شکل ‏۲‑۴ فرمت جریان داده در H.261 18

شکل ‏۲‑۵ آرایش GOB ها در H.261 20

شکل ‏۲‑۶ آرایش GOB ها در تصاویر H.263 22

شکل ‏۳‑۱ معماری مرجع شبکه‌های چندرسانه‌ای بی‌سیم ۴۶

شکل ‏۴‑۱ سرآیند بسته RTP 53

شکل ‏۴‑۲ بسته، chunk و جریان‌ها در SCTP 59

شکل ‏۴‑۳ صف‌های موجود و استراتژی هر کدام در TC-SCTP 61

شکل ‏۴‑۴ مقایسه PSNR پروتکل‌های SCTP، PR-SCTP و TC-SCTP 62

شکل ‏۵‑۱ میانگین تعداد گمشدگی بسته‌ها ۷۰

شکل ‏۵‑۲ میانگین تعداد حذف فریم ۷۰

شکل ‏۵‑۳ میانگین کیفیت ویدئوی دریافتی ۷۱

شکل ‏۵‑۴ میانگین گذردهی ۷۱

شکل ‏۵‑۵ میانگین تأخیر ۷۱

شکل ‏۵‑۶ میانگین بسته‌های صرف‌نظر شده ۷۱

شکل ‏۵‑۷ نمودار زمانی ارسال فریم‌ها ۷۲

شکل ‏۵‑۸ شبکه‌ای با ۵ حسگر نظارتی ۷۲

شکل ‏۵‑۹ ارسال همزمان فریم‌ها توسط حسگرها ۷۳

شکل ‏۵‑۱۰ به حداقل رساندن همپوشانی فریم‌ها ۷۳

عنوان صفحه

شکل ‏۵‑۱۱ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۱۵ fps 75

شکل ‏۵‑۱۲ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۰ fps 76

شکل ‏۵‑۱۳ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۵ fps 77

شکل ‏۵‑۱۴ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۳۰ fps 78

شکل ‏۵‑۱۵ الگوی فریم‌های دریافتی در مسیریاب مدتی پس از شروع شبیه‌سازی ۷۹

شکل ‏۵‑۱۶ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۱۵ fps 81

شکل ‏۵‑۱۷ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۰ fps 82

شکل ‏۵‑۱۸ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۵ fps 83

شکل ‏۵‑۱۹ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۳۰ fps 84

شکل ‏۵‑۲۰ تأخیر فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۱۵ fps 86

شکل ‏۵‑۲۱ تأخیر فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۰ fps 86

شکل ‏۵‑۲۲ تأخیر فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۲۵ fps 87

شکل ‏۵‑۲۳ تأخیر فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۳۰ fps 87

شکل ‏۵‑۲۴ بیشینه لرزش فریم‌های دریافتی ۸۸

شکل ‏۵‑۲۵ مقایسه PSNR مکانیسم پیشنهادی و مکانیسم UDDP و حالت بدون استفاده از مکانیسم کنترل ازدحام در حالت نرخ ارسال ۲۵ fps 89

شکل ‏۵‑۲۶ تعداد فریم‌های دریافتی با نرخ ارسال ۳۰ fps با ارسال مجدد I-فریم‌ها ۹۱

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ‏۲‑۱ مقایسه سیستم‌های پخش همگانی تلویزیون ۹

جدول ‏۲‑۲ نمونه‌هایی از ویدئوی دیجیتال ۱۱

جدول ‏۲‑۳ فرمت‌های پشتیبانی شده توسط H.261 16

جدول ‏۲‑۴ فرمت‌های ویدئویی که توسط H.263 پشتیبانی می‌شوند. ۲۱

جدول ‏۵‑۱ مقایسه مکانیسم‌های کنترل ازدحام شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم ۶۸

فصل اول:

مقدمه

سوالات تحقیق

به منظور بررسی و بهبود پروتکل‌های لایه انتقال شبکه‌های نظارتی بی‌سیم ابتدا باید به شناخت عمیقی از شرایط مسأله و چالش‌های مربوطه رسیده، سپس با بهره گرفتن از این اطلاعات بدنبال راه‌ حل ‌های مناسب ارائه شده بود. در صورت ارضاء نشدن برخی از نیازهای مسأله توسط راه‌ حل ‌های موجود باید راه‌حلی جدید ارائه کرد. از این رو سوالاتی که مطرح می‌شوند و روشنگر راه این تحقیق هستند عبارتند از:

    • ترافیک موجود در شبکه‌های نظارتی از چه نوعی بوده و چه ویژگی‌هایی دارند؟
    • شبکه‌های نظارتی از چه اجزایی ساخته شده و چه امکاناتی در اختیارمان قرار می‌دهند؟
    • شبکه‌های نظارتی بی‌سیم چه نیازمندی‌هایی دارند؟
    • ترافیک چندرسانه‌ای و بلادرنگ چه تأثیری در طراحی پروتکل‌های لایه انتقال دارند؟
    • ویژگی‌های شبکه‌های نظارتی بی‌سیم (از جمله: نرخ بالای داده و نرخ بالای گمشدگی بسته‌ها) چه تأثیری بر روی طراحی پروتکل‌های لایه انتقال دارند؟
    • برای شبکه‌های نظارتی بی‌سیم پروتکل‌های بدون وضعیت[۱] مناسب‌ترند یا پروتکل‌های باوضعیت[۲]؟

      • (( 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. ))

  • چگونه می‌توان لایه انتقال را در شبکه‌های نظارتی بی‌سیم بهینه نمود؟

ساختار پایان نامه

ساختار کلی پایان نامه به شکل زیر است:

  • در فصل دوم پیش زمینه‌ای از موضوعات اصلی شامل توضیحاتی بر شبکه‌های حسگر بی‌سیم و شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم و مباحثی در چندرسانه‌ای ارائه شده و سپس به تشریح دسته‌بندی شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم پرداخته و نگاهی کلی به سیستم‌های نظارتی بی‌سیم که دسته‌ای مهم از شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم با ویژگی‌های منحصر به فرد است، خواهیم داشت.
  • در فصل سوم به بیان شرایط و ویژگی‌های محیطی شبکه‌های نظارتی بی‌سیم پرداخته، چالش‌های پیش رو را بررسی کرده و پارامترهای مهم مورد نیاز جهت ارزیابی را معرفی می‌نماییم.
  • فصل چهارم شامل معرفی، ارزیابی و مقایسه پروتکل‌های مطرح برای شبکه‌هایی با ویژگی‌هایی نظیر خط ارتباطی بی‌سیم، نرخ بالای گمشدگی بسته در شبکه، نرخ بالای داده، ترافیک چندرسانه‌ای، ترافیک بلادرنگ، نیازهای تأمین کیفیت خدمات[۳] و غیره، می‌باشد.
  • در فصل پنجم کار خود را ارائه داده و نتایج و بهبودهای حاصل را بیان کرده و با برخی از پروتکل‌های مطرح مقایسه می‌کنیم.
  • و در نهایت در فصل ششم نتیجه‌گیری‌ای از این تحقیق کرده و چند نمونه از کارهایی که در ادامه می‌توان انجام گیرد را ذکر می‌نماییم.

فصل دوم:

پیش زمینه

شبکه‌های نظارتی بی‌سیم دسته‌ای مهم از شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم است که ترافیک غالب آن چندرسانه‌ای (ویدئوها، تصاویر و صوت‌های بدست آمده از حسگرها) می‌باشد. برای درک هرچه بهتر این شبکه‌ها ابتدا نیاز است یک شناخت مقدماتی از چندرسانه‌ای داشته و سپس به مطالعه‌ی شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم و نسل قبل از آن، یعنی شبکه‌های حسگر بی‌سیم بپردازیم.

چندرسانه‌ای

چندرسانه‌ای چیست؟

افرادی که از واژه چندرسانه‌ای استفاده می‌کنند به دسته‌ه ای مختلف با دیدگاه‌های مختلف تقسیم می‌شوند. به عنوان مثال فروشنده رایانه چندرسانه‌ای را به عنوان رایانه‌ای شامل سیستم صوتی، درایو نوری DVD و … می‌داند. فروشنده وسایل سرگرمی ممکن است چندرسانه‌ای را به عنوان سیستم تلویزیون کابلی تعاملی با قابلیت دسترسی به صدها کانال دیجیتالی بر روی اینترنت یا شبکه، بداند. در علم رایانه، مفهوم چندرسانه‌ای عبارتست از مجموعه‌ای از ماژول‌ها نظیر متن[۴]، تصاویر[۵]، گرافیک[۶]، انیمیشن[۷]، ویدئو[۸] و صوت[۹] که می‌توانند به صورت تعاملی باشند.

در این بخش ابتدا به بیان مفاهیم و اصول اولیه که برای فهم ویدئو لازم است، می‌پردازیم. این مفاهیم که جنبه‌های مختلف ویدئو را در نظر می‌گیرند عبارتند از:

  • انواع سیگنال‌های ویدئو
  • ویدئوی آنالوگ
  • ویدئوی دیجیتال

از آنجا که ویدئو از منابع مختلفی ساخته می‌شود، ابتدا از خود سیگنال شروع می‌کنیم. ویدئوی آنالوگ به عنوان یک سیگنال پیوسته نشان داده می‌شود. ویدئوی دیجیتال نیز به عنوان یک سری از تصاویر دیجیتال نشان داده می‌شود. در انتهای این بخش به بیان روش‌های فشرده‌سازی ویدئوی دیجیتال می‌پردازیم.

انواع سیگنال‌های ویدئویی

سیگنال‌های ویدئویی می‌توانند در ۳ دسته‌ی جدا قرار گیرند: ۱) کامپوننت ویدئو[۱۰] ۲) کامپوزیت ویدئو[۱۱] و ۳) S- ویدئو[۱۲].

ویدئوی کامپوننت

هنگامی که از ۳ سیگنال جداگانه ویدئو برای پلان‌های قرمز، سبز و آبی استفاده شود، به عنوان ویدئوی کامپوننت شناخته می‌شود. این نوع سیم‌ها شامل ۳ سیم (متصل کننده) هستند که برای وصل کردن دوربین و یا دیگر دستگاه‌ها به تلویزیون یا نمایشگر، استفاده می‌شوند.

ویدئوی کامپوزیت

در ویدئوی کامپویزیت، رنگ(“chrominance”) و شدت(“luminance”) سیگنال‌ها در یک موج حمل‌کننده سوار می‌شوند. کرومیننس ترکیب دو رنگ(I و Q یا U و V) می‌باشد. از این سیستم در بخش همگانی تلویزیون استفاده می‌شود چرا که با تلویزیون‌های سیاه-سفید نیز سازگار است.

S-ویدئو

S-ویدئو از دو سیم استفاده می‌کند: یکی برای لومیننس و دیگری برای سیگنال ترکیب شده کرومیننس.

ویدئوی آنالوگ

یک سیگنال آنالوگ f(t) یک تصویر متغیر-زمانی را نمونه‌برداری می‌کند. در روش اسکن کردن مترقی[۱۳] یک تصویر(فریم) به صورت کامل و از ابتدا اسکن می‌شود. در روش دیگر به نام اسکن کردن یک در میان[۱۴] خطوط تصویر به صورت یک در میان (خطوط زوج و فرد) اسکن می‌شود. استانداردهای اصلی پخش همگانی تلویزیون عبارتند از:

NTSC

استانداردی است که به صورت گسترده در آمریکای شمالی و ژاپن استفاده می‌شود. در این استاندارد از نسبت ۴:۳ و روش اسکن کردن یک در میان استفاده می‌شود. همچنین در این استاندارد ۳۰ فریم در ثانیه و ۵۲۵ خط به ازای هر فریم اسکن می‌شود.

PAL

یک استاندارد تلویزیون است که توسط دانشمندان آلمانی اختراع شد. این استاندارد از اسکن ۶۲۵ خط بر فریم و ۲۵ فریم در ثانیه به همراه نسبت ۴:۳ و اسکن کردن یک در میان، استفاده می‌کند. این استاندارد مهم به صورت گسترده در اروپای غربی، چین، هند و بسیاری از نقاط دیگر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

SECAM

این استاندارد که توسط فرانسوی‌ها اختراع شده، سومین استاندارد عمده در پخش همگانی تلویزیون است. SECAM نیز از ۶۲۵ اسکن خط بر فریم، ۲۵ فریم بر ثانیه، با نسبت ۴:۳ و اسکن کردن یک در میان استفاده می‌کند. SECAM و PAL شبیه هم هستند با این تفاوت که از شماتیک کدگذاری رنگ متمایز استفاده می‌کنند. در جدول ‏۲‑۱ استانداردهای پخش همگانی تلویزیون به طور خلاصه با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

استاندارد سیستم تلویزیون

نرخ فریم (fps)

تعداد خطوط اسکن شده

پهنای کل کانال (MHz)

پهنای باند تخصیص یافته (MHz)

Y

I یا U

Q یا V

NTSC

۲۹٫۹۷

۵۲۵

۶٫۰

۴٫۲

۱٫۶

۰٫۶

PAL

۲۵

۶۲۵

۸٫۰

۵٫۵

۱٫۸

۱٫۸

SECAM

۲۵

۶۲۵

۸٫۰

۶٫۰

۲٫۰

۲٫۰

جدول ‏۲‑۱ مقایسه سیستم‌های پخش همگانی تلویزیون ]۳۶[

ویدئوی دیجیتال

مزایای نمایش دیجیتال ویدئو بسیار است. از جمله این مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • امکان ذخیره ویدئو بر روی دستگاه‌های دیجیتال یا در حافظه، آماده بودن جهت پردازش (مثلاً حذف نویز، کپی و الصاق و …) و یکپارچه شدن با بسیاری از برنامه‌های چندرسانه‌ای
  • دسترسی مستقیم، که امکان ویرایش غیرخطی ویدئو را فراهم می‌کند
  • تکرار ضبط بدون کاهش کیفیت تصاویر
  • راحتی کدگذاری و تحمل‌پذیری بیشتر در مقابل نویز کانال

نمونه‌برداری جزئی کروما[۱۵]

در نمونه‌برداری کروما با ۳ عدد سروکار داریم که نشان‌دهنده‌ی تعداد پیکسل‌های فرستاده شده به ازای سیگنال‌های Y، Cb و Cr است. در نتیجه شماتیک ۴:۴:۴ این مفهوم را می‌رساند که هیچ نمونه‌برداری جزئی کروما صورت نمی‌گیرد و همه پیکسل‌ها ارسال می‌شوند. شماتیک ۴:۲:۲ نشان‌دهنده‌ی نمونه‌برداری جزئی افقی سیگنال‌های Cb و Cr با فاکتور ۲ می‌باشد. بدین صورت که تمامی پیکسل‌های شماره‌گذاری شده از ۰ تا ۳ مربوط به Y ارسال می‌شوند و ۲ پیکسل از هر Cb و Cr به شکل زیر ارسال می‌شوند. (Cb0, Y0)(Cr0, Y1)(Cb2, Y2)(Cr2, Y3)(Cb4, Y4) … شماتیک ۴:۱:۱ نمونه‌برداری جزئی با فاکتور ۴ و به صورت افقی انجام می‌شود. شماتیک ۴:۲:۰ نمونه‌برداری جزئی با فاکتور ۲، هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی انجام می‌شود. در شکل ‏۲‑۱ مثالی از نمونه‌برداری جزئی با شکل نشان داده شده‌اند. شماتیک ۴:۲:۰ معمولاً در JPEG و MPEG استفاده می‌شوند. ]۳۶[

۴:۲:۲

۴:۴:۴

۴:۱:۱

۴:۲:۰

پیکسل فقط با مقدار Y

پیکسل فقط با مقدار Cr و Cb

پیکسل با مقادیر Y، Cr و Cb

شکل ‏۲‑۱ نمونه‌برداری جزئی کروما ]۳۶[

استاندارد CCIR[16] برای ویدئوی دیجیتال

CCIR مهمترین استاندارد ویدئوی دیجیتال کامپوننت است. نسخه NTSC این استاندارد ۵۲۵ خط را اسکن کرده که هر کدام شامل ۸۵۸ پیکسل می‌شود. از آنجا که نسخه NTSC از ۴:۲:۲ استفاده می‌کند، هر پیکسل با ۲ بایت نشان داده می‌شود (۸ بیت برای Y و ۸ بیت دیگر برای Cb و Cr). در نتیجه نرخ داده CCIR 601(NTSC) به طور تخمینی ۲۱۶ Mbps است:

جدول ‏۲‑۲ تعدادی از ویدئوهای دیجیتال را که همگی از نسبت ۴:۳ استفاده می‌کنند، نشان می‌دهد.

CCIR 601 525/60 NTSC

CCIR 601 625/50 PAL/SECAM

CIF

QCIF

وضوح لومیننس

۷۲۰ × ۴۸۰

۷۲۰ × ۵۷۶

۳۵۲ × ۲۸۸

۱۷۶ × ۱۴۴

وضوح کرومیننس

۳۶۰ × ۴۸۰

۳۶۰ × ۵۷۶

۱۷۶ × ۱۴۴

۸۸ × ۷۲

نمونه‌برداری جزیی رنگ

۴:۲:۲

۴:۲:۲

۴:۲:۰

۴:۲:۰

نسبت ابعاد

۴:۳

۴:۳

۴:۳

۴:۳

فیلد/ثانیه

۶۰

۵۰

۳۰

۳۰

یک در میانی

بله

بله

خیر

خیر

جدول ‏۲‑۲ نمونه‌هایی از ویدئوی دیجیتال ]۳۶[

HDTV[17]

با معرفی فیلم‌های صفحه گسترده، تمایل کاربران برای دیدن این نوع فیلم‌ها افزایش یافت چرا که کاربر از وسعت دید بیشتری برخوردار بوده و حس “در محل بودن” به وی دست می‌دهد. هدف اصلی HDTV افزایش وضوح به ازای هر فیلد نمی‌باشد بلکه افزایش وسعت دید کاربر، مخصوصاً عرض آن می‌باشد. اولین نسل HDTV بر روی تکنولوژی آنالوگ بوده که توسط شرکت SONY و NHK در ژاپن در دهه ۱۹۷۰ توسعه داده شد. نسخه تکمیل یافته آن از ۱۱۲۵ اسکن خط و نسبت ۱۶:۹ استفاده می‌کند. همچنین از ماهواره برای پخش همگانی آن استفاده می‌شود. کانال‌های DBS[18] که از آن بهره می‌برده‌اند، پهنای باندی معادل ۲۴ MHz نیاز داشتند. در نتیجه نیاز به فشرده‌سازی ویدئو نیازی اساسی بود. برای ویدئو، MPEG-2 و برای صوت AC-3 بعنوان استاندارد فشرده‌سازی انتخاب شدند.

فشرده‌سازی ویدئو

همان‌طور که در بالا گفته شد نسخه‌های خام ویدئو دارای حجم بسیار زیاد بوده و نیازمند پهنای باند بسیار بالا جهت ارسال می‌باشند. با توجه به این واقعیت که ویدئوی خام دارای حجم قابل ملاحظه‌ای از داده‌های تکراری است، می‌توان با حذف این داده‌های اضافی تا میزان بسیار زیادی حجم ویدئو را کاهش داد. به فرایند حذف داده‌های اضافی و رسیدن به نسخه فشرده شده، فشرده‌سازی گفته می‌شود.

اگر تعداد کل بیت‌های قبل از فشرده‌سازی را با B0 و تعداد کل بیت‌های بعد از فشرده‌سازی را B1 بنامیم، نسبت فشرده‌سازی مطابق زیر تعریف می‌شود:

به طور کلی انتظار ما از فشرده‌سازها این است که نسبت فشرده‌سازی‌ای بالاتر از ۱ داشته باشند. هرچه نسبت فشرده‌سازی بالاتر و نسبت از بین رفتن داده‌ها کمتر باشد و همچنین از لحاظ محاسباتی امکان‌پذیر باشد، بهتر است.

فشرده‌سازی ویدئو می‌تواند به دو روش صورت گیرد:

  1. فشرده‌سازی بدون گمشدگی اطلاعات[۱۹]
  2. فشرده‌سازی با گمشدگی اطلاعات[۲۰]

در روش فشرده‌سازی بدون گمشدگی اطلاعات، هیچکدام از اطلاعات از دست نرفته و همگی قابل بازیابی هستند. این روش‌ها که اغلب با بهره گرفتن از روش‌های ریاضی و آماری انجام می‌شوند، انعطاف‌پذیری کمی دارند. از مهمترین و معروفترین آن‌ها می‌توان به – کدگذاری هافمن[۲۱] – کدگذاری بر اساس دیکشنری[۲۲] و – کدگذاری ریاضیاتی[۲۳] اشاره نمود. بر خلاف فشرده‌سازی بدون گمشدگی اطلاعات، در فشرده‌سازی با گمشدگی اطلاعات شاهد از دست رفتن برخی اطلاعات هستیم ولی این روش از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار است و در کاربردهای چندرسانه‌ای بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مهمترین روش‌های فشرده‌سازی این شاخه که در زمینه فشرده‌سازی ویدئو استفاده می‌شود می‌توان به – کدگذاری H.261 – کدگذاری H.263 – کدگذاری H.264 – کدگذاری MPEG-4 اشاره کرد.

فشرده‌سازی ویدئو بر پایه‌ی دو اصل قرار دارد. اولین مورد افزونگی فضایی[۲۴] است که در هر فریم وجود دارد. دومین مورد این حقیقت است که اغلب اوقات یک فریم شباهت بسیار زیادی به همسایه بلافاصله خود دارد. به این نوع افزونگی موقتی[۲۵] گفته می‌شود. در نتیجه یک روش فشرده‌سازی ویدئو باید از کد کردن اولین فریم با بهره گرفتن از تکنیک‌های فشرده‌سازی تصاویر، شروع کند. سپس با کد کردن فریم‌های بعدی و مشخص کردن تفاوت بین این فریم و فریم قبل از خود ادامه دهد. اگر فریم کنونی با فریم قبلی تفاوت زیادی داشته باشد، باید به عنوان یک فریم مستقل کد شود. در فشرده‌سازی ویدئو، به فریمی که با بهره گرفتن از فریم قبلی خود کد می‌شد inter-فریم و به فریمی که به صورت مستقل کد می‌شود intra-فریم گفته می‌شود.

فشرده‌سازی معمولاً همراه با گمشدگی اطلاعات است. کد کردن فریم Fi با بهره گرفتن از فریم Fi-1، باعث بوجود آمدن کمی اعوجاج می‌شود و همینطور کد کردن فریم F­­­­i+1 با بهره گرفتن از فریم Fi (که خود دارای کمی اعوجاج است) باعث اعوجاج بیشتر می‌شود. در فرایند انتقال داده‌ها نیز ممکن است تعدادی بیت گم شوند.در نتیجه به مرور شاهد خطاهای تجمعی خواهیم بود. به همین دلیل نیاز به استفاده مکرر از intra-فریم‌ها در توالی ارسالی می‌باشد. intra-فریم‌ها با I و inter-فریم‌ها با P[26] نشان داده می‌شود.

می‌توان یک فریم دیگر را در نظر گرفت که هم بر اساس فریم قبلی و هم بر اساس فریم بعدی کد می‌شود. کند بودن کدگذار[۲۷] اهمیت چندانی ندارد ولی کدگشا[۲۸] باید سریع باشد تا بتواند اطلاعات مورد نیاز برای پخش را به موقع آماده نماید. معمولاً کدگشاها دارای چندین مدار هستند که به طور همزمان در حال کدگشایی از چندین فریم هستند. فرض کنید کدگذار فریم ۲ را بر اساس هردو فریم ۱ و ۳ کد کرده و به ترتیب ۱ و ۳ و ۲ در جریان فشرده شده می‌نویسد. کدگشا آن‌ها را به ترتیب خوانده، فریم‌های ۱ و ۳ را کدگشایی می کند، در نتیجه قادر خواهد بود فریم ۲ را به طور همزمان بر اساس فریم ۱ یا ۳ کد گشایی نماید. به فریمی که بر اساس فریم قبلی و بعدی خود کد می‌شود، B[29] گفته می‌شود. به طور خلاصه ۳ نوع فریم داریم. I-فریم که به صورت مستقل کد می‌شود. P-فریم که بر اساس فریم قبلی I یا P کد می‌شود و B-فریم که بر اساس فریم قبلی و بعدی I یا P کد می‌شود. شکل ‏۲‑۲-(الف) یک نمونه از توالی فریم‌ها را به ترتیبی که کدگذار تولید می‌کند نشان می‌دهد. شکل ‏۲‑۲-(ب) توالی همین فریم‌ها به ترتیبی که کدگشا نمایش می‌دهد را نشان می‌دهد. ]۳۶[

H.261

استاندارد H.261 یکی از پایه‌ای‌ترین استانداردهای فشرده‌سازی ویدئو است زیرا اصول فشرده‌سازی بر اساس حرکت اشیا به عنوان اصلی اساسی در استانداردهای فشرده‌سازی بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. H.261 ابتدا توسط CCITT[30] در سال ۱۹۸۸ توسعه داده شد و سپس توسط ITU-T[31] نهایی گشت. این استاندارد برای ویدئوفون[۳۲]، ویدئوکنفرانس و دیگر سرویس‌های صوتی تصویری بر روی خطوط تلفن ISDN طراحی شد. در جدول ‏۲‑۳ فرمت‌هایی که توسط H.261 پشتیبانی می‌شوند آورده شده است.

شکل ‏۲‑۲ (الف) ترتیب کدشده (ب) ترتیب نمایش ]۳۷[

(ب)

زمان

(الف)

فرمت ویدئو

وضوح تصویر لومیننس

وضوح تصویر کرومیننس

نرخ ارسال (Mbps)

پشتیبانی H.261

QCIF

۱۷۶ × ۱۴۴

۸۸ × ۷۲

۹٫۱

نیاز دارد

CIF

۳۵۲ × ۲۸۸

۱۷۶ × ۱۴۴

۳۶٫۵

اختیاری

جدول ‏۲‑۳ فرمت‌های پشتیبانی شده توسط H.261 ]36[

نمونه‌برداری جزئی کروما در H.261 عبارتست از ۴:۲:۰٫ شکل ‏۲‑۳ یک توالی نمونه H.261 از فریم‌ها را نشان می‌دهد.

شکل ‏۲‑۳ توالی فریم در H.261 ]36[

نگاهی به فرمت جریان داده در H.261

جریان داده در H.261 شامل ۴ لایه سلسله مراتبی می‌شود: تصویر[۳۳]، GOB[34]، ماکروبلوک[۳۵] و بلوک[۳۶] (شکل ‏۲‑۴). ]۳۶[

شکل ‏۲‑۴ فرمت جریان داده در H.261 ]36[

فریم تصویر H.261

لایه بلوک

لایه ماکروبلوک

لایه GOP

لایه تصویر

  1. لایه تصویر.

PSC[37] مشخص کننده مرز بین تصاویر است. TR[38] یک برچسب زمانی برای تصویر ارائه می‌دهد. از آنجا که ممکن است بخاطر استفاده از نمونه‌برداری جزئی، بعضی از تصاویر ارسال نشوند، برای هماهنگ نگه‌داشتن صوت و تصویر استفاده از TR اجباری است. PType[39] نیز نوع تصویر را مشخص می‌کند. مثلاً تصویر CIF است یا QCIF.

  1. لایه GOB.

تصاویر H.261 به نواحی‌ای شامل ۳ × ۱۱ ماکروبلوک تقسیم می‌شوند (به عنوان مثال نواحی ۴۸ × ۱۷۸ پیکسل در تصاویر لومیننس). هرکدام از این نواحی GOB نامیده می‌شوند. شکل ‏۲‑۵ آرایش GOB ها را در یک تصویر CIF و QCIF نشان می‌دهد. هرکدام از GOB ها شامل GBSC[40] و GN[41] می‌شود. این مقادیر برای هماهنگ نگه‌داشتن جریان استفاده می‌شود. GQuant کوانتیزر استفاده شده در GOB را مشخص می‌کند.

  1. لایه ماکروبلوک.

هر کدام از ماکروبلوک‌ها آدرس مخصوص به خود را دارند که نشان دهنده‌ی موقعیت آن‌ها در GOB می‌باشد. همچنین شامل کوانتیزر (MQuant) و ۶ بلوک تصویر ۸ × ۸ می‌شوند. نوع[۴۲] نشان دهنده‌ی نوع فریم (Intra- یا Inter-) است. MVD[43] از تفاضل بلوک اصلی و بلوک حاضر بدست می‌آید. CBP[44] نیز نشان دهنده‌ی میزان تطبیق ماکروبلوک با مقدار تخمینی است.

  1. لایه بلوک.

به ازای هر بلوک ۸ × ۸ جریان بیت‌ها با مقدار DC آغاز شده و با جفت طول-صفرها (Run) و زیرمجموعه غیرصفر (Level) و در نهایت EOB[45] همراه می‌شود.
دامنه Run [0, 63] است و مقدار Level مقادیر کوانتیرز را تحت تأثیر قرار می‌دهد و دامنه آن بین [-۱۲۷ , ۱۲۷] به جز صفر می‌باشد.

GOB 0

GOB 1

GOB 2

QCIF

GOB 1

GOB 0

GOB 3

GOB 2

GOB 5

GOB 4

GOB 7

GOB 6

GOB 9

GOB 8

GOB 11

GOB 10

شکل ‏۲‑۵ آرایش GOB ها در H.261 ]36[

H.263

یک استاندارد بهبود یافته کدگذاری ویدئو برای ویدئوکنفرانس و دیگر سرویس‌های صوتی تصویری بر روی شبکه‌های PSTN می‌باشد. هدف از این استاندارد ارتباطات با نرخ پایین داده (کمتر از ۶۴ kbps) است. این استاندارد توسط ITU-T در سال ۱۹۹۵ توسعه داده شد. همچون H.261، H.263 نیز از کدگذاری پیش‌بینی برای inter-frame ها جهت کاهش تکرار موقتی و کدگذاری انتقالی برای بقیه سیگنال‌ها جهت کاهش تکرار فضایی، استفاده می‌کند.

H.263 علاوه بر CIF و QCIF، از Sub-QCIF، ۴CIF و ۱۶CIF پشتیبانی می‌کند. جدول ‏۲‑۴ فرمت‌هایی که توسط H.263 پشتیبانی می‌شوند را به طور خلاصه نشان می‌دهد. بدون اعمال فشرده‌سازی و با در نظر گرفتن ۳۰ fps، نرخ داده برای ویدئوهای کیفیت بالا (مثلاً ۱۶CIF) می‌تواند بسیار بالا باشد (> 500 Mbps). ولی این استاندارد برای ویدئوهای فشرده شده، بیشترین نرخ داده به ازای هر تصویر (BPPmaxKb) با واحد ۱۰۲۴ bit تعریف می‌کند که باعث می‌شود در عمل نرخ داده پایین برای ویدئوهای فشرده شده H.263 حاصل شود.

تفاوت دیگر H.263 و H.261 این است که در H.263، GOB ها دارای اندازه ثابت نیستند و همیشه از مرز چپ تصویر شروع و در مرز راست آن خاتمه می‌یابند. همان‌‌طور که در شکل ‏۲‑۶ نشان داده شده، هر تصویر QCIF مشتمل از GOB و هر GOB، ۱ × ۱۱ مگابایت (۱۶ × ۱۷۶ پیکسل) می‌باشد. در حالی که هر تصویر ۴CIF از ۱۸ GOB تشکیل شده و هر GOB 2 × ۴۴ مگابایت (۲ × ۷۰۴ پیکسل) می‌باشد.

فرمت ویدئو

وضوح تصویر لومیننس

وضوح تصویر کرومیننس

نرخ ارسال (Mbps)

فشرده نشده

نرخ ارسال (Kbps)

فشرده شده

Sub-QCIF

۱۲۸ × ۹۶

۶۴ × ۴۸

۴٫۴

۶۴

QCIF

۱۷۴ × ۱۴۴

۸۸ × ۷۲

۹٫۱

۶۴

CIF

۳۵۲ × ۲۸۸

۱۷۶ × ۱۴۴

۳۶٫۵

۲۵۶

۴CIF

۷۰۴ × ۵۷۶

۳۵۲ × ۲۸۸

۱۴۶٫۰

۵۱۲

۱۶CIF

۱۴۰۸ × ۱۱۵۲

۷۰۴ × ۵۷۶

۵۸۳٫۹

۱۰۲۴

جدول ‏۲‑۴ فرمت‌های ویدئویی که توسط H.263 پشتیبانی می‌شوند. ]۳۶[

شکل ‏۲‑۶ آرایش GOB ها در تصاویر H.263 ]36[

H.264

سال‌های آخر قرن ۲۰ شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه توان محاسباتی برنامه‌های ویدئویی و شبکه‌های پشتیبانی کننده از ویدئو، بود. در نتیجه نیاز به کدک[۴۶]‌های پیشرفته ویدئو علاوه بر استانداردهای موجود H.261، H.262 و H.263 احساس می‌شد. دو گروه پیشرو در این زمینه یعنی ITU-T و ISO-MPEG پیشنهاد دادند که استاندارد جدید شامل موارد زیر باشد:

  • افزایش کارایی فشرده‌سازی
  • پشتیبانی از کاربردهای خاص ویدئویی نظیر ویدئوکنفرانس، ذخیره DVD، پخش همگانی ویدئو و جریان‌سازی بر روی اینترنت[۴۷]
  • قابلیت اطمینان بیشتر

در سال ۲۰۰۱ کمپانی ITU دو پروژه را آغاز نمود. اولین پروژه، کوتاه مدت بوده و بدنبال اضافه کردن ویژگی‌هایی به استاندارد H.263 بود. این پروژه به نسخه ۲ استاندارد H.263 منجر شد. پروژه بعدی، بلندمدت بوده و به منظور توسعه استانداردی جدید برای فشرده‌سازی کارای ویدئو، صورت پذیرفت. استاندارد H.264 که حاصل این پروژه است، در ماه می ۲۰۰۳ بوجود آمد و در می ۲۰۰۴ نهایی و ثبت شد. این استاندارد با نام‌های دیگری نیز شناخته می‌شود. از جمله قسمت ۱۰ استاندارد MPEG-4.

کامپوننت‌های اصلی H.264 (پیش‌بینی[۴۸]، انتقال[۴۹]، کوانتیزیشن[۵۰] و کدگذاری انتروپی[۵۱]) تفاوت زیادی با استانداردهای قبلی ندارد. چیزی که H.264 را تبدیل به استانداردهای جدید و مستقل کرده است، جزئیات کامپوننت‌ها و همچنین اضافه شدن کامپوننت جدیدی به نام فیلتر است. بخاطر شباهت اصل موضوع به موضوعات قبلی و تخصصی‌تر شدن بحث در زمینه چندرسانه‌ای از بیان جزئیات بیشتر صرف‌نظر می‌کنیم.]۳۷[

شبکه‌های حسگر بی‌سیم

مقدمه

پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی­سیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری‌های گوناگون داده است.

این حسگرهای کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی (بر اساس نوع حسگر)، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایده­ای برای ایجاد و گسترش شبکه‌های موسوم به شبکه‌های حسگر بی­سیم شبکه حسگر بی‌سیم شده‌اند.

شبکه‌های حسگر بی­سیم از تعدادی گره‌های حسگر کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی بر اساس نوع حسگر، پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند تشکیل شده‌اند. در اینجا ابتدا تعریفی از شبکه‌های حسگر بی­سیم و ساختار کلی شبکه حسگر ارائه می‌شود. ساختمان گره­های شبکه تشریح می‌شود و کاربردهای شبکه حسگر و چالش‌های موجود بررسی می‌گردد.

در شبکه‌های حسگر بی‌سیم محدودیت اصلی برای طراحی پروتکل‌ها، انرژی محدود حسگرها می‌باشد. ]۴۱[

نگاهی به شبکه‌های حسگر بی‌سیم

در این قسمت قصد داریم به یکی از این شبکه‌های مخابراتی بپردازیم که با کاربردهای جالب و خاص خود، توجه متخصصان را به خود جلب کرده است، شبکه‌های حسگر بی‌سیم. در این قسمت بر آنیم تا خوانندگان را به طور اجمالی با چیستی، ویژگی‌ها و فاکتورهای اساسی طراحی در شبکه‌های حسگر بی­سیم آشنا کنیم.

یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره­های حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع­آوری اطلاعات از محیط می‌پردازند. لزوماً مکان قرار گرفتن گره­های حسگری، از قبل تعیین شده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می‌آورد که بتوانیم آن‌ها را در مکان‌های خطرناک و یا غیرقابل دسترس رها کنیم.

از طرف دیگر این بدان معنی است که پروتکل‌ها و الگوریتم‌های شبکه‌های حسگری باید دارای توانایی‌های خود ساماندهی باشند. دیگر خصوصیت‌های منحصر به فرد شبکه‌های حسگری، توانایی همکاری و هماهنگی بین گره­های حسگری است. هر گره حسگر روی برد خود دارای یک پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا به گره­ای که مسئول پردازش و نتیجه گیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازش‌های اولیه و ساده را روی اطلاعاتی که به دست آورده است، انجام می‌دهد و سپس داده ­های نیمه پردازش شده را ارسال می‌کند.

با اینکه هر حسگر به تنهایی توانایی ناچیزی دارد، ترکیب صدها حسگر کوچک امکانات جدیدی را عرضه می‌کند. در واقع قدرت شبکه‌های حسگر بی­سیم در توانایی به‌کارگیری تعداد زیادی گره کوچک است که خود قادرند سرهم و سازماندهی شوند و در موارد متعددی چون مسیریابی هم زمان، نظارت بر شرایط محیطی، نظارت بر سلامت ساختارها یا تجهیزات یک سیستم به کار گرفته شوند.

گستره کاربری شبکه‌های حسگر بی­سیم بسیار وسیع بوده و از کاربردهای کشاورزی، پزشکی و صنعتی تا کاربردهای نظامی را شامل می‌شود. به عنوان مثال یکی از متداول‌ترین کاربردهای این تکنولوژی، نظارت بر یک محیط دور از دسترس است. مثلاً نشتی یک کارخانه شیمیایی در محیط وسیع کارخانه می‌تواند توسط صدها حسگر که به طور خودکار یک شبکه بی­سیم را تشکیل می‌دهند، نظارت شده و در هنگام بروز نشت شیمیایی به سرعت به مرکز اطلاع داده شود.

در این سیستم‌ها بر خلاف سیستم‌های سیمی قدیمی، از یک سو هزینه‌های پیکربندی و آرایش شبکه کاسته می‌شود از سوی دیگر به جای نصب هزاران متر سیم فقط باید دستگاه­های کوچکی را که تقریباً به اندازه یک سکه هستند را در نقاط مورد نظر قرار داد. شبکه به سادگی با اضافه کردن چند گره گسترش می‌یابد و نیازی به طراحی پیکربندی پیچیده نیست.

با تکیه بر پیشرفت‌های تکنولوژی در سال‌های اخیر امکان ایجاد و پیاده­سازی حسگرهای کم هزینه و کوچک از نظر تکنیکی و اقتصادی فراهم شده است. حسگرها بر حسب محیط پیرامون خود شرایط محدود و مشخصی را اندازه‌گیری کرده و آن‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. شبکه‌ کردن تعداد زیادی حسگر با قابلیت‌های بالا عملیات خودکاری را که می‌تواند نیاز برخی کاربردها باشد امکان‌پذیر می‌کند. یک شبکه حسگر بی‌سیم شامل صدها یا هزاران گره از حسگرهای بالا می‌باشد.

این حسگرها توانایی ارتباط برقرار کردن با یکدیگر یا به طور مستقیم به یک ایستگاه پایه‌ی[۵۲] (BS) خارجی را دارند. تعداد بیشتر حسگرها امکان حس کردن از منطقه‌ی جغرافیایی بزرگ‌تر، با دقت بالاتر را به ما خواهد داد. به طور کلی هر گره حسگر شامل بخش‌های حس کردن، پردازش، انتقال، حرکت، سیستم موقعیت‌یابی و باطری که بعضی از آن‌ها در برخی کاربرد‌ها می‌تواند اختیاری باشد خواهد بود. همین شکل معماری ارتباطی یک شبکه حسگر بی‌سیم را هم نشان می‌دهد. گره‌های حسگر معمولاً در یک محدوده‌ی حسی پراکنده هستند. محدوده‌‌ی حسی به منطقه‌ای گفته می‌شود که گره‌های حسگر باید از آن منطقه اطلاعات جمع کنند.

گره‌های حسگر بین خودشان همکاری‌های لازم را انجام می‌دهند تا جایی که امکان دارد اطلاعات با کیفیت بالاتری را در مورد محیط فیزیکی تولید کنند. هر گره حسگر پایه‌ی تصمیماتش را بر اساس مأموریتش، اطلاعاتی که هم اکنون دارد و دانش از منابع انرژی، ارتباطی و محاسباتی می‌گذارد. هرکدام از این گره‌های حسگر پراکنده در محیط قابلیت جمع‌ آوری و مسیریابی داده به حسگر‌های دیگر یا به یک ایستگاه پایه‌ی بیرونی را دارند.

ایستگاه پایه می‌تواند یک گره ثابت باشد یا متحرک که قابلیت ارتباط دادن شبکه حسگر را با یک شبکه‌ی ارتباطی بیرونی دارد. این شبکه‌ی خارجی می‌تواند اینترنت باشد و یک کاربر که به داده‌های گزارش داده شده دسترسی داشته باشد.

شبکه کردن گره‌های حسگر خودکار می‌تواند تأثیرات عمیقی روی کارایی بسیاری از کاربردهای نظامی و عمرانی داشته باشد. به عنوان مثال تصویر کردن یک منطقه‌ی هدف، کشف نفوذ دشمن، نظارت بر آب و هوا، دیده بانی امنیتی و تاکتیکی، محاسبات توزیع شده، کشف شرایط محدود شده مثل حرکت، صدا، نور و کنترل انبارداری و مدیریت بحران.

آرایش یک شبکه‌ی حسگر در هر یک از این کاربردها می‌تواند کاملاً متفاوت باشد. به عنوان مثال در مدیریت بحران تعداد زیادی حسگر از یک بالگرد می‌توانند به سمت پایین پرتاب شوند.

شبکه­بندی چنین حسگرهایی با مکان‌یابی بازمانده‌ها، پیدا کردن مناطق ریسکی و آگاه­سازی تیم نجات از کل وضعیت می‌تواند به عملیات نجات کمک کند. در سال‌های اخیر تحقیقات بیشتر روی توانایی همکاری بین حسگرها در جمع‌ آوری داده‌ها و پردازش در همکاری و مدیریت معطوف بوده‌اند. به هر حال گره‌های حسگر از نظر ذخیره‌ انرژی و پهنای باند دارای محدودیت هستند. نیاز به تکنیک‌های ابداعی که بتواند ناکارآمدی محدودیت انرژی را کم کند و طول عمر شبکه را افزایش بدهد به شدت حس می‌شود. هنگامی که دردسر آرایش مقدار بسیار زیادی گره حسگر اضافه شود، چالش‌های طراحی و مدیریت شبکه‌های حسگر بی‌سیم را افزایش می‌دهد و ضرورت آگاهی از انرژی در تمام لایه‌های شبکه‌ را بیش از پیش ایجاب می‌‌کند. به عنوان مثال در لایه‌ی شبکه دلخواه این است که کشف مسیر و باز پخش داده از گره‌های حسگر به BS از نظر انرژی بهینه باشند.

تکنیک‌های ابداعی که بتواند ناکارآمدی محدودیت انرژی را کم کند و طول عمر شبکه را افزایش بدهد به شدت حس می‌شود. هنگامی که دردسر آرایش مقدار بسیار زیادی گره حسگر اضافه شود، چالش‌های طراحی و مدیریت شبکه‌های حسگر بی‌سیم را افزایش می‌دهد و ضرورت آگاهی از انرژی در تمام لایه‌های شبکه‌ را بیش از پیش ایجاب می‌‌کند. به عنوان مثال در لایه‌ی شبکه دلخواه این است که کشف مسیر و باز پخش داده از گره‌های حسگر به BS از نظر انرژی بهینه باشند.]۴۱[

تاریخچه شبکه‌های حسگر

اگرچه تاریخچه شبکه‌های حسگر را به دوران جنگ سرد و ایده اولیه آن را به طراحان نظامی صنایع دفاع آمریکا نسبت می‌دهند ولی این ایده می‌توانسته در ذهن طراحان ربات‌های متحرک مستقل یا حتی طراحان شبکه‌های بی­سیم موبایل نیز شکل گرفته باشد.

ویژگی‌ها

وجود برخی ویژگی‌ها در شبکه حسگر انداز، آن را از سایر شبکه‌های سنتی و بی­سیم متمایز می‌کند. از آن جمله عبارتند از:

  • تنگناهای سخت­افزاری شامل محدودیت‌های اندازه فیزیکی، منبع انرژی، قدرت پردازش، ظرفیت حافظه
  • تعداد بسیار زیاد گره‌ها
  • چگالی بالا در توزیع گره‌ها در ناحیه عملیاتی
  • وجود استعداد خرابی در گره‌ها
  • تغییرات توپولوژی به صورت پویا و احیاناً متناوب
  • استفاده از روش پخش همگانی در ارتباط بین گره‌ها در مقابل ارتباط نقطه به نقطه

داده محور بودن شبکه به این معنی که گره‌ها کد شناسایی ندارند.

کاربرد شبکه‌های حسگر بی­سیم

کشاورزی دقیق

استفاده از شبکه‌های حسگر بی­سیم در کشاورزی اجازه می‌دهد آبیاری به طور دقیق انجام شود و بارور کردن خاک به وسیله قرار دادن حسگرها در داخل خاک انجام می‌شود. برای این کار تعداد حسگرهای نسبتاً کمی نیاز است تقریباً یکسان سود در هر صد متر مربع. به همین نحو، برای کنترل آفت در زمین کشاورزی می‌توانیم از این شبکه استفاده کنیم. همچنین، پرورش چارپایان‌ اهلی‌ می‌توانند از این شبکه‌ها بهره ببرند با قرار دادن یک حسگر در روی هر گاو یا خوک که وضعیت سلامتی حیوان را (به وسیله دمای بدن و …) کنترل می‌کند و تولید یک پیام هشدار اگر مقدار علایم حیاتی از مقدار آستانه تجاوز کند.

مراقبت بهداشتی و پزشکی

نصب حسگرها بر روی بدن بیماران جهت کنترل علائم حیاتی آن‌ها زمانی­که نیاز هست این بیماران برای یک مدت زمان زیادی تحت کنترل باشند و راهنمایی بیماران برای مصرف دارو (حسگرهای جاسازی شده در بسته­های دارو تا زمانی که یک بیمار دارو را به صورت اشتباه مصرف کرد یک پیام هشدار ایجاد کند).

کنترل محیط

شبکه ­های حسگر بی­سیم می‌توانند برای کنترل و نظارت بر محیط بکار بروند. برای نمونه می‌توانند برای کنترل مواد آلاینده در محیط‌هایی که زباله‌ها دفع می‌شوند بکار بروند. نمونه دیگر، نظارت بر فرسایش خاک در یک محیط است. یک مثال دیگر می‌تواند برای شمارش تعداد گیاهان و حیواناتی که در یک مکان خاص زندگی می‌کنند، به کار رود.

کاربردهای نظامی

شبکه ­های حسگر بی­سیم می‌توانند به عنوان بخش مهمی از سیستم‌های ارتباطی، نظارتی، ناوبری، هوشمند و پردازش نظامی مورد استفاده قرار گیرند. گاهی اوقات در این شبکه‌ها گره‌ها با فرستنده و گیرنده­های ماهواره­ای جهانی GPS همراه می‌شوند که در موقعیت­یابی دقیق مناطق جنگی مورد استفاده واقع می‌شوند.]۴۱[

ویژگی‌های عمومی یک شبکه حسگر

علاوه بر نکاتی که تا کنون درباره شبکه‌های حسگر به عنوان مقدمه آشنایی با این فناوری بیان کردیم، این شبکه‌ها دارای یک سری ویژگی‌های عمومی نیز هستند. مهم‌ترین این ویژگی‌ها عبارت است از:

۱) بر خلاف شبکه‌های بی­سیم سنتی، همه گره‌ها در شبکه‌های حسگر بی­سیم نیازی به برقراری ارتباط مستقیم با نزدیک‌ترین برج کنترل قدرت یا ایستگاه پایه ندارند، بلکه حسگرها به خوشه‌هایی (سلول‌هایی) تقسیم می‌شوند که هر خوشه (سلول) یک سرگروه خوشه موسوم به والد[۵۳] انتخاب می‌کند.

این سرگروه‌ها وظیفه جمع آوری اطلاعات را بر عهده دارند. جمع آوری اطلاعات به منظور کاهش اطلاعات ارسالی از گره‌ها به ایستگاه پایه و در نتیجه بهبود بازده انرژی شبکه انجام می‌شود. البته چگونگی انتخاب سرگروه خود بحثی تخصصی است که در تئوری شبکه‌های حسگر بی­سیم مفصلاً مورد بحث قرار می‌گیرد.

۲) پروتکل‌های شبکه­ ای همتا به همتا یک سری ارتباطات مش[۵۴] مانند را جهت انتقال اطلاعات بین هزاران دستگاه کوچک با بهره گرفتن از روش چند جهشی ایجاد می‌کنند. معماری انطباق پذیر مش، قابلیت تطبیق با گره­های جدید جهت پوشش دادن یک ناحیه جغرافیایی بزرگ‌تر را دارا است. علاوه بر این، سیستم می‌تواند به طور خودکار از دست دادن یک گره یا حتی چند گره را جبران کند.

۳) هر حسگر موجود در شبکه دارای یک رنج حسگری است که به نقاط موجود در آن رنج احاطه کامل دارد. یکی از اهداف شبکه‌های حسگر این است که هر محل در فضای مورد نظر بایستی حداقل در رنج حسگری یک گره قرار گیرد تا شبکه قابلیت پوشش همه منطقه

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...