وإتاحتها إلى العقدة - يجب أن تجري عملية سحب الطاقة. توجد عدة مقاربات:

الخلايا الكهروضوئية : يمكن استخدام الخلايا الشمسية المعروفة لعقد أجهزة الاستشعار. الطاقة المتاحة يعتمد على ما إذا كانت العقد تستخدم في الهواء الطلق أو في الداخل، وفي الوقت المحدد من اليوم وما إذا كان للاستخدام في الهواء الطلق. تقنيات مختلفة هي الأنسب للاستخدام في الهواء الطلق أو في الأماكن المغلقة وتتراوح الطاقة الناتجة بين 10 ميكرو واط / سم 2 في الداخل و 15 ميجاواط / سم 2 في الهواء الطلق. خلايا واحدة تحقيق انتاج الناتج مستقرة إلى حد ما حوالي 0.6 V (وبالتالي يجب أن يمكن استخدامها في سلسلة) طالما أن تيار المسحوب لا يتجاوز عتبة حرجة، والتي يعتمد، من بين عوامل أخرى، على شدة الضوء. وبالتالي، عادة ما تستخدم الخلايا الشمسية لإعادة شحن البطاريات الثانوية. أفضل المقايضات بين تعقيد الدوائر إعادة شحن، وكفاءة الخلايا الشمسية، وعمر البطارية لا تزال أسئلة مفتوحة.

تدرجات درجة الحرارة : يمكن تحويل الاختلافات في درجة الحرارة مباشرة إلى طاقة كهربائي من الناحية النظرية، حتى الفرق الصغيرة، على سبيل المثال، 5 K يمكن أن تنتج قوة كبيرة، ولكن الأجهزة العملية تقع قصيرة جدا من الحدود العليا النظرية (نظرا لكفاءة كارنوت) عادة ما يتم النظر في مولدات الطاقة الحرارية الحرارية القائمة على تأثير سيبيك؛ مثال واحد هو مولد، والتي سوف تكون متاحة تجاريا في وقت قريب، أن يحقق حوالي 80 μW / CM2 في حوالي 1 V من 5 الفرق في درجة الحرارة كلفن

الاهتزازات: شكل واحد تقريبا من الطاقة الميكانيكية هو الاهتزازات: الجدران أو النوافذ في المباني هي صدى مع السيارات أو الشاحنات المارة في الشوارع، وآلات غالبا ما يكون انخفاض التردد الاهتزازات، التهوية أيضا يسبب ذلك، وهلم جرا. تعتمد الطاقة المتاحة على سواء الاتساع والتردد للاهتزاز وتتراوح من حوالي 0.1 μW / CM3 تصل إلى 10، 000 μW / cm3 لبعض الحالات القصوى (الحدود العليا النموذجية هي أقل). تحويل الاهتزازات إلى الطاقة الكهربائية يمكن أن يتم عن طريق وسائل مختلفة، على أساس الكهرومغناطيسية، كهرباء، أو كهرضغطية المبادئ. ويبين الشكل 2-4، على سبيل المثال، أ مولد يعتمد على مكثف متغير الأجهزة العملية من 1 CM3 يمكن أن تنتج عنه 200 μW / CM3 من 2.25 م / ث 2، 120 هرتز مصادر الاهتزاز، في الواقع كافية لقوة بسيطة المرسلات اللاسلكية اختلافات الضغط: تشبه إلى حد ما الاهتزازات، ويمكن أيضا أن تستخدم تباين الضغط كما مصدر الطاقة. وتستخدم هذه المولدات الكهربائية كهرضغطية بالفعل. واحد معروف على سبيل المثال هو إدراج مولد كهرضغطية في كعب حذاء، لتوليد الطاقة كما يمشي الإنسان حول هذا الجهاز يمكن أن تنتج، في المتوسط μW / CM2. أنه، ومع ذلك، ليس من الواضح كيف يمكن تطبيق هذه التكنولوجيات على الشبكات الاجتماعية.

تدفق الهواء / السائل: آخر مصدر الطاقة المستخدمة في كثير من الأحيان هو تدفق الهواء أو السائل في مصانع الرياح أو التوربينات. التحدي هنا هو مرة أخرى التصغير، ولكن بعض من العمل على ميليمترسكال قد تكون التوربينات الغازية ميمس قابلة لإعادة الاستخدام غير أن هذا لم ينتج حتى الآن أي نتائج ملحوظة.

نظام التشغيل وبيئة العمل

أنظمة التشغيل المدمجة

المهام التقليدية لنظام التشغيل هي التحكم وحماية الوصول إلى الموارد(بما في ذلك دعم المدخلات / المخرجات) وإدارة تخصيصها لمختلف المستخدمين وكذلك دعم التنفيذ المتزامن لعدة عمليات والاتصال بين هذه العمليات. غير أن هذه المهام مطلوبة جزئيا فقط في نظام مضمن مثل التنفيذ.الرمز هو أكثر تقييدا بكثير وعادة ما يكون أفضل بكثير من المواءمة في نظام للأغراض العامة.

أيضا، كما أظهرت وصف متحكم، هذه الأنظمة بشكل واضح لم يكن لديها الموارد اللازمة لدعم نظام التشغيل الكامل. بدلا من ذلك، نظام التشغيل أو بيئة التنفيذ - ربما المصطلح الأكثر تواضعا هوالأكثر ملاءمة - بالنسبة إلى الشبكات الساتلية العالمية ينبغي أن تدعم الاحتياجات المحددة لهذه الأنظمة.

خاصه، فإن الحاجة إلى التنفيذ الموفرة للطاقة تتطلب دعما لإدارة الطاقة، على سبيل المثال، في شكل الإغلاق المراقب للمكونات الفردية أو ديناميكية التحجيم لجهد التقنيات. أيضا، ينبغي التعامل مع المكونات الخارجية - أجهزة الاستشعار، مودم الراديو، أو أجهزة توقيت بسهولة وكفاءة، على وجه الخصوص، المعلومات التي تصبح متاحة بشكل غير متزامن (في أي نقطة تعسفية في الوقت المناسب). كل هذا يتطلب نموذج البرمجة المناسبة، طريقة واضحة لهيكلة كومة البروتوكول، والدعم الصريح لإدارة الطاقة - دون أن تفرض عبئا ثقيلا على الشح موارد النظام مثل الذاكرة أو وقت التنفيذ. يتم التعامل مع هذه الموضوعات الثلاثة في ما يلي أقسام، مع دراسة حالة استكمال اعتبارات نظام التشغيل.

برمجة النماذج واجهات برمجة التطبيقات البرمجة المتزامنه

واحدة من الأسئلة الأولى لنموذج البرمجة هو كيفية دعم التزامن. هذا الدعم للتنفيذ المتزامن أمر بالغ الأهمية لعقد

شبكة الاستشعار اللاسلكية ، كما لديهم لمعالجة البيانات كومونينغ من مصادر تعسفية - على سبيل المثال، أجهزة استشعار متعددة أو جهاز الإرسال والاستقبال الراديوي - في نقاط تعسفية في زمن. على سبيل المثال، يمكن للنظام استطلاع جهاز استشعار لتحديد ما إذا كانت البيانات متاحة وعملية البيانات على الفور، ثم استطلاع جهاز الإرسال والاستقبال للتحقق ما إذا كانت حزمة متاحة، وبعد ذلك وعلى الفور معالجة الحزمة، وهلم جرا. سيتم تشغيل هذا النموذج المتسلسل البسيط حال فقدان البيانات أثناء معالجة حزمة أو فقدان حزمة عندما تكون معلومات الاستشعار.تمت معالجت هذا الخطرالكبير بشكل خاص إذا أخذت معالجة بيانات الاستشعار أو الحزم الواردة كميات كبيرة من الوقت، والتي يمكن أن تكون بسهولة الحال. وبالتالي، بسيطة، برمجة متتابعة نموذج غير كاف بشكل واضح

التزامن القائم على العملية معظم أنظمة التشغيل الحديثة والأغراض العامة تدعم التنفيذ المتزامن (على ما يبدو موازيا) من عمليات متعددة على وحدة المعالجة المركزية واحدة. وبالتالي، فإن مثل هذا النهج القائم على العملية سيكون أول مرشح لدعم التزامن في عقدة الاستشعار كذلك؛ في حين بل إن هذا النهج يعمل من حيث المبدأ، ويحدد نموذج التنفيذ هذا من العمليات المتزامنة إلى عقدة استشعار يظهر، مع ذلك، أن هناك بعض عدم التطابق تحبب وظائف بروتوكول الفردية أو طبقات مع العمليات الفردية تنطوي على ارتفاع النفقات العامة في التحول من عملية إلى أخرى. هذه المشكلة شديدة بشكل خاص إذا كان يجب أن تكون المهام في كثير من الأحيان المنفذة التي هي صغيرة فيما يتعلق النفقات العامة المتكبدة للتبديل بين المهام – التي هو الحال عادة في شبكات الاستشعار. أيضا، كل عملية تتطلب مساحة المكدس الخاصة بها في الذاكرة، الذي يناسب مريض مع قيود الذاكرة الصارمة من العقدالاستشعار.

البرمجة القائمة على الحدث

ولهذه الأسباب، يبدو أن نموذج البرمجة المختلف إلى حد ما أفضل. والفكرة هي احتضان الطبيعة التفاعلية لعقدة الشبكات الفضائية العالمية ودمجها في تصميم التشغيل النظام. النظام ينتظر أساسا لأي حدث أن يحدث، حيث حدث عادة يمكن أن يكون وتوافر البيانات من أجهزة الاستشعار، وصول حزمة، أو انتهاء الموقت. مثل هذا ثم يتم التعامل مع الحدث من خلال سلسلة قصيرة من التعليمات التي يخزن فقط حقيقة أن هذا الحدث قد حدث وتخزين المعلومات اللازمة - على سبيل المثال، بايت وصوله إلى حزمة أو قيمة المستشعر - في مكان ما. لا تتم المعالجة الفعلية لهذه المعلومات في هذه الحالة إجراءات المعالج، ولكن بشكل منفصل، فصل من المظهر الفعلي للأحداث. هذا الحدث القائم برمجة.

يمكن لمثل هذا المعالج الحدث يقطع معالجة أي رمز عادي، ولكن كما هو بسيط جدا وقصيرة، يمكن أن يكون مطلوبا لتشغيل إلى الانتهاء في جميع الظروف دون إزعاج ملحوظ رمز آخر. يتعذر على معالجات الأحداث مقاطعة بعضها البعض (لأن هذا بدوره يتطلب تعقيدا إجراءات معالجة المكدس) ولكن يتم تنفيذها ببساطة واحدا تلو الآخر. ونتيجة لذلك، يميز هذا النموذج البرمجة القائم على الحدث بين اثنين مختلفة "سياقات": واحدة لمعالجات الحدث الحرجة الوقت، حيث لا يمكن انقطاع التنفيذ والسياق الثاني لمعالجة التعليمات البرمجية العادية، والتي يتم تشغيلها فقط من قبل معالجات الحدث. نموذج البرمجة القائم على الحدث يختلف قليلا عن ما يستخدمه معظم المبرمجين ويتطلب عادة بعض التعود على. هو في الواقع قابلة للمقارنة، على بعض المستويات، لوالتواصل، ومدد آلات الدولة محدودة، والتي تستخدم في بروكوريسمز تصميم البروتوكول كما وكذلك في بعض نماذج البرمجة المتوازية. فإنه يوفر مزايا كبيرة. لي وآخرون. مقارنة الأداء القائم على العملية ونموذج البرمجة القائم على الحدث (باستخدام تينيوس الموضحة أدناه) على نفس الجهاز وجدت أن الأداء تحسن من قبل أ عامل من 8، تم تخفيض متطلبات الذاكرة / تعليمات / البيانات بعوامل من 2 و 30، على التوالي، وانخفض استهلاك الطاقة بعامل قدره 12.

واجهات لنظام التشغيل بالإضافة إلى نموذج البرمجة المنصوص عليه، إن لم يكن في الواقع فرض، من قبل التشغيل النظام، فمن الضروري أيضا لتحديد بعض واجهات لكيفية الدولة الداخلية للنظام يمكن أن يكون واستفسر وربما مجموعة. كما التمييز الواضح بين كومة البروتوكول وبرامج التطبيق تتلاشى إلى حد ما في الشبكات وس، ينبغي أن تكون هذه الواجهة قابلة للوصول من تطبيقات البروتوكول وينبغي أن تسمح هذه التطبيقات بالوصول إلى بعضها البعض. ترتبط هذه الواجهة أيضا ارتباطا وثيقا مع بنية مداخن البروتوكول التي نوقشت في القسم التالي. وتشمل واجهة برمجة التطبيقات هذه (أبي)، بشكل عام، "واجهة وظيفية، تجريدات الكائن، ودلالات السلوك التفصيلية ". التجريدات هي وصلات لاسلكية، العقد، وما إلى ذلك وهلم جرا؛ وتشمل المهام الممكنة التحقيق الدولة والتلاعب، وإرسال ونقل والبيانات، والوصول إلى الأجهزة (أجهزة الاستشعار، والمشغلات، وأجهزة الإرسال والاستقبال)، ووضع السياسات، على سبيل المثال، مع فيما يتعلق بمقايضات الطاقة / الجودة. في حين أن مثل هذه واجهة برمجة التطبيقات العامة ستكون مفيدة للغاية، لا يوجد حاليا معيار واضح – أو حتى مناقشة متعمقة - الناشئة عن الأدب. بعض الخطوات الأولى في هذا الاتجاه هي أكثر المعنية بنية التشبيك ، وليس كثيرا مع الوصول إلى وظائف على أ عقدة واحدة. وحتى هذه التغييرات، سيستمر استخدام المعايير الفعلية ومن المرجح أن تخدم بشكل معقول. ويصف القسم 2-3-5 معيارا من هذا القبيل بحكم الأمر الواقع.

2.3.3 هيكل نظام التشغيل وكدس البروتوكول

النهج التقليدي للبنية بروتوكول الاتصالات هو استخدام طبقات: الفردية يتم تكديس البروتوكولات فوق بعضها البعض، كل طبقة فقط باستخدام وظائف الطبقة مباشرة 48 معمارية العقدة الواحدة أدناه. هذا النهج الطبقات له فوائد كبيرة في الحفاظ على كومة البروتوكول بأكمله يمكن التحكم فيها، في احتواء التعقيد، وفي تعزيز النمطية وإعادة الاستخدام. ولأغراض الشبكة الفضائية العالمية، ومع ذلك، ليس من الواضح ما إذا كان مثل هذا النهج الطبقات بدقة كافية. وكمثال على ذلك، ينبغي النظر في استعمال المعلومات المتعلقة بقوة الإشارة المستلمة من شريك اتصال. يمكن استخدام هذه المعلومات الطبقة المادية للمساعدة في الربط الشبكي بروتوكولات لتقرير التغييرات في التوجيه (تصبح الإشارة أضعف إذا تحركت العقدة بعيدا ربما لم تعد تستخدم قفزة المقبل)، لحساب معلومات الموقع من خلال تقدير أو المسافة من قوة الإشارة، أو لمساعدة بروتوكولات طبقة الوصلة في القناة التكييفية أو الهجينة فيك / أرق. ومن ثم، يمكن استخدام مصدر وحيد للمعلومات لمصلحة الكثيرين والبروتوكولات الأخرى غير المرتبطة مباشرة بمصدر هذه المعلومات. هذا تبادل المعلومات عبر الطبقات هو مجرد وسيلة لتخفيف القيود الصارمة لل نهج الطبقات. كما أن الشبكات النسائية ليست هي السبب الوحيد وراء طلب هذه التحريات. حتى في سيناريوهات الشبكة التقليدية، واعتبارات الكفاءة، والحاجة إلى دعم الشبكات السلكية بروتوكولات في الأنظمة اللاسلكية (على سبيل المثال تكب عبر اللاسلكي)، والحاجة إلى ترحيل الوظائف إلى العمود الفقري على الرغم من وصفات الإنترنت من نهاية إلى نهاية نموذج، أو الرغبة في دعم وآليات التسليم بواسطة معلومات الطبقة المادية في الشبكات الخلوية جميعها خلقت ضغوطا كبيرة من أجل طريقة مرنة وقابلة للإدارة وفعالة للهيكلة والتنفيذ بروتوكولات الاتصال. هيل وكولر مناقشة بعض الأمثلة الأخرى التي عبر الطبقات والتحسين هو مفيد بشكل خاص في وسن.

عند الخروج من العمارة الطبقات، والاتجاه السائد هو استخدام نموذج مكون. يتم تقسيم طبقات كبيرة نسبيا، متجانسة تصل إلى الصغيرة، ومكونات "بذاتها"، "بناء" كتل "أو" وحدات "(تختلف المصطلحات). هذه المكونات فقط تلبية واحدة محددة جيدا على سبيل المثال، حساب فحص التكرار الدوري – والتفاعل مع بعضها البعض على واجهات واضحة. والفرق الرئيسي مقارنة مع بنية الطبقات هو أن هذه التفاعلات لا تقتصر على الجيران مباشرة في علاقة أعلى / أسفل، ولكن يمكن يكون مع أي عنصر آخر. هذا النموذج المكون ليس فقط يحل بعض المشاكل هيكلة لمداخن البروتوكول، فإنه كما يناسب بشكل طبيعي مع نهج القائم على الحدث لبرمجة العقد الاستشعار اللاسلكية. التفاف الأجهزة، أوليات الاتصالات، وظائف في الشبكة تجهيز جميع يمكن أن يكون مريح وتصميمها وتنفيذها كمكونات.

أحد الأمثلة الشائعة لنظام التشغيل الذي يتبع هذا النهج هو تينيوس بالتفصيل في وقت لاحق. ويستخدم مفهوم الأسلاك صريحة من المكونات للسماح تبادل الحدث لاتخاذ مكان بينهما. في حين أن هذا مفيد لأنواع "دفع" من التفاعلات (الأحداث أكثر أو أقل توزعا على الفور على عنصر الاستقبال)، فإنه لا يخدم حالات أخرى جيدة حيث لا بد من وجود نوع "سحب" لتبادل المعلومات. وبالنظر إلى حالة الإشارة المستقبلة معلومات القوة المذكورة أعلاه، قد لا تكون مهتمة تلقي عنصر تلقي كل هذه الأحداث؛ بدلا من ذلك، قد يكفي أن تكون على علم غير متزامن. حل جيد لهذا هو سبورة، استنادا إلى مبادئ النشر / الاشتراك، حيث يمكن إيداع المعلومات وتبادل مجهول، مما يسمح اقتران أكثر مرونة بين المكونات.

2.3.4 الطاقة الحيوية وإدارة الطاقة

تحويل المكونات الفردية إلى حالات النوم المختلفة أو تقليل أدائها عن طريق التحجيم وانخفاض التردد والجهد العرض واختيار التشكيل والترميز معينة كانت أمثلة بارزة نوقشت في القسم 2.2 لتحسين كفاءة الطاقة. للسيطرة على هذه الاحتمالات، يجب اتخاذ القرارات من قبل نظام التشغيل، من قبل كومة البروتوكول، أو يحتمل من قبل تطبيق عند التحول إلى واحدة من هذه الدول. إدارة الطاقة الديناميكية (دبم) جرا مستوى النظام هو المشكلة في هان

واحدة من العوامل المعقدة ل دبم هو الطاقة والوقت اللازم للانتقال من المكون بين أي ولايتين. إذا كانت هذه العوامل لا تذكر، فمن الواضح أنه سيكون الأمثل ل دائما وعلى الفور الذهاب إلى وضع مع أدنى استهلاك الطاقة ممكن. كما هو وليس هو الحال، مطلوب خوارزميات أكثر تقدما، مع الأخذ بعين الاعتبار هذه التكاليف، ومعدل وتحديث قرارات إدارة الطاقة، وتوزيع الاحتمالات الزمنية حتى الأحداث المستقبلية، وخصائص الخوارزميات المستخدمة. وفي الواقع، فإن هذا المجال واسع جدا ولا يمكن إلا لعدد قليل من الأمثلة يمكن مناقشتها هنا - للحصول على نظرة عامة.

سياسات احتمالية انتقال الدولة

سينها وتشاندراكاسان النظر في مشكلة السياسات التي تنظم الانتقال بين حالات النوم المختلفة. أنها تبدأ من خلال النظر في أجهزة الاستشعار موزعة بشكل عشوائي أكثر من منطقة ثابتة وتفترض أن الأحداث تصل مع بعض التوزيعات الزمنية (عملية بواسون) و التوزيعات المكانية. وهذا يسمح لهم بحساب الاحتمالات في الوقت المناسب للحدث التالي، بمجرد معالجة الحدث (حتى بالنسبة للأحداث المتحركة). يستخدمون هذا الاحتمال لتحديد وأعمق حالة النوم من العديد من تلك الممكنة التي لا تزال تلبي متطلبات عتبة المعادلة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تأخذ في الاعتبار إمكانية الأحداث المفقودة عندما استشعار على هذا النحو يتم إيقاف أيضا في وضع السكون. هذا يمكن أن يكون مقبولا لبعض التطبيقات، وسينها و تشاندراكاسان إعطاء بعض القواعد الاحتمالية حول كيفية اتخاذ قرار ما إذا كان للذهاب إلى مثل هذا عميق وضع السكون.

الدخول إلى الوسط الناقل(MAC)

المقدمة:

القناة اللاسلكية تظهر على طبيعة (Broadcast) البث في جميع الاتجاهات ، بحيث يكون الإرسال من جهاز استشعار واحد ويتم الاستقبال من عدة اجهزة استشعار محيطه به ، كل جهاز استشعار يتقاسم القناة اللاسلكية مع اجهزة اخرى توجد في نطاق انتقالها ، تصميم البروتوكول( ماك ) هو مهم جدا في(WSN)يضمن البروتوكول ماك (MAC) الاتصال في الوسط اللاسلكي مثل انشاء وصلات اتصال بين العقد اوالاجهزة ويتم توفير الاتصال في جميع انحاء الشبكة ،وايضا يجب تنسيق الوصول للقنوات اللاسلكية التي يحدث فيها تصادمات ، تحدث هذه التصادمات عند وجود اثنتين من العقد القريبة من بعضها التي تريد الإرسال في نفس الوقت ، فيجب التقليل أو القضاء عليها . بالإضافة لبعض المتطلبات التقليدية في (MAC) أو شبكات الماك اللاسلكية هناك تحديات اضافية بسبب القدرات المحدودة لكل عقدة استشعار وبسبب طبيعة التوزيع لل (WSN ) بالإضافة لخصائص حركة المرور لتطبيقات اجهزة الاستشعار . لذلك في البداية سوف نقوم بمناقشة بعض التحديات والحلول المحتملة والعوامل التي تؤثر على تصميم بروتوكول (MAC) لل(WSN ). من اجل التصدي للتحديات التي تواجهها(MAC)لل (WSN)هناك عدد كبير من (MAC)بروتوكول تمتطويرها في السنوات الاخيرة يمكن تصنيفها كالتالي : الوصول المتوسط القائم على التنافس ،والوصول المتوسط القائم على التحفظ، والحلول الهجينة التي تدمج هذين المخططين ،سوف نناقشهم في هذا القسم .

التحديات التي تواجهها( MAC):

العديد من بروتوكولات ماك تم تطويرها واصبحت تستخدم في مجالات عامة للشبكات اللاسلكية، هذه البروتوكولات تركز بشكل اساسي على مقياسيين مهميين للاداء هما :الانتاجية والكمون ،واحتياطات الطاقة الصارمة لعقد الاستشعار جعلت استهلاك الطاقة من الاهميات الاساسية ،بالتالي فان بروتوكولات ماك المصممة ل(WSN) تحتاج الي تطوير وفقا لهذا التحدي .

وهنا سوف نقوم بتوضيح هذه التحديات :

"*استهلاك الطاقة: إن متطلبات التكلفة المنخفضة والطبيعة الموزعة لعقد أجهزة الاستشعار تقيد استهلاك الطاقة في جميع الطبقات ، ومن ثم، فإن كفاءة الطاقة ذات أهمية أساسية بالنسبة إلى طبقة تصميم بروتوكول ال ماك ، وينبغي أن يضمن بروتوكول طبقة ماك أن ترسل عقد الاستشعار معلوماتها في الحد الادني من استهلاك الطاقة . ومصادر استهلاك الطاقة في شبكات ال(WSN)هي لثلاث وظائف اساسية:الاستشعار والتجهيز والاتصالات. وتستهلك أجهزة الاستشعار ودوائر المعالجة كميات ضئيلة من الطاقة بالمقارنة مع الراديو.

ومن ثم، ينبغي تنسيق محاولات الاتصال بعنايةلتوفير التشغيل الموفر للطاقة في (WSN)،ف تصميم طبقة الماك في هذا الصدد يشكل تحدي مهم منذ ان اصبحت ماك الجوهر الاساسي في تنسيق الاتصالات ، وفقا لذلك يمكن تصنيف مصادر استهلاك الطاقة اثناء محاولة الاتصال كالتالي :

• الاستماع الخامل : يشير هذا إلى الحالات التي يتم فيها تشغيل الراديو ولا يتم استرجاع أية بيانات مفيدة من القناة. واحدة من المصادر الرئيسية للاستماع الخام