پروتکل مسیریابی شبکه های حسگر بی سیم

یکی از موضوعات مهم در شبکه های حسگر بی سیم(WSN) بحث انتقال داده ها و انتخاب مسیر مناسب برای این انتقال است، انتخاب یک مسیر مناسب به عوامل مختلفی از جمله دقت در انتقال داده، انرژی مصرفی، میزان تاخیر و غیره بستگی دارد. پروتکل های مسیریابی برای انتخاب بهترین راه برای انتقال داده ها از مبدا به مقصد استفاده می شوند. داده های جمع آوری شده در یک شبکه حسگر بی سیم توسط گره های حسگر به ایستگاه (WSN) ارسال می شوند. (WSN) شبکه حسگر را به شبکه هایی مثل اینترنت متصل می کند تا داده ها مورد بررسی قرار بگیرند و تجزیه و تحلیل شوند.

اگر شبکه های حسگر کوچک باشند (WSN) ها و گره های حسگر به هم نزدیک هستند و می توانند با یک دیگر ارتباط مستقیم برقرار کنند، به این شبکه ها single-hop می گویند. اما در بعضی مواقع منطقه تحت پوشش شبکه حسگر به قدری بزرگ است که برخی از گره ها از گره اصلی دور هستند در اینجا ارتباط multi-hop ضروری است زیرا گره ها نمی توانند به صورت مستقیم با استگاه پایه (WSN) ارتباط برقرار کنند.

پروتکل های مسیر یابی

پروتکل مسیریابی مبتنی بر کشف مسیر

این پروتکل ها بر اساس کشف مسیر ها دسته بندی می شوند:

پروتکل های واکنشی

• این پروتکل ها همیشه فعال نیستند بلکه در مواقعی که گره بخواهد داده را به گره دیگری ارسال کند این مسیر ها فعال می شوند.

پروتکل های فعال

• این مسیر ها قبل از استفاده و حتی زمانی که جریان ترافیک وجود ندارد تعریف شده اند به این پروتکل ها جدول محور هم می گویند زیرا جداول مسیریابی را برای شبکه کامل با انتقال اطلاعات شبکه از گره به گره حفظ می کنند.

پروتکل های مسیر یابی ترکیبی

• این پروتکل ها نیز با نادیده گرفتن پروتکل های فعال و واکنشی دارای مزایایی هستند.

پروتکل های مسیر یابی مبتنی بر سازمان شبکه

توپولوژی مسطح

• این توپولوژی برای شبکه هایی استفاده می شود که تمام گره ها دارای ویژگی ها و عملکرد مشابهی هستند.

مسیریابی مبتنی بر سلسله مراتب

• در اکثر مواقع در شبکه هایی که گره ها با یکدیگر هماهنگ نیستند و یک گره پیشرفته تر از گره های دیگر است از این روش استفاده می شود، اما همیشه هم این طور نیست گاهی اوقات گره ها با هم گروه بندی می شوند تا یک خوشه تشکیل دهند و سر خوشه پس از اینکه داده ها را از تمام گره ها جمع آوری می کند با گره پایه ارتباط برقرار می کند که استفاده از این روش به راحتی قابل مدیریت است.

مسیریابی مبتنی بر مکان

• در این پروتکل گره ها مسیر فعلی خود را پیدا می کنند، به بهبود روند مسیریابی کمک می کند و اجازه می دهد شبکه های حسگر بی سیم برخی از خدمات اضافی مانند مسیریابی آگاهانه جغرافیایی و انرژی، سرعت و غیره را ارائه دهند.

پروتکل های مسیر یابی مبتنی بر عملیات

مسیریابی چند مسیری

• این پروتکل ها مسیر های متعددی را برای گره های شبکه ایجاد می کنند که به بهبود عملکرد شبکه کمک می کند و یک مسیر جایگزین هم در صورت از بین رفتن مسیر ارائه می دهد. شبکه های متراکم از این شبکه ها استفاده می کنند.

مسیر یابی مبتنی بر پرس و جو

• در این مسیر یابی گره ها داده ها را بر اساس پرسش ها تولید و به مقصد ارسال می کنند، ابتدا گره مقصد پرسش را از طریق شبکه می فرستد و گره هدف اطلاعات را جمع آوری می کند و به گره ای که درخواست را ارسال کرده می فرستد.

مسیریابی مبتنی بر مذاکره

• در این پروتکل برای اینکه داده های اضافی به حداقل برسد گره ها با یکدیگر به گفت و گو می پردازند و منابع خود را با گره های دیگر به اشتراک می گذارند.

مسیریابی مبتنی بر QOS

• پروتکل‌های آگاه از QoS نقش بسیار مهمی در بهبود عملکرد شبکه‌های حسگر بی‌سیم ایفا می‌کنند. با در نظر گرفتن نیازهای خاص هر کاربرد و انتخاب مناسب‌ترین پروتکل، می‌توان به انتقال داده‌های کارآمد و مطمئن دست یافت.

عوامل موثر بر عملکرد پروتکل مسیریابی

• اندازه شبکه: برخی از پروتکل های مسیریابی برای شبکه هایی با اندازه های مختلف بهینه شده اند. برخی از پروتکل ها برای شبکه های کوچک و ساده مناسب تر هستند، در حالی که برخی دیگر می توانند شبکه های پیچیده و در مقیاس بزرگ را پشتیبانی کنند.
• نوع ترافیک: نوع ترافیک، از جمله صدا، ویدیو و داده، بر انتخاب پروتکل مسیریابی تأثیر می گذارد. برخی از پروتکل ها برای ترافیک کم تاخیر بهینه شده اند، در حالی که برخی دیگر برای ترافیک با پهنای باند بالا مناسب هستند.
• پایداری: پروتکل مسیریابی باید در صورت تغییر در توپولوژی شبکه و ترافیک پایدار باشد.

چالش های مسیریابی در WSN ها

• گره های حسگر بی سیم به خوبی نمی توانند از پروتکل های مبتنی بر IP استفاده کنند. به همین دلیل به یک شناسه یکتا برای هر گره نیاز دارند که مدیریت این شناسه ها وضعیت گره ها را پیچیده می کنند.
• داده ها باید از چندین منبع در شبکه های حسگر بی سیم به یک ایستگاه پایه (WSN) ارسال شوند. طراحی مسیر یابی باید به گونه ای باشد که انتقال داده ها به طور موثر باشد تا داده ها تجزیه و تحلیل و پردازش شوند.
• برخی از گره های حسگر ممکن است داده های مشابهی تولید کنند مسیریابی باید به طوری انجام شود که به طور موثر از داده های تکراری استفاده کنند. این کار باعث بهبود کارایی و کاهش مصرف منابع می شود.
• گره های حسگر با محدودیت هایی همچون پهنای باند، ظرفیت ذخیره سازی، انرژی و غیره مواجه هستند. پروتکل های مسیریابی باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند با این محدودیت ها مقابله کنند.

کشف پروتکل یک مسئله اساسی در WSN ها است که انتقال داده کارآمد و قابل اعتماد را تضمین می کند. با درک روش‌ها، چالش‌ها و پیشرفت‌های اخیر در این موضوع، طراح شبکه در موقعیتی قرار می‌گیرد که استراتژی‌های مناسبی را برای کشف با توجه به نیازهای کاربردی در دست انتخاب کند.

منابع: intechopen.com ،docs.microfocus.com