• DATA–شامل پیغامهای داده ای است.پیغامهایDATA محتوی داده حقیقی جمع آوری شده توسط حسگرها هستند.

میتوان گفت این روش یک روش ساده دست تکانی برای پراکندن داده ها در یک شبکه بدون اتلاف است که در سه مرحله کار میکند و درهریک از مراحل ، از یکی از پیغامهای شرح داده شده در بالا استفاده میکند.پروتکل زمانی آغاز میشودکه یک گره ، داده جدیدی بدست می آورد که مایل است آن را پراکنده کند واین کاررا با نامگذاری داده جدید و فرستادن یک پیغامADV به همسایگانش انجام میدهد. با دریافت کردن پیغامADV، گرهء همسایه بررسی میکنند که آیا قبلا چنین داده ای را دریافت کرده اند یا درخواست چنین داده ای را داده اند یاخیر.اگر نه ، گره همسایه برای ارسال داده درخواست شده به فرستنده ، یک پیغامREQ به عنوان پاسخ برمیگرداند.پروتکل با ارسال داده موردنظر یعنی ارسال پیغامDATA در جواب پیغام REQ تکمیل میشود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در شکل۲-۴ نمونه ای ازاین پروتکل نشان داده شده است.بادریافت یک پیغام ADV از طریق گرهA،گرهB بررسی میکند که آیا تمامی داده تبلیغ شده را در اختیار دارد یاخیر.در غیر این صورت ، گرهBیک پیغام REQ بهA برمیگرداند که در آن تمامی داده هایی که گره B نیازدارد ،فهرست شده است.وقتی گرهA پیغامREQ را دریافت کرد ، داده های درخواست شده را استخراج میکند و آنهارا بوسیله یک پیغام DATA به B ارسال میکند.سپس گرهB یک پیغامADV جدید تولید میکند که در آن داده جدید بدست آمده را به همه همسایگانش تبلیغ میکند ولی پیغامADV را برای گرهA ارسال نمیکند، چون که میداند گرهA قبلا داده مورد نظر را در اختیار دارد یا خیر.سپس این گره هاهم تبلیغات مربوط به داده جدید را به همسایگانش ارسال میکنند و پروتکل ادامه می یابد.

شکل۲-۴:الگوریتم دست تکانی درSPIN[69]
اگرچه این پروتکل برای شبکه های بدون اتلاف طراحی شده است ، به سادگی میتوان آنرا برای استفاده در شبکه های با اتلاف تعمیم دادبه این صورت که گره ها ، برای جبران پیغامهایADV از دست رفته ، میتوانند به صورت متناوب این پیغامها را ارسال کنند وهمچنین برای جبران پیغامهایREQوDATA ازدست رفته، گره ها میتوانند داده های مورد نیاز خود را در صورتیکه در یک بازه زمانی مشخص دریافت نشدند،دوباره درخواست دهند.همچنین درمورد شبکه های سیار در صورتی که گرهی مشاهده کرد که همسایگانش تغییر کرده اند میتواند فورا تمامی داده خود را تبلیغ کند.
مهمترین مزیت SPIN سادگی آن وهمچنین محلی بودن و عدم وابستگی به یک چینش خاص است که باعث میگردد بتوان آن را به سادگی برروی هر شبکه ای پیاده سازی کرد.
پروتکل توسعه یافته Spinتحت عنوانSpin-Ecیک فکر هوشمندانه ساده ، جهت صرفه جویی درمنابع بهSPIN-1 اضافه میکند به اینصورت که وقتیکه منابع به اندازه کافی موجود است گره هایSPIN-2 مانند گره ها درSPIN-1 از پروتکل سه مرحله ای استفاده میکنند.وقتیکه گرهی مشاهده میکند که میزان منابع انرژی اش از یک حد خاص کمتر شده است ، خودش را بوسیله کاهش شرکت خود در پروتکل با شرایط جدید تطبیق میدهد و در حالت کلی یک گره تنها هنگامی در پروتکل شرکت میکند که اطمینان دارد میتواند تمامی مراحل دیگر پروتکل را بدون اینکه منابع انرژی اش از محدوده تعیین شده پایینتر رود، به انتها برساند.در غیر اینصورت گره با دریافت پیغامADV هیچگونه پیغام REQ تولید نمیکند.این روش باعث میشود که گره هنگام پایین بودن انرژی درگیر پیغامهای DATA نشود.
۲-۳-۴ روش انتشار هدایت شده^[۶۳]
دراین روش[۷۰] منابع و دریافت کننده ها از خصوصیات، برای مشخص کردن اطلاعات تولید شده یا مورد نیاز استفاده میکنند و هدف روش انتشار هدایت شده پیداکردن یک مسیر کارآمد چندطرفه بین فرستنده ها وگیرنده هاست. در این روش هروظیفه به صورت یک علاقه مندی منعکس میشود که هر علاقه مندی مجموعه ای است از زوجهای خصوصیت – مقدار.برای انجام یک وظیفه ،علاقه مندی در شبکه در ناحیه مورد نظر منتشر میشود.در این روش هرگره،گرهی را که اطلاعات را از آن دریافت کرده بخاطر میسپارد و برای آن یک گرادیان تشکیل میدهد که هم مشخص کننده جهت جریان اطلاعات است و هم وضعیت درخواست را نشان میدهد.(که فعال یا غیر فعال است یا نیاز به به روز شدن دارد.) در صورتی که گره از روی گرادیان های قبلی یا اطلاعات جغرافیایی بتواند مسیر بعدی را پیش بینی کند تنها درخواست را به همه همسایه های مجاور ارسال میکند.وقتی یک علاقه مندی به گرهی رسید که داده های منطبق با آن را در اختیار دارد ، گره منبع ، حسگرهای خود را فعال میکند تا اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری کنند و اطلاعات را به صورت بسته های اطلاعاتی ارسال میکند.
داده ها همچنین میتوانند به صورت مدل خصوصیت – نام ارسال شوند.گرهی که داده ها را ارسال میکند به عنوان یک منبع شناخته میشود.داده هنگام ارسال به مقصد در گره های میانی ذخیره میشود که این عمل دراصل برای جلوگیری از ارسال داده های تکراری و جلوگیری از بوجود آمدن حلقه استفاده میشود.همچنین از این اطلاعات میتوان برای پردازش اطلاعات درون شبکه وخلاصه سازی اطلاعات استفاده کرد.پیغامهای اولیه ارسالی به عنوان داده های اکتشافی برچسب زده میشوند و به همه همسایه هایی که به گره دارای داده ،گرادیان دارند ارسال میشوند یا میتوانند از میان این همسایه ها، یکی یا تعدادی را بر حسب اولویت جهت ارسال بسته های اطلاعاتانتخاب کنند.(مثلا همسایه هایی که زودتر از بقیه پیغام را به این گره ارسال کرده اند)برای انجام این کار ، گیرنده یا سینک همسایه ای را که جهت دریافت اطلاعات ترجیح میدهد تقویت میکند.اگر یکی از گره ها در این مسیر ترجیحی از کار بیفتد، گره های شبکه بطور موضعی مسیر ازکارافتاده را بازیابی میکنند.در نهایت گیرنده ممکن است همسایه جاری خود را تقویت منفی کند درصورتی که مثلا همسایه دیگری اطلاعات بیشتری جمع آوری کند.
پس از ارسال داده های اکتشافی اولیه ، داده های بعدی تنها از طریق مسیرهای تقویت شده ارسال میشوند.منبع اطلاعات به صورت متناوب هرچند وقت یکبار داده های اکتشافی ارسال میکند تا گرادیان ها در صورت تغییرات پویای شبکه ،به روز شوند.نحوه این الگوریتم درشکل ۲-۵ به صورت خلاصه آورده شده است.

• c) ارسال داده ها از طریق مسیر تقویت شده b) تنظیم کردن اولیه گرادیان هاa )پراکندن علاقه مندی ها

شکل ۲-۵: نحوه عملکرد الگوریتم انتشار هدایت شده
برخی از خصوصیات کلیدی روش انتشار هدایت شده اطلاعات که آن را از روش های سنتی در شبکه متمایز میکند عبارتند از اول اینکه روش پخش اطلاعات یک روش داده-محور است و تمام ارتباطات در یک شبکه حسگر براین مبنا از علاقه مندی ها جهت مشخص کردن اطلاعات نامگذاری شده استفاده میکنند.دوم برخلاف شبکه های سنتی که روش انتقال انتها به انتها دارند در این روش از ارتباط همسایه با همسایه یا گام به گام استفاده میشود و هر گرهی میتواند داده ها وعلاقه مندی ها را تفسیر کند زیرا شبکه های حسگر معمولا عملکرد واحدی دارند و وظیفه یکسانی رابر عهده دارند.سوم ، دراین روش گره ها آدرس سراسری یکسان یا مشخصه واحدی ندارند ولی هرگره باید از همسایگانش به صورت محلی قابل تفکیک باشد و نهایتا چون هر گره میتواند داده ها را پردازش کند ،میتوان حجم داده ها را در شبکه کاهش داد و داده ها را بصورت خلاصه ارسال کرد.
فیلترها
همچنین در این روش از فیلترها[۷۱] استفاده میشود که وظیفه تجمیع^[۶۴] و خلاصه کردن داده هار ا در گره ها برعهده دارند.فیلترها پیمانه های نرم افزاری هستند که داده را هنگام عبوراز داخل شبکه حسگر پردازش و قواعد سازگاری را تعیین میکنند که چه فیلترهایی باید در هر مرحله فعال شوند و منابع و گیرنده ها چگونه به هم مرتبط میشوند.از فیلترها در مواردی مانند تجمیع داده ها در داخل شبکه پردازش داده ها به صورت پیمانکاری^[۶۵]، ذخیره کردن موقت اطلاعات^[۶۶] و سایر عملکردهای مشابهی که جهت کنترل کردن حرکت اطلاعات کاربرد دارند، استفاده میشود.
روش انتشار هدایت شده به صورت پایه داخل فیلتر گرادیان^[۶۷] پیاده سازی میشود.این فیلتر گرادیانهایی را فراهم میکند که حالت هر جریان به تمامی همسایه های هر گره را نگهداری میکنند و همچنین مسئولیت ارسال متناوب پیغام های علاقه مندی ها و پیغام های تقویت کننده را برعهده دارد.
یک جفت فیلتر به نام ^[۶۸]GEAR به صورت بهینه ، فیلتر گرادیان را در بر میگیرند تا بتوانند مسیریابی جغرافیایی با قابلیت کنترل مصرف انرژی را پیاده سازی کنند.یک فیلتر پیش پردازنده بالای فیلتر گرادیان مینشیند تا پیغام های مخصوص GEAR را دریافت کند و اطلاعات گذرای موقعیت جغرافیایی آن را هنگام رسیدن بردارد و یک فیلتر مسیریابی جغرافیایی که بعد از ماژول گرادیان وارد عمل میشود تا خواسته ها را در جهت مناسب ارسال کند.علاوه براینها برای کاربردهای مختلف مانند پردازش داده ها و ردگیری و سایر کاربردها فیلترهای دیگری پیاده سازی شده است.
یکی از کاربردهایی که برای کاهش حجم طلاعات بوسیله فیلترها پیاده میشود خلاصه سازی اطلاعات میباشد.همچنین یکی دیگر از تکنیکهای نرم افزاری که برای بهبود کارایی روش انتشار به کار میرود استفاده از پرسشهای تو در تو است که توضیح هرکدام در ذیل آورده شده است.
خلاصه سازی فرصت طلبانه
به طور کلی روش های متعددی جهت تجمیع اطلاعات ارائه شده است که یکی از این روشها که براساس روش انتشار مطرح شده است روش تجمیع تصادفی[۷۲] است.به این صورت که هنگامی که داده ها توسط منابع جمع آوری می شوند و به سمت گیرنده ها ارسال میشوند، گره های میانی اطلاعات مربوط به هم را ذخیره میکنند که این کار را با فیلترهایی در سطح برنامه کاربردی انجام میدهند.سپس این گره های میانی اطلاعات تکراری را حذف میکنند یا میتوانند اندکی تاخیر در ارسال اطلاعات ایجاد کنند و اطلاعات جمع آوری شده از منابع مختلف را تجمیع کنند.
در این روش درختی از منابع به سمت یک گیرنده به عنوان ریشه درخت، تشکیل میشود و اگر در هنگام ادغام شدن شاخه ای درخت داده های یکسان با هم برخورد کنند تنها یکی از آنها به سمت ریشه درخت ارسال میشود.یکی از اشکالهای این روش این است که مسیر داده ها ممکن است تا نزدیکی گیرنده به هم نرسند وادغام نشوند که کارایی الگوریتم خلاصه سازی را کاهش میدهد.روش تجمیع حریصانه جهت برطرف کردن این مشکل مطرح شده است.
خلاصه سازی حریصانه
تفاوت این روش با روش تجمیع تصادفی ،تشکیل مسیر و نگهداری مسیر است.برای ساختن یک درخت حریصانه افزایشی ، کوتاهترین مسیر تنها برای اولین منبع به سمت گیرنده تشکیل میشود و سایر منابع به صورت افزایشی به نزدیکترین نقطه درخت حاصل شده،متصل می شوند.در روش حریصانه هرنمونه داده اکتشافی یک هزینه انرژی برای رساندن این نمونه از منبع به گره جاری دارد و علاوه بر این هر منبع بر روی درخت موجود یک پیغام هزینه افزایشی روی درخت تولید میکند که مربوط به هر نمونه اکتشافی جدید دریافت شده است که این پیغام محتوی هزینه انرژی افزایشی است که برای رساندن نمونه اکتشافی به درخت موجود مورد نیاز است.این پیغام مربوط به هزینه افزایشی تنها در طول درخت خلاصه سازی به سمت گیرنده ارسال می شود.برای یافتن نزدیکترین نقطه روی درخت، فیلد هزینه افزایشی تنها میتواند توسط گره های نزدیکتر به روز شود.(مثلا گره ای که نمونه اکتشافی مربوطه را با هزینه پایینتری دریافت کرده اند.)
خلاصه سازی اطلاعات درون-شبکه ای
در شبکه های حسگر ، به منظور ایجاد پایداری و بالا بردن دقت ،حسگرها طوری در شبکه قرار داده میشوند که مقداری هم پوشانی داشته باشند.به همین دلیل رخ دادن یک رویداد چندین حسگر را تحت تاثیر قرار میدهد و همه حسگرها اطلاعات دریافت شده را به گیرنده ارسال میکنند ولی با تجمیع اطلاعات میتوان هزینه مصرف انرژی این تبادلات راتاحد زیادی کم کرد و از حجم اطلاعات مبادله شده به میزان محسوسی کاست.
پرسش تو در تو
رویدادها در جهان واقعی معمولا در پاسخ به یک سری تغییرات محیطی رخ می دهند.در شبکه های حسگر ، حسگرها می توانند از این پدیده همگرایی ، برای فعال کردن بعضی دیگر از حسگرها استفاده کنند و در عمل یک پرسش درون یک پرسش دیگر ایجاد کنند.با این کار میتوان زمان فعال بودن دسته ای از حسگرها را (که معمولا جزء حسگرهای با مصرف انرژی بالا هستند)کاهش داد و با این عمل مصرف انرژی کل شبکه را کاهش داد.(مثلا ممکن است یک حسگرشتاب سنج، یک گیرندهGPS را که یک حسگر پر مصرف است فعال کند); علاوه بر این در بعضی موارد میتوان ترافیک شبکه را هم کم کرد(مثلا یک حسگر تصویر بردار محرک ترافیک بسیار کمتری نسبت به یک جریان ویدیویی ثابت ایجاد میکند).
مزیت استفاده از پرسشهای تو در تو[۷۲] اینست که در آن اطلاعات حسگرهای اولیه، برای حسگرهای دیگر قابل دریافت است و نیازی به ارسال آنها به کاربر نمیباشد.در کاربردهای نظارتی شبکه های حسگر ، حسگرهای اولیه و حسگرهای تحریک شونده معمولا بسیار به یکدیگر نزدیک هستند، در صورتی که کاربر ممکن است بسیار دور باشد.استفاده از پرسش تو در تو باعث میشود که ترافیک به جای ارسال شدن به کاربر در دوردست، به صورت محلی در اطراف رویداد تحریک کننده ایجاد شود و بنابراین تاخیر و ترافیک شبکه کاهش می یابد.
۲-۳-۵ مقایسه روش انتشار هدایت شده با روشSPIN:
روش SPIN و روش انتشار هدایت شده ، هر دو روش ارتباطی برای کاربردهای خاص و بر اساس موضوع در شبکه های حسگر هستند[۷۳].در شبکه های حسگر به منظور دستیابی به مسیر یابی بهینه از لحاظ انرژی ،مدیریت منابع ومسیریابی باید کاملا با کاربردها هماهنگ و منطبق شوند.
هردو پروتکل برخلاف روش های سنتی مسیریابی،داده محور هستند که به این معنی است که در آنها همه ارتباطات بر مبنای داده های نامگذاری شده صورت میگیرد.در روش انتشار هدایت شده ، داده نامگذاری میشود و بوسیله یکسری خصوصیات مشخص میشود.در روش SPIN نیز داده ها توسط شبه-داده ها نامگذاری میشوند.
هردو روش SPIN و انتشار هدایت شده به منظور ایجاد یک واسط ارتباطی مطمئن طراحی شده اند.روشSPIN بدین منظور طراحی شده است که مشکلات روش کلاسیک سیل آسا با مباحثه بین گره ها قبل از ارسال داده های حقیقی برطرف شود، بنابراین روشSPIN یک روش فرستنده محور است.
درمورد الگوریتم انتشار هدایت شده گیرنده علاقه مندی های خود را در سطح شبکه منتشر میکند و اگر این علاقه مندی با داده های استخراج شده توسط منابع انطباق داشته باشد، فرستنده داده ها را به سمت گره فرستنده علاقه مندی،منتشر میکند.بنابراین در روش انتشار هدایت شده ارسال داده ها به صورت گیرنده محور صورت میگیرد.
همچنین هردو پروتکل نسبت به مصرف انرژی آگاه هستند. در SPIN گره ها منابع موجود را استخراج میکنند و بنابراین میتوانند برا ساس منابع موجود تصمیم گیری نمایند و بصورت مشابه در روش انتشار هدایت شده ، مسیر یابی جغرافیایی آگاه از انرژی (GEAR) کمک میکند که داده ها بتوانند به طرف ناحیه مورد نظر پراکنده شوند و عمل پخش سیل آسا را محلی میکند.به یک مفهوم هردو الگوریتم بر مبنای پخش سیل آسا کار میکنند ولی از لحاظ پیاده سازی روش های مختلف برای جلوگیری از پخش سیل آسای ناخواسته در شبکه با روش کلاسیک آن متفاوتند.
کارهای زیادی بر روی الگوریتم انتشار هدایت شده پایه صورت گرفته است که هر یک به نحوی عملکردآن را بهبود داده اند.الگوریتم انتشار هدایت شده پایه به الگوریتم انتشار،با خاصیت جذب دو مرحله ای هم معروف است چون در این روش در فاز اول ، ابتدا گره گیرنده یا مقصد یک علاقه مندی را به سمت داخل شبکه منتشر میکند و هنگامی که گرهی متوجه انطباق داده های جمع آوری توسط حسگرهای خود با علاقمندی منشر شده گردید،یک پیغام داده اکتشافی به سمت مقصد ارسال میکند و این داده از بین گرادیان هایی که هنگام انتشار پیغام علاقه مندی تشکیل شده اند،سعی میکند گرادیانی با بهترین زمان پاسخ یا کیفیت کانال را انتخاب کند و به همین صورت پیش میرود تا به مقصد برسد و سپس گره مبدا داده های جمع آوری شده را به سمت مقصد ارسال میکند.
یکی از روشهایی که برای بهبود مسیریابی الگوریتم به کار رفته،الگوریتمGEAR[74] است که با بهره گرفتن از اطلاعات جغرافیایی ، فضای مسیریابی را محدود می کند.روش جذب دو مرحله ای برای بعضی از کاربردها روش بسیار مناسبی است ولی در مقابل برای برخی کاربردها هم بسیار ضعیف عمل میکند; خصوصا کاربردهایی که در آنها تعداد زیادی منبع وگیرنده وجود دارد و گیرنده ها به نحوی باهم ارتباط دارند، حجم داده های ترافیکی بسیار افزایش می یابد به صورتی که حتی محدود کردن دامنه با مسیریابی جغرافیایی هم نمیتواند مشکل را برطرف نماید.برای برطرف شدن این مشکل، روش انتشار بیرون دهنده مطرح شده[۷۵] که در آن نقش منتشر کنندگان اطلاعات و استفاده کنندگان داده ها جابجا می شود و باعث می شود که منابع داده ها، به صورت فعالانه دنبال استفاده کنندگان بگردند.مزیت روش انتشار بیرون دهنده اینست که بر خلاف روش جذب دو مرحله ای تنها یک فاز دارد که در آن اطلاعات کنترلی پراکنده می شوند تا گیرنده ها را پیدا کنند.همچنین روش دیگری به نام روش جذب یک مرحله ای [۷۵] وجود دارد که این روش هم با حذف کردن یکی از مراحل روش جذب دو مرحله ای آن را ساده تر می کند.
۲-۳-۶ روش مسیریابی جغرافیایی^[۶۹](GEAR)
بر اساس ماهیت شبکه های حسگر ، در این شبکه ها پرسش های با دامنه جغرافیایی امری کاملا طبیعی است واگر هر گره بتواند محل خود را تشخیص دهد ،پرسشهای بر مبنای ناحیه جغرافیایی می توانند عمل پخش داده هارا سهولت بخشند و نیاز به انتشار سیل آسا را برای دستیابی به ناحیه مربوطه برطرف کنند.این الگوریتم[۷۴] ارتباطات در سطح شبکه را با ارتباطات محدود شده جغرافیایی جایگزین میکند به این صورت که هنگامی که این الگوریتم به الگوریتم جذب دومرحله ای اضافه می شود،وقتی که کاربران به صورت فعالانه علاقه مندی ها را به داخل شبکه ارسال می کنند، پرسشهایی که علاقه مندی در یک ناحیه خاص را ایجاد می کنند، بوسیله الگوریتم مسیریابی حریصانه جغرافیایی به سمت ناحیه مورد نظر رسیده باشد و دیگر عمل انتشار سیل آسا در سطح کل شبکه صورت نمیگیرد.همچنین داده های اکتشافی هم تنها در جهت گرادیان هایی حرکت می کنند که توسط علاقه مندی ها ایجاد شده اند و بنابراین هزینه داده های اکتشافی نیز کاهش پیدا میکند.در نهایت الگوریتمGEAR باعث عمل انتشار بهینه برای کاربردها وشبکه هایی می شود که از پرسش هایی در سطح ناحیه جغرافیایی استفاده می کنند.فرایند ارسال بسته ها به مقصد در این روش از دو مرحله تشکیل شده است:
۱)مرحله اول ارسال بسته ها به سمت ناحیه هدف است.GEAR برای مسیر یابی بسته ها به سمت ناحیه مورد نظر از ایده هوشمندانه انتخاب آگاهانه همسایه ها براساس میزان انرژی و ناحیه جغرافیایی،استفاده می کند و برای این عمل دو حالت را در نظر می گیرد:
هنگامی که یک همسایه نزدیکتر به مقصد وجود دارد ،GEAR، گرهی را انتخاب می کند که در میان گره های موجود به گره مقصد نزدیک تر باشد.
۲) هنگامی که فاصله همه همسایه ها از گره مقصدخیلی زیاد باشد به این معنی است که یک حفره در مسیر وجود دارد.الگوریتمGEAR در چنین شرایطی، گرهی را انتخاب می کند که بعضی از هزینه های این همسایه را به حداقل برساند.
مرحله دوم پخش کردن بسته ها در داخل ناحیه مورد نظر است و دراغلب موارد برای این منظور از یک الگوریتم بازگشتی پیش برنده جغرافیایی استفاده می شود.البته تحت بعضی از شرایط مکان یابی ضعیف ، این مسیریابی بازگشتی ممکن است خاتمه پیدا نکند.در چنین شرایطی می توان از روش سیل آسای محدود شده استفاده کرد.