موضوع پایان نامه: مقایسه شبکه های حسگر بیسیم با شبکه های موردی

عنوان:

مقایسه شبکه های حسگر بیسیم با شبکه های موردی

می توان در سایه آموختن                گنج عشق جاودان افروختن

از پدر گر قالب تن یافتیم                از استاد جان روشن یافتیم

ای استاد چون کنم توصیف تو           چون خدا مشکل توان تعریف تو

به امید موفقیت روز افزون شما در تمامی مراحل زندگی.....

چکیده :

در این پروژه در مورد شبکه های موردی سیار و شبکه های حسگر بیسیم تحقیق به عمل رسیده است.

هم چنین مزایا ، معایب ، خصوصیات ، کاربردها و عملکردهای شبکه های موردی سیارو شبکه های حسگر بی سیم مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

شبکه های موردی سیار جزء همان شبکه های محلی کامپیوتر است اما با این تفاوت که سیستم شبکه محلی   موبایل ها   نیز در آن قرار گرفته است.

همین طور شبکه های حسگر بی سیم که از نامشان هم پیداست شبکه هایی هستند که بدون سیم می باشند و اطلاعات را به صورت سیگنال دریافت می کنند مانند شبکه بی سیم.

فهرست مطالب :

بخش اول : شبکه های موردی سیار  

فصل اول : شبکه های موردی

1-1 شبکه های موردی سیار  چیست؟...........................................................................................17

1-2 آشنایی با شبکه های بی سیم مبتنی بر بلوتوث.................................................................................17

1-3 شبکه های موردی......................................................................................................................18

1-4 ایجاد شبکه به کمک بلوتوث ..........................................................................................................22

1-5 چگونه ابزارهای مجهز به بلوتوث را شبکه کنیم ؟ ..........................................................................23

فصل دوم : شبکه های بی سیم ادهاک

2-1 شبکه‌های بی‌سیم موردی....................................................................................................................26

2-2 معرفی انواع شبکه‌های موردی.............................................................................................................26

2-3 کاربردهای شبکه موردی......................................................................................................................27

2-4 خصوصیات شبکه‌های موردی..............................................................................................................28

2-5 امنیت در شبکه‌های بی سیم..............................................................................................................29

2-6 منشأ ضعف امنیتی در شبکه‌های بی‌سیم و خطرات معمول...............................................................29

2-7 سه روش امنیتی در شبکه‌های بی سیم..............................................................................................30

فصل سوم : مسیریابی

3-1 مسیریابی............................................................................................................................................31

3-2 پروتکل‌های مسیریابی........................................................................................................................31

3-3 پروتکل‌های روش اول.......................................................................................................................32

3-4 پروتکل‌های روش دوم.......................................................................................................................33

3-5 محدودیت‌های سخت‌افزاری یک گره حسگر.....................................................................................34

3-6 روش‌های مسیریابی در شبکه‌های حسگر...........................................................................................35

3-7 روش سیل آسا ..................................................................................................................................35

3-8 روش شایعه پراکنی............................................................................................................................36

3-9 روش اسپین..................................................................................................................36

3-10 روش انتشار هدایت شده .................................................................................................................37

3-11 شبکه های موردی بی سیم............................................................. ................................................38

3-12 انواع شبکه‌های موردی بی‌سیم عبارتند از.........................................................................................40

3-13 دیگر مسائل , مشکلات و محدودیت های موجود در این شبکه ها..................................................41

3-14 کاربرد های شبکه ............................  ..........................................................................................42

3-15 انجام عملیات محاسباتی توزیع شده و مشارکتی................................................................................42

فصل چهارم : ساختار شبکه های موردی سیار  

4-1 ساختار شبکه های موردی سیار............................................................................................................47

4-2 خصوصیات موردی سیار.....................................................................................................................49

4-3 معایب موردی سیار...............................................................................................................................50

فصل پنجم : شبکه های موبایل موردی

5-1 شبکه های موبایل ........................................................................................................... .............................51

5-2 شبکه های موبایل نسل یک..................................................................................52

5-3 شبکه های موبایل نسل 2 شبکه های..............................................................................52

5-4 نسل کنونی شبکه های مخابرات سیار سلولی......................................................................................52

5-5 مقایسه فنی شبکه های تلفن همراه(نسل سوم و چهارم) ....................................................................53

5-6 مزایای شبکه ی موردی..................................................................................................................53

5-7 نتیجه گیری از شبکه های موردی سیار  .........................................................................................57

بخش دوم : شبکه های حسگر بی سیم

فصل اول : شبکه های حسگر بی سیم

1-1 مقدمه ای بر شبکه های حسگر بی سیم ..........................................................................................58

1-2 تاریخچة شبکه های حسگر.....................................................................................................................59

1-3 معماری مجزای در حسگرهای بی سیم...................................................................................................60

1-4 معماری شبکه های حسگرهای بی سیم....................................................................................................61

1-5 شبکه توری......................  .........................................................................................................62

1-6 زیگ بی  . .  .................................................................................................................................63

فصل دوم : کاربرد شبکه های حسگر بی سیم

2-1 کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم ......................................................................................................... ......64

2-2 نظارت بر سازه های بهداشتی – سازه های هوشمند ............................................................................64

2-3 اتوماسیون ( خودکاری سازی ) صنعتی  . ....................................................................................................65

2-4 کاربردهای برجسته – نظارت سازه های شهری .................................................................................66

2-5 پیشرفتهای آینده .................................................................................................................................67

2-6 شبکه های حسگر بی سیم...................................................................................................................67

2-7 معماری یک شبکه حسگر بی سیم .......................... ................................................................................68

2-8 کاربردهای شبکه حسگر بی سیم........................................................................................................69

2-9 نظارت بر محیط شبکه حسگر بی سیم...............................................................................................70

2-10 مشخصه های شبکه حسگر بی سیم....................................................................................................70

2-11 سخت‌افزار در شبکه حسگر بی سیم..................................................................................................71

2-12 استانداردهای شبکه حسگر بی سیم....................................................................................................71

2-13 نرم‌افزارهای شبکه حسگر بی سیم.......................................................................................................72

2-14 سیستم‌عامل در شبکه حسگر بی سیم.................................................................................................72

2-15 میان افزار شبکه حسگر بی سیم...........................................................................................................74

2-16 زبان برنامه نویسی شبکه حسگر بی سیم.............................................................................................74

2-17 الگوریتم شبکه حسگر بی سیم.............................................................................................................75

2-18 تجسم فکری داده ها............................................................................................................................75

2-19 شبکه های حسگر بی سیم و کاربردهای آن.........................................................................................75

2-20 خصوصیات مهم شبکه های حسگر بی سیم........................................................................................76

2-21 کاربردهای نظامی شبکه های حسگر بی سیم.......................................................................................78

2-22 کاربردهای محیطی شبکه های حسگر بی سیم.....................................................................................79

2-23 کاربردهای بهداشتی شبکه های حسگر بی سیم...................................................................................79

2-24 کاربردهای خانگی شبکه های حسگر بی سیم......................................................................................79

2-25 کاربردهای تجاری شبکه های حسگر بی سیم......................................................................................79

2-26 ویژگی‌های عمومی یک شبکه حسگر...................................................................................................81

2-27 چالش های شبکه حسگر.....................................................................................................................82

2-28 مزایای شبکه های حسگر بی سیم........................................................................................................83

2-29 معرفی شبکه‌های بی‌سیم(WIFI) .......................................................................................................84

3-18 نتیجه گیری از شبکه های حسگر بی سیم..............................................................................................100

فهرست منابع ...................................................................................................................................................101

فهرست جدول ها :

جدول 1-1.....................................................................................................................................................24

مقدمه :

اساسا یک شبکه کامپیوتری شامل دو یا بیش از دو کامپیوتر وابزارهای جانبی مثل چاپگرها، اسکنرها ومانند اینها هستند که بطور مستقیم بمنظور استفاده مشترک از سخت افزار ونرم افزار، منابع اطلاعاتی ابزارهای متصل ایجاده شده است توجه داشته باشید که به تمامی تجهیزات سخت افزاری ونرم افزاری موجود در شبکه منبع1(Source) می گویند.

در این تشریک مساعی با توجه به نوع پیکربندی کامپیوتر ، هر کامپیوتر کاربر می تواند در آن واحد منابع خود را اعم از ابزارها وداده ها با کامپیوترهای دیگر همزمان بهره ببرد.

دلایل استفاده از شبکه را می توان موارد ذیل عنوان کرد:

استفاده مشترک از منابع :استفاده مشترک از یک منبع اطلاعاتی یا امکانات جانبی رایانه ، بدون توجه به محل جغرافیایی هریک از منابع را استفاده از منابع مشترک گویند.کاهش هزینه :متمرکز نمودن منابع واستفاده مشترک از آنها وپرهیز از پخش آنها در واحدهای مختلف واستفاده اختصاصی هر کاربر در یک سازمان کاهش هزینه را در پی خواهد داشت .قابلیت اطمینان :این ویژگی در شبکه ها بوجود سرویس دهنده های پشتیبان در شبکه اشاره می کند ، یعنی به این معنا که می توان از منابع گوناگون اطلاعاتی وسیستم ها در شبکه نسخه های دوم وپشتیبان تهیه کرد ودر صورت عدم دسترسی به یک از منابع اطلاعاتی در شبکه " بعلت از کارافتادن سیستم " از نسخه های پشتیبان استفاده کرد. پشتیبان از سرویس دهنده ها در شبکه کارآیی،، فعالیت وآمادگی دایمی سیستم را افزایش می دهد.کاهش زمان : یکی دیگر از اهداف ایجاد شبکه های رایانه ای ، ایجاد ارتباط قوی بین کاربران از راه دور است ؛ یعنی بدون محدودیت جغرافیایی تبادل اطلاعات وجود داشته باشد. به این ترتیب زمان تبادل اطلاعات و استفاده از منابع خود بخود کاهش می یابد.قابلیت توسعه :یک شبکه محلی می تواند بدون تغییر در ساختار سیستم توسعه یابد وتبدیل به یک شبکه بزرگتر شود. در اینجا هزینه توسعه سیستم هزینه امکانات وتجهیزات مورد نیاز برای گسترش شبکه مد نظر است.ارتباطات:کاربران می توانند از طریق نوآوریهای موجود مانند پست الکترونیکی ویا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند ؛ حتی امکان انتقال فایل نیز وجود دارد.

بخش اول

 شبکه های موردی سیار  

فصل اول : شبکه های موردی

1-1 شبکه های موردی سیار  چیست؟

1-2 آشنایی با شبکه های بی سیم مبتنی بر بلوتوث

امروزه با پیشرفت تکنولوژی های ارتباطی، برقراری ارتباطات مورد نیاز برای راه اندازی شبکه ها به کمک تکنیک های متفاوتی امکان پذیر می باشد. زمانی ارتباط بین ایستگاه های کاری در یک شبکه، فقط توسط کابل های کواکسیال[1] و اتصالات BNC امکان پذیر بود. سپس با پیشرفت تکنولوژی اتصالات موجود بهبود یافتند و کابلهای جفت تابیده و بعد کابل فیبر‌نوری[2] پا به عرصه وجود گذاشتند. مزیت اصلی این پیشرفت ها افزایش سرعت انتقال داده‌ها و بهبود امنیت ارسال و دریافت داده ها می باشد.

در مراحل بعد، وجود برخی از مشکلات مانند عدم امکان کابل کشی جهت برقراری اتصالات مورد نیاز و یا وجود هزینه بالا یا سختی عملیات کابل کشی و غیر ممکن بودن یا هزینه بر بودن انجام تغییرات در زیر ساخت های فعلی شبکه سبب شد تا مهندسان به فکر ایجاد روشی برای برقراری ارتباط بین ایستگاه های کاری باشند که نیاز به کابل نداشته باشد. در نتیجه تکنولوژی های بی سیم پا به عرصه وجود گذاشتند.

در این تکنولوژی، انتقال اطلاعات از طریق امواج الکترومغناطیس انجام می گیرد. به همین منظور می توان از یکی از سه نوع موج زیر استفاده نمود:

مادون قرمز : در این روش فاصله دو نقطه زیاد نیست زیرا امواج مادون قرمز برد کمی دارند و از طرفی سرعت انتقال داده‌ها توسط این موج پایین می‌باشد. امواج لیزر : این موج در خط مستقیم سیر می کند و نسبت به امواج مادون قرمز دارای برد بالاتر می باشد. مشکل اصلی در این موج، مخرب بودن آن می‌باشد. « این موج برای بینایی مضر می باشد. امواج رادیویی : متداول ترین امواج در ارتباطات شبکه ای هستند و سرعت استاندارد آنها 11 مگابیت بر ثانیه می باشد. تجهیزات و شبکه های کامپیوتری مبتنی بر این نوع موج، به دو دسته تقسیم می شوند:

 1- شبکه های بی سیم درون سازمانی[3]

 2- شبکه های بی سیم برون سازمانی [4]

شبکه های نوع اول در داخل محیط یک ساختمان ایجاد می گردند. جهت طراحی اینگونه شبکه ها می توان یکی از دو روش زیر را در نظر گرفتک

-1 شبکه های موردی

 Infrastructure Network -2

در شبکه های موردی کامپیوتر ها و سایر ایستگاه های کاری دیگر، دارای یک کارت شبکه بی سیم می باشند و بدون نیاز به دستگاه متمرکز کننده مرکزی قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر خواهند بود. اینگونه شبکه سازی بیشتر در مواردی که تعداد ایستگاه های کاری محدود است - در شبکه های کوچک - مورد استفاده قرار می گیرند. « در ادامه مقاله در مورد این نوع شبکه ها صحبت بیشتری خواهد شد.

در روش دوم ، برای پیاده سازی شبکه بی سیم مورد نظر، از یک یا چند دستگاه متمرکز کننده مرکزی که به اختصار AP نامیده می شود، استفاده می شود. وظیفه یک AP برقراری ارتباط در شبکه می باشد.

شبکه های نوع دوم در خارج از محیط ساختمان ایجاد می گردند. در این روش از AP و همچنین آنتن ها جهت برقراری ارتباط استفاه می شود. معیار اصلی در زمان ایجاد اینگونه شبکه ها، در نظر داشتن ارتفاع دو نقطه و فاصله بین آنها و به عبارت دیگر، داشتن دید مستقیم می باشد.

در شبکه های بی سیم  ممکن است یکی از سه توپولوژی زیر مورد استفاده قرار گیرند:

Point ToPoint b- Point To MultipointMesh

امواج بلوتوث دارای برد کوتاهی می باشند و بیشتر برای راه اندازی شبکه های PAN که یکی از انواع شبکه های موردی است، مورد استفاده قرار می گیرند.

1-3 شبکه های موردی

یک شبکه موردی  تشکیل شده از تجهیزات بی سیم قابل حمل که با یکدیگر به کمک تجهیزات ارتباط بی سیم و بدون بر قراری هیچگونه زیر ساختی، ارتباط برقرار می کنند.

برای شروع کار بهتر است ابتدا معنی واژه موردی را بررسی نماییم. واژه موردی  به مفهوم «برای یک کاربرد خاص می باشد. این واژه معمولا در جاهایی کاربرد دارد که حل یک مشکل خاص یا انجام یک وظیفه ویژه مد نظر باشد و ویژگی مهم آن، عدم امکان تعمیم راه حل فوق به صورت یک راه حل عمومی و به کارگیری آن در مسائل مشابه می باشد.

به شبکه موردی  ، شبکه توری نیز می گویند. علت این نام گذاری آن است که تمام ایستگاه های موجود در محدوده تحت پوشش شبکه موردی  ، از وجود یکدیگر با خبر بوده و قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر می باشند. این امر شبیه پیاده سازی یک شبکه به صورت فیزیکی بر مبنای توپولوژی توری می باشد.

اولین شبکه موردی  در سال 1970 توسط DARPA بوجود آمد. این شبکه در آن زمان Packet Radio‌ نامیده می شد.

از جمله مزایای یک شبکه موردی  می توان به موارد زیر اشاره نمود:

سرعت توسعه آن زیاد است.به سادگی و به صرف هزینه پایین قابل پیاده سازی می باشد.مانند سایر شبکه های بی سیم، به زیر ساخت نیاز ندارد.پیکر بندی خودکارهر یک از ایستگاه ها به عنوان یک روتر نیز ایفای نقش می کنند.استقلال از مدیریت شبکه اصلیانعطاف پذیر بودن به عنوان مثال، دسترسی به اینترنت از نقاط مختلف موجود در محدوده تحت پوشش شبکه امکان پذیر است.دو ایستگاه موجود در شبکه می توانند به طور مستقل از دیگر ایستگاه ها، با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و انتقال اطلاعات بپردازند.

همانطور که در مزایای فوق اشاره شد «شماره 4» اینگونه شبکه ها دارای پیکربندی خودکار می باشند. یعنی اگر پس از راه اندازی شبکه، یکی از ایستگاه ها بنابر دلایلی از کار بیافتد - مثلا فرض کنیم یکی از ایستگاه ها، یک دستگاه تلفن همراه باشد که به کمک بلوتوث وارد شبکه شده باشد و اکنون با دور شدن صاحب تلفن از محدوده تحت پوشش از شبکه خارج شود - در نتیجه شکافی در ارتباط بین ایستگاه ها بوجود خواهد آمد. با بروز چنین موردی شبکه موردی به سرعت مشکل را شناسایی کرده و مجددا بصورت خودکار عمل پیکربندی و تنظیمات شبکه را بر اساس وضعیت جدید انجام خواهد داد و راه ارتباطی جدیدی برقرار خواهد کرد.

در شکل قبل قسمت a نشان دهنده این است که ایستگاه ها در حال شناسایی یکدیگر می باشند. در قسمت b   می بینیم که یکی از ایستگاه ها برای ارسال داده به سمت مقصد مورد نظرش از یک مسیر خاص و بهینه استفاده می کند. اما در شکل c وضعیتی نشان داده شده است که یکی از ایستگاه های میانی از شبکه خارج شده و در نتیجه بعد از انجام پیکربندی مجدد، مسیر دیگری بین مبدا و مقصد برای ارسال داده ها بوجود آمده است.

به شبکه های موردی اصطلاحا موردی سیار نیز می گویند. علت این نامگذاری آن است که ایستگاه ها در این شبکه می توانند به صورت آزادانه حرکت کنند . بطور دلخواه به سازماندهی خود بپردازند. پس توپولوژی شبکه های بی سیم ممکن است به سرعت و بصورت غیر قابل پیش بینی تغییر کنند.

برخی از کاربردهای شبکه های موردی عبارتند از:

استفاده در شبکه های PAN [5]این نوع شبکه در برگیرنده سیستم های بی سیم که دارای برد و قدرت پایین هستند، می باشد. این نوع شبکه ها معمولا بین افراد و یا در یک دفتر کار و مکان های مشابه ایجاد می گردد. استاندارد مورد استفاده در این محدوده IEEE 802.15 می باشد. تجهیزات مورد استفاده معمولالپ تاپ، هدفون، تلفن و غیره می باشد.استفاده در عملیات اورژانسیمثلا در عملیات جستجو و نجات، اطفاء حریق یا عملیات پلیسی مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده در محیط های غیر نظامیمثلا در شبکه داخلی تاکسیرانی، استادیو ورزشی و ... مورد استفاده قرار می گیرد.حفاظت از محیط زیستزیست شناسان با استفاده از گردن آویزهایی که به حسگرهای مکان، دما و دیگر حس گرها مجهز هستند کیفیت زندگی حیوانات در خطر انقراض را کنترل می‌نمایند. استفاده در مصارف نظامی

به عنوان نمونه با مجهز کردن یک میدان جنگ به دستگاه هایی که از حسگر لرزش، سیستم موقعیت یاب و حسگر مغناطیسی برخوردارند، می توان عبور و مرور خودروها در محل را کنترل نمود. هر یک از ابزارها پس از حس کردن موقعیت جقرافیایی خود با ارسال یک موج رادیویی، ابزارهایی را که در محدوده ای به وسعت 30 متر از آن قرار دارند را شناسایی کرده و با آن ارتباط برقرار می کند.

برخی از محدودیت های شبکه های موردی عبارتند از:

محدودیت پهنای باند دارد. روترچندسوییچ نیاز می باشد. مصرف انرژی یکی از دیگر مشکلات مهم می باشد.حفظ امنیت در اینگونه از شبکه ها مشکل می باشد.در شبکه های بزرگتر، ارسال اطلاعات با تاخیر همراه می باشد.

1-4 ایجاد شبکه به کمک بلوتوث

تکنولوژی بلوتوث استانداردی است که به کمک آن می توان یک ارتباط بی سیم کوتاه برد بین تجهیزات بی سیم مجهز به بلوتوث مانند گوشی های تلفن همراه، لپ تاپ ها، چاپگر های مجهز به بلوتوث و ... برقرار نمود. به کمک بلوتوث می توان یک شبکه PAN بوجود آورد. شبکه های ایجاد شده توسط بلوتوث بر مبنای شبکه های موردی می باشد. شبکه های PAN معمولا در دفتر کار، منزل و سایر محیط های کوچک مشابه برای اتصال تجهیزات بی سیم استفاده می شود.

از مزایای بلوتوث می توان به موارد زیر اشاره نمود:

 1- بلوتوث ارزان بوده و مصرف انرژی پایینی دارد.

 2- تسهیل ارتباطات داده و صدا

 3- حذف کابل و سیم بین دستگاه ها و ابزارهای بی سیم

 4- فراهم کردن امکان شبکه های موردی و همگام سازی بین ابزارهای موجود

تکنولوژی بلوتوث از امواج محدود در باند GHZ ISM 2.4 استفاده می کند. این باند فرکانس برای مصارف صنعتی، علمی و پزشکی رزرو شده است. این باند در اغلب نقاط دنیا قابل دسترسی می باشد.

1-5 چگونه ابزارهای مجهز به بلوتوث را شبکه کنیم ؟

شبکه های بلوتوث بر خلاف شبکه های بی سیم که از ایستگاه های کاری بی سیم و نقطه دسترسی تشکیل می شود، فقط از ایستگاه های کاری بی سیم تشکیل می شود. یک ایستگاه کاری می تواند در واقع یک ابزار با قابلیت بلوتوث باشد.

ابزارهایی با قابلیت بلوتوث به طور خودکار یکدیگر را شناسایی کرده و تشکیل شبکه می دهند. مشابه همه شبکه های موردی ، توپولوژی های شبکه های بلوتوث می توانند خودشان را بر یک ساختار موقت تصادفی مستقر سازند.

شبکه های بلوتوث یک ارتباط Master-Slave را بین ابزارها برقرار می کنند. این ارتباط یک piconet را تشکیل می دهد. در هر piconet‌ هشت ایستگاه مجهز به بلوتوث وارد شبکه می شوند. به اینصورت که یکی به عنوان Master و هفت تای دیگر به عنوان Slave در شبکه قرار می گیرند.

ابزارهای هر piconet‌ روی کانال یکسان کار می کنند. اگر چه در هر Piconet فقط یک Master‌ داریم ولی Slave یک شبکه می تواند در شبکه های دیگر به صورت Master عمل کند. بنابراین زنجیره ای از شبکه ها به وجود می آید.

مشخصات کلیدی تکنولوژی بلوتوث

شرح

مشخصات

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

لایه فیزیکی

( 2.4 GHz - 2.45 GHZ ) ISM

باند فرکانس

1600 hops/sec

فرکانس hop

1 Mbps

نرخ انتقال داده

[1] Coaxial

[2] FIBER OPTIC CABLE

[3] IN DOOR

[4] OUT DOOR

[5] Personal Area Network

و . . .

تعداد صفحات:78