Transcript شبکه های بی سیم - وب سایت دکتر مسعود حجاریان

‫بسم هللا الرحمن الرحیم‬
‫شبکه های بی سیم‬
‫‪Wireless Network‬‬
‫مسعود حجاریان‬
‫‪1‬‬
‫عنوان‬
‫امواج الکترومغناطیس ی‬
‫‪3‬‬
‫‪5‬‬
‫ارتباطات بی سیم‬
‫شبکه های محلی بی سیم‬
‫‪12‬‬
‫تکنولوژی سلیوالر‬
‫‪28‬‬
‫شبکه شهری بی سیم ‪Wimax‬‬
‫‪35‬‬
‫تلفن همراه‬
‫‪37‬‬
‫پروتکل ‪WAP‬‬
‫‪45‬‬
‫شبکه های ‪Sensor‬‬
‫‪48‬‬
‫‪DC-DC‬‬
‫ساختار معماری ‪Sensor network‬‬
‫معماری ‪SQTL‬‬
‫چالش های ‪Sensor network‬‬
‫موضع یابی‬
‫‪2‬‬
‫اسالید‬
‫‪51‬‬
‫‪57‬‬
‫‪59‬‬
‫‪62‬‬
‫‪64‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬امواج الکترومغناطیس ی‬
‫‪‬‬
‫فرکانس )‪ : (Frequency‬عبورتعداد سیکل امواج در مدت زمان یک ثانیه از یک‬
‫نقطه می باشد‪ .‬مهمترین پارامتر‪ ،‬پارامتر یک موج است که با واحد هرتز ‪ Hz‬اندازه گیری‬
‫می شود‪.‬‬
‫امواج با فرکانسهای مختلف ویژگیهای متفاوت دارند‪ .‬فرکانسهای مورد استفاده از ‪104‬‬
‫‪ Hz‬تا ‪ Hz1018‬است‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬امواج الکترومغناطیس ی‬
‫هرچه فرکانس موج بیشتر باشد حامل انرژی بیشتری است و اگر جذب مواد شود باعث‬
‫حرارت و تغییر خواص آن می شود‪.‬‬
‫ژول [ ‪E  h.f‬‬
‫]‬
‫‪h  6 / 6 1034‬‬
‫‪‬‬
‫ثابت پالنگ‬
‫طول موج) ‪ : (Wave Length‬فاصله دو نقطه همسان و متوالی از یک موج است‪.‬‬
‫هرچه فرکانس بیشتر باشد طول موج کمتر است و رابطه زیر بین آنها برقرار می باشد‪.‬‬
‫ژول‬
‫]‬
‫[ ‪E  h.f‬‬
‫‪h  6 / 6 1 034‬‬
‫‪ C‬سرعت نور ‪000 km/s‬ر‪300‬‬
‫‪c‬‬
‫‪‬‬
‫‪f‬‬
‫‪000m‬ر‪000/     30‬ر‪000‬ر‪104  300‬‬
‫طول‬
‫رون‬
‫‪300‬یک‬
‫میزانرقطر‬
‫‪000‬به‬
‫اشعه ها‬
‫‪ ‬موج‬
‫طول موج امواج رادیویی به اندازه یک‬
‫‪‬الکت‪10‬‬
‫ر‪000‬‬
‫‪/ ‬‬
‫و‪‬‬
‫کوه‪3‬‬
‫‪10‬‬
‫‪10‬‬
‫است‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫‪18‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬ارتباطات بی سیم‬
‫از امواج الکترومغناطیس ی به روشهای مختلف برای برقراری ارتباط استفاده می شود‪.‬‬
‫که ذیال به پاره ای از آنها اشاره می کنیم‪.‬‬
‫کنترل از راه دور به کمک نور مادون قرمز )‪ (Infrared‬این وسیله برای ارسال کد‬
‫به فواصل کوتاه تا ‪ 10‬متر و عموما بصورت داخلی)‪(indoor‬‬
‫‪‬‬
‫استفاده می شود‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬ارتباطات بی سیم‬
‫کنترل رادیو و تلویزیون بهترین نمونه از این دستگاه است در این تکنولوژی با زدن هر کلید‬
‫یک کد از ریموت به دستگاه اصلی منتقل می شود‪ .‬و دستگاه کد مربوطه را به یک‬
‫دستور تبدیل و عمل می کند‪ .‬در این تکنولوژی نور مادون قرمز روی یک خط مستقیم و‬
‫یک مخروط محدود حرکت می کند لذا بایستی المپ مادون قرمز در دستگاه فرستنده و‬
‫گیرنده در مقابل هم قرار گیرند‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬ارتباطات بی سیم‬
‫از این تکنولوژی برای انتقال دیتا بین نوت بوک ها و تلفنهای موبایل هم استفاده می‬
‫شود که حجم کمی از دیتا را مبادله می کنند‪.‬‬
‫کنترل از راه دور به کمک امواج کوتاه مایکروویو‬
‫‪‬‬
‫)‪ (Microwave‬این روش برای ارتباط با فواصل بیشتر تا ‪ 50‬متر عموما برای استفاده‬
‫خارجی‬
‫)‪(Out Door‬استفاده می شود‪ .‬انتشار موج از‬
‫طریق یک آنتن صورت می گیرد‪.‬‬
‫مورد استفاده این سیستم در کنترل خودروها و درب بازکن های منازل بسیار زیاد است‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬ارتباطات بی سیم‬
‫‪‬‬
‫پخش سراسری رادیو و تلویزیونی )‪(Broadcast‬‬
‫بیشترین استفاده از امواج در رادیو و تلویزیون برای ارسال صوت و تصویر به صورت‬
‫پخش سراسری )‪ (Broadcast‬بکار می رود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫ارتباط نقطه به نقطه )‪(P 2 P‬‬
‫از بی سیم برای ارتباط نقطه به نقطه ‪ P2P‬نیز استفاده می شود‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬شبکه های بی سیم )‪(Wireless Network‬‬
‫شبکه های بی سیم در سالهای اخیر توسعه زیادی پیدا کرده است و پیش بینی می شود‬
‫که در آینده این شبکه ها جایگزین شبکه های باسیم کوچک شوند ولی در شبکه های‬
‫انتقال بین شهرها جای خود را به فیبر نوری می سپارند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫انواع شبکه های بی سیم‪:‬‬
‫‪ ‬شخص ی‬
‫)‪(PAN Wireless Network‬‬
‫‪ ‬محلی‬
‫)‪(LAN Wireless Network‬‬
‫‪ ‬شهری‬
‫)‪(MAN Wireless Network‬‬
‫در این شبکه از تکنولوژی ‪ Non Line Offside‬استفاده می شود که نیاز به دید‬
‫مستقیم را حذف کرده است‪.‬‬
‫‪9‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Personal Area Network) PAN ‬‬
‫بلوتوث ‪Bluetooth‬‬
‫استاندارد ‪IEEE 802.15‬‬
‫درجات مختلف ‪ /‬مایکروویو ‪ /‬فاصله ‪ 15‬متر ‪ /‬شبکه می شود‪.‬‬
‫‪10‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬نور مادون قرمز )‪(Infrared Light‬‬
‫‪11‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬شبکه محلی بی سیم )‪(Wireless LAN‬‬
‫در سالهای اخیر شبکه های محلی بی سیم گسترش زیادی پیداکرده است و به سرعت به‬
‫استاندارد ثابتی رسید که ‪ WiFi‬نامیده می شود‪.‬‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Wi-Fi‬نام تجاری است که بر روی شبکه های بی سیم سازگار با ‪Ethernet‬‬
‫گذارده اند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Wi-Fi‬امکان اتصال به شبکه را در محیط های محدود (داخلی ‪ Indoor‬و یا‬
‫خارجی ‪ )Outdoor‬فراهم می کند‪ .‬کامپیوتر و سایر تجهیزاتی که در محدوده یک ‪AP‬‬
‫)‪ (Access Point‬قرار می گیرند به شبکه متصل می شوند‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ WiFi‬تا کنون در چهار سطح توسعه یافته است‪ .‬که همه آنها استاندارد شده اند‪.‬‬
‫‪ ‬سری ‪ a‬با استاندارد ‪ IEEE802.11a‬با نرخ داده ‪ 11Mbps‬در باند ‪5/2 MHz‬‬
‫‪ ‬سری ‪ b‬با استاندارد ‪ IEEE802.11b‬با نرخ داده ‪ 22Mbps‬در باند ‪5MHz‬‬
‫‪ ‬سری ‪ g‬با استاندارد ‪ IEEE802.11g‬با نرخ داده ‪ 54Mbps‬در باند ‪5MHz‬‬
‫‪ ‬سری ‪ n‬با استاندارد ‪ IEEE802.11n‬با نرخ داده ‪100Mbps‬‬
‫‪13‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Wi-Fi‬می تواند برای متصل کردن کامپیوتر به یکدیگر‪ ،‬با اینترنت و با شبکه های‬
‫می کنند ) بکارگیری‬
‫باسیم ( که از پروتکل ‪ IEEE802.3‬یا ‪ Ethernet‬استفاده‬
‫شود‪.‬‬
‫‪Switch‬‬
‫‪Server‬‬
‫‪Manager‬‬
‫‪DHCP Server‬‬
‫‪14‬‬
‫‪AP‬‬
‫‪AP‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Wi-Fi‬امکان ایجاد شبکه خصوص ی مجازی (‪)VPN‬‬
‫)‪ (Virtual Private Network‬را فراهم می کند‪ .‬یک ‪ VPN‬تونلی مجازی بین‬
‫کاربران مورد نظر در شبکه ‪ Wi-Fi‬ایجاد می کند که دسترس ی سایرین را به آن محدود‬
‫می نماید‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Wi-Fi‬ارتباط پرسرعت ‪ ،‬صوت ‪ ،‬تصویر ‪ ،‬اطالعات (چند رسانه ای) را فراهم می‬
‫کند‪.‬‬
‫‪15‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫پروتکل ‪ IEEE802.11‬روش زیر را برای تبادل داده قرار داده است‪:‬‬
‫‪Ready To Send‬‬
‫‪Clear To Send‬‬
‫‪Data‬‬
‫‪Acknowledgement‬‬
‫‪RTS‬‬
‫‪CTS‬‬
‫‪Packet‬‬
‫‪Ack‬‬
‫ هنگامی که یک ‪ Node‬می خواهد اطالعات ارسال کند ابتدا یک بسته که مشخص کننده‬‫آمادگی )‪ (RTS‬است را به گیرنده می فرستد‪ .‬اگر ‪ Node‬گیرنده‪ ،‬این بسته را دریافت نماید ‪،‬‬
‫بسته ای مبنی بر آمادگی برای ارسال )‪ (CTS‬بر‬
‫‪‬‬
‫‪ Node‬ارسال کننده با دریافت آن بسته داده را‬
‫بسته‪ ،‬تصدیق آن را )‪ (Ack‬دریافت می کند‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫می گرداند‪.‬‬
‫می فرستد و در صورت ارسال موفق‬
‫فهرست‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi‬‬
‫اجزای ‪Wi-Fi‬‬
‫‪ Wi-Fi‬را می توان به دو صورت استفاده کرد‪:‬‬
‫‪ ‬به صورت مستقیم که به ‪ Peer To Peer‬معروف است‪ .‬در این روش کارت های‬
‫رادیویی ‪Wi-Fi Radios‬که درون کامپیوترها نصب ( و‬
‫یا از طریق پورت ‪ USB‬به آن متصل می شوند) مستقیما با هم ارتباط برقرار می کنند‪.‬‬
‫این روش محدود و معموال به سه یا چهار ‪ Node‬در‬
‫یک اتاق محدود می شود‪ .‬شبکه ای که از این طریق به وجود می آید را ‪Ad hoc‬‬
‫‪ Network‬گویند‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫فهرست‬
‫‪‬‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi‬‬
‫‪ ‬با استفاده از ‪ gateway‬و ایستگاه مبنا ‪.Base Station‬‬
‫این روش می تواند تعداد زیادی از کامپیوترها را از طریق یک ایستگاه به هم متصل‬
‫می شوند و آن را ‪ Network Infrastructure‬گویند‪.‬‬
‫در این سیستم عالوه بر کارتهای رادیویی از یک ‪ gateway‬استفاده می شود‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪‬‬
‫تجهیزات ‪ Wi-Fi‬در شبکه های بزرگ‬
‫‪ ‬کارتهای رادیویی )‪(Radio Card‬‬
‫این کارتها دارای یک مک آدرس (‪ )1‬است و سرعتهای ‪ 11‬و ‪ 22‬و ‪ Mbps 56‬را پشتیبانی‬
‫می کند‪ .‬اغلب نوت بوکها آن را در ساختار داخلی خود دارند و سایرین بایستی از کارتهای‬
‫‪ (PC Card) PC MCIA‬استفاده کنند‪.‬‬
‫‪ ‬نقاط دسترس ی )‪ Gateway‬یا ‪(Access Point‬‬
‫نقاط دسترس ی در شبکه ‪ ،Wi-Fi‬ایستگاههای اصلی هستند که به صورت یک ‪Base‬‬
‫‪ Station‬سیگنالهای دیتا را از کارتهای رادیویی دریافت‬
‫و برای آنها ارسال می کند‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫‪1- MAC – Medium Access Control‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫اینترنت را نیز از طریق ‪ AP‬به کاربران ارائه کرد‪ .‬برد ‪ AP‬تا کارت رادیو در فضای بسته تا‬
‫‪ 100‬متر و در فضای آزاد تا ‪ 700‬متر است و تعداد زیادی ‪ AP‬می توانند به کمک کابل‬
‫‪ Ethernet‬به هم وصل شوند و یک شبکه باسیم بزرگ را به وجود آورند‪.‬‬
‫آدرس کارتهای رادیویی در ‪ AP‬قابل کنترل است‪ AP .‬قطاری هوشمند بر فرکانس های‬
‫رادیویی )‪ (RF‬دارد و فعالیت شبکه را به صورت ‪ Real Time‬برقرار می کند‪.‬‬
‫‪ AP‬دارای یک ‪ IP‬است که از وب برنامه ریزی می شود‪ .‬با توجه به پهنای باند ‪-54‬‬
‫‪ ، Mbps11‬هر ‪ 15 AP‬تا ‪ 20‬کاربر را پشتیبانی می کند‪.‬‬
‫‪20‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫‪ ‬سویچ خروجی )‪(Existing Wired Switch‬‬
‫‪AP‬های شبکه ‪ Wi-Fi‬می توانند به وسیله سیم به یک سویچ متصل می شوند این‬
‫سویچ شبکه دسترس ی را به سرور و سایر شبکه های ‪ Back Bones‬متصل می کند‪.‬‬
‫‪ ‬کنترل گر )‪(Controller‬‬
‫کنترل گر در ‪ WLAN‬های مهم به یکی از سویچ ها متصل می شود و مدیریت ترافیک ‪،‬‬
‫امنیت و کنترل شبکه را بر عهده میگیرد ولی در ‪ WLAN‬های ساده این کار مستقیما به‬
‫کمک ‪ Web‬و در ‪ ،IP‬نقطه دسترس )‪ (AP‬برنامه ریزی می شود‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫فهرست‬
‫‪(Wireless Fidelity) Wi-Fi ‬‬
‫مدیریت شبکه بی سیم محلی در چهار الیه متمایز صورت می گیرد‪ .‬این مدیریت کنترل‬
‫حوزه های دسترس ی ‪ ،‬امنیت اطالعات ‪ ،‬اعتبار کاربران و صحت ارسال داده ها را در بر‬
‫می گیرد‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مدل انتقال داده ها در ‪WLAN‬‬
‫این مدل از ‪ 4‬الیه تشکیل می شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫الیه صفر‪ :‬موقعیت فیزیکی‬
‫‪Layer 0 : Physical Location‬‬
‫در این الیه کاربران بر اساس موقعیت فیزیکی و هویتشان مورد بررس ی قرار می گیرند‪.‬‬
‫مدیریت شبکه در طرح خود نواحی جغرافیایی مختلفی را در نظر می گیرد و به هر کاربر در‬
‫ناحیه خاص خود امتیاز دسترس ی به شبکه را می دهد و افرادی که خارج از این نواحی‬
‫قصد نفوذ به شبکه دارند را‪ ،‬محدود می کند‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مدل انتقال داده ها در ‪WLAN‬‬
‫‪‬‬
‫الیه یک‪ :‬ردیابی و حفاظت از طیف فرکانس رادیویی‬
‫‪Layer 1: Detection and Protection of RF Spectrum‬‬
‫به کاربر و یا ‪ AP‬غیرمجازی که به فضای فرکانس شبکه نفوذ می کنند‪Rogue ،‬‬
‫گویند‪ Rogue .‬می تواند در بخش باسیم یا در محیط ‪ RF‬شبکه نفوذ کند‪ .‬با بکارگیری‬
‫‪AP‬های خاص در ‪ WLAN‬می توان ‪Rogue‬ها را ‪ Scan‬و ردیابی نمود‪.‬‬
‫‪24‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مدل انتقال داده ها در ‪WLAN‬‬
‫‪‬‬
‫الیه دو‪ :‬تعیین اعتبار‬
‫‪Layer 2: Authentication‬‬
‫تعیین اعتبار و مخفی سازی‪ ،‬پایه های امنیت می باشند‪ .‬تامین این نیاز با استفاده از‬
‫استانداردها‪ ،‬پروتکل ها و نرم افزارهای قوی صورت می گیرد‪.‬‬
‫‪ ‬پروتکل های سنجش و صحت )‪(EAP‬‬
‫)‪)Extensible Authentication Protocol‬‬
‫‪ ‬توابع در هم ساز )‪(MD5‬‬
‫)‪)Message-Digest algorithm‬‬
‫‪ ‬ایمن سازی الیه های ترانسپورت )‪(TLS‬‬
‫)‪)Transport Layer Security‬‬
‫‪25‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مدل انتقال داده ها در ‪WLAN‬‬
‫الیه ‪ :3‬شبکه شخص ی مجازی‬
‫‪‬‬
‫‪Layer 3: Zero-Configuration VPNS‬‬
‫روی شبکه ‪ WLAS‬می توان چند شبکه مجازی تعریف نمود‪ .‬کاربران شبکه های‬
‫مجازی شخص ی عالوه بر شبکه عمومی بی سیم می توانند در شبکه اختصاص ی نیز‬
‫حضور داشته باشند‪.‬‬
‫‪ VPN‬می تواند در الیه دو خود تعیین اعتبار و رمز نگاری خاص خود را داشته باشد و‬
‫می دهند و ضعف آن‬
‫به این جهت بسیاری استفاده از آن را بر ‪ WLAN‬ترجیح‬
‫در کاهش سرعت (به علت رمزنگاری اختصاص ی) است که نتوانسته به صورت ‪Real‬‬
‫‪ Time‬فعالیت کند و لذا نرم افزاهای کاربردی که محتاج این ویژگی هستند مانند‬
‫‪ VOIP‬و ‪ Web Conference‬را پشتیبانی نمی کند‪.‬‬
‫‪26‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مدل انتقال داده ها در ‪WLAN‬‬
‫‪‬‬
‫الیه ‪ :4‬امنیت یکپارچه‬
‫‪Layer 4: Unified Security‬‬
‫حمایت از شبکه و نرم افزارهای کاربردی در مقابل انواع ویروس و ‪ worm‬و سایر‬
‫حمالت در این الیه و با بهره گیری از انواع دیوار آتش )‪ ،(Fire wall‬برنامه های ویروس‬
‫یاب و پروتکلهای امنیتی الیه ‪ Application‬و فیلترینگ های خاص صورت می گیرد‪.‬‬
‫‪27‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬شبکه های شهری بی سیم )‪(WMAN‬‬
‫در سالهای اخیر تکنولوژی بی سیم به کمک شبکه های شهری آمده است و به سرعت در‬
‫حال پیشرفت می باشد شبکه های شهری بی سیم با استفاده از تکنولوژی سلوالر‬
‫توانسته اند مشکل تداخل امواج را حل کرده و با استفاده مجدد از فرکانس‪ ،‬سطح یک‬
‫شهر را با بهره گیری از پهنای محدود فرکانس پوشش دهند‪.‬‬
‫این شبکه ابتدا در باند نازک ‪ Narrow Band‬برای سرویس تلفن استفاده شد ولی‬
‫به باند پهن ‪ Broad Band‬گسترش یافت‪.‬‬
‫این شبکه ابتدا در باند نازک ‪ Narrow Band‬برای سرویس تلفن استفاده شد ولی‬
‫به باند پهن ‪ Broad Band‬گسترش یافت و شبکه های کامل دیتا‪ ،‬ویدئو و صوت را‬
‫بصورت کامل پشتیبانی می کنند‪.‬‬
‫‪28‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬تکنولوژی سلیوالر)‪(Cellular Technology‬‬
‫یک بی سیم معمولی )‪ (Walkie-Talkie‬می تواند حداکثر در فاصله یک مایلی با آنتن‬
‫مرکزی خود ارتباط بگیرد و بی سیم های پیشرفته ‪ (Citizen Band) CB‬این فاصله‬
‫را به حداکثر ‪ 5‬مایل افزایش می دهد و خارج از این محدوده ارتباط قطع می شود‪ .‬اگر‬
‫آنتن در محل مرتفع نصب گردد‪ ،‬تا قدرتهای زیاد تا ‪ 50‬کیلومتر ارتباط میسر است‪.‬‬
‫سیستمهای بافت سلولی تکنیکی را ارائه نموده اند که یک دستگاه بی سیم بتواند بدون‬
‫محدودیت جغرافیایی حرکت کند و ارتباط خود را با شبکه حفظ نماید‪.‬‬
‫‪29‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬تکنولوژی سلیوالر)‪(Cellular Technology‬‬
‫اساس سیستم سلیوالر با استفاده مجدد فرکانس )‪ (Frequency Reuse‬صورت‬
‫می گیرد‪ .‬برای هر ارتباط بایستی از یک فرکانس استفاده کرد‪ .‬پس هر سل به تعداد‬
‫کانالهای ارتباطی فرکانس می خواهد و هر خوشه که از چند سل تشکیل شده به تعداد‬
‫سلها فرکانس می خواهد ولی در سلهای غیرمجاور می توان از کانالها دوباره استفاده‬
‫کرد‪.‬‬
‫در این سیستم یک شهر و یا منطقه جغرافیایی به تعداد سلول (شش ضلعی منظم)‬
‫تقسیم می شود که در مرکز هر سلول یک آنتن قرار دارد که روی یک دکل )‪(Tower‬‬
‫نصب است‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬تکنولوژی سلیوالر)‪(Cellular Technology‬‬
‫سه آنتن با زاویه دید ‪ 120‬درجه کل اطراف دکل را پوشش می دهند این آنتن ها از نوع‬
‫‪ sector antenna‬هستند که از تکنولوژی آنتن های با فرکانس های یکسان می‬
‫توانند مجددا در سلولهای غیر همجوار مورد استفاده قرار گیرند و تداخل فرکانس ی پیش‬
‫نیاید‪.‬‬
‫‪Non Line Offside‬‬
‫‪Mobile Base Station‬‬
‫سلول‬
‫‪31‬‬
‫خوشه ‪clusters‬‬
‫فهرست‬
(Cellular Technology)‫ تکنولوژی سلیوالر‬
Mobile Switching Center (MSC) ‫های هر سلول از طریق کابل به‬BTS
Dish ‫ این ارتباط می تواند از طریق آنتن های بشقابی‬.‫ وصل می شوند‬Master
.‫ صورت پذیرد‬Antenna
Cell S/Te
To Other Cell
MSC
Beas Transmission Station
PSTN
HLR
32
‫فهرست‬
‫‪ ‬طراحی شبکه )‪(Network Configuration‬‬
‫سلولهای اصلی که ساختار شبکه شهر را تشکیل می دهند‪ ،‬میکروسل‬
‫)‪ (Microcellular‬گویند‪ .‬هر سلول دارای ظرفیت )‪ (Capacity‬و میدان پوشش‬
‫)‪ (Coverage‬محدودی است‪ .‬هر سل سه سکتور دارد که هر کدام ‪ 256‬کاربر روی‬
‫خط را پشتیبانی می کند‪ .‬و بطور همسان ‪ 42 Mbps‬تروپوت دارد‪.‬‬
‫‪33‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬طراحی شبکه )‪(Network Configuration‬‬
‫برای پوشش نقاط پرجمعیت یک سل را به چند میکروسل )‪ (Microcellular‬تقسیم‬
‫می کنند که ظرفیت را باال می برد و در صورت عدم کفایت میکروسلها هم به تعدادی‬
‫پیکوسل )‪ (Picocell‬تقسیم می شود تا ترافیکهای باالی محلی پوشش داده شود‪.‬‬
‫برای پوشش مناطقی که خارج از میدان پوشش یک ‪ BTS‬است و ترافیک زیادی ندارند‬
‫می توان از تکرار کننده )‪ (Reporter‬استفاده کرد که صرفا سیگنالهای دستگاه ها را‬
‫روی یکدیگر تکرار می دهد‪ .‬مورد استفاده این دستگاه در تونل ها و ساختمانهایی است‬
‫که قدرت سیگنال را کم می کنند‪.‬‬
‫‪34‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬طراحی شبکه )‪(Network Configuration‬‬
‫‪‬‬
‫عملکرد )‪(Performance‬‬
‫‪ BTS‬هر سلول به طور پیوسته سیگنال کنترلی )‪ (Signal Controls‬در محدوده‬
‫سلول منتشر می کند‪.‬هرگاه دستگاه تلفن همراه روشن می شود این سیگنال‪ ،‬کنترلی را‬
‫دریافت می کند و به آن پاسخ می دهد و این پاسخ را چند ‪ BTS‬مجاور دریافت می‬
‫کنند ولی با سطح قدرت )‪ (Power‬متفاوت که بستگی به فاصله دستگاه با آنتن دارد‪.‬‬
‫‪ MSC‬که پیامهای دستگاه را از ‪BTS‬های همجوار دریافت می کند ‪ BTS‬اصلی را که‬
‫در سطح قدرت باالتری قرار دارد انتخاب کرده و ارتباط را از طریق آن برقرار می سازد‪.‬‬
‫‪35‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬طراحی شبکه )‪(Network Configuration‬‬
‫با دور شدن دستگاههای سیار از حدود یک ‪ BTS‬و نزدیک شدن آن به یک ‪ BTS‬دیگر و‬
‫با تغییرات در سطوح قدرتی سیگنال‪ ،‬کنترل ‪ MSC‬متوجه حرکت دستگاه شده و‬
‫عملیات دست به دست کردن )‪ (Hand Hand Off‬که عملیات جابجایی ارتباط بین‬
‫دو سل است را انجام می دهد‪.‬‬
‫در این عملیات در مدت زمان محدودی ارتباط دو جانبه بین یک موبایل و دو ‪BTS‬‬
‫برقرار می شود و سپس ‪ BTS‬دوم ادامه ارتباط را برعهده می گیرد‪ .‬در این عملیات‬
‫سیستم کانال ارتباطی دستگاه را تعویض می کند و از کانال سلول ‪ A‬به کانالهای سلول‬
‫‪ B‬منتقل می نماید‪.‬‬
‫موبایل از تکنولوژی ‪ Non Line Offside‬استفاده می کند که در آن ضرورت دید‬
‫مستقیم بین آنتن ها وجود ندارد‪.‬‬
‫‪36‬‬
‫فهرست‬
‫‪Wireless MAN (WMAN) Wi MAX ‬‬
‫‪‬‬
‫‪Worldwide Interoperability for Microwave Access‬‬
‫باند پهن (‪)Broad Band‬‬
‫استفاده از بی سیم باند پهن برای ارتباط های پرسرعت توسعه زیادی یافته است‪.‬‬
‫‪ Wimax‬استانداردی است که توسط سازمان غیر تجاری ‪ Wimax Forum‬ارائه‬
‫شده است‪ .‬این سازمان در سال ‪ 2002‬با مشارکت تولیدکنندگان بزرگ تجهیزات بی سیم‬
‫تاسیس شده که پیاده سازی استاندارد ‪ IEEE802.15‬و ‪ETSI Hiper MAN‬‬
‫را برای پوشش شبکه های شهری در باند ‪ 2‬تا ‪ GHz11‬فراهم کرد‪ .‬مهمترین باند قابل‬
‫استفاده در این استاندارد ‪ 26 ،5/10 ،8/5 ،5/3 ،4/2‬و ‪ GHz 28‬است‪.‬‬
‫‪37‬‬
‫فهرست‬
‫‪Wireless MAN (WMAN) Wi MAX ‬‬
‫‪BTS -‬های ‪ Wimax‬بردی برابر ‪ 50Km‬دارند‪.‬‬
‫ از تکنولوژی نان الین آفساید )‪ (Non Line OffSide‬استفاده می کند که لزوم‬‫دید مستقیم را برای آنها حذف کرده است‪.‬‬
‫‪ -‬در هر ‪ BTS‬تا ‪ 280 Mbps‬را بین نودها توزیع می کند‪.‬‬
‫‪ Wimax‬عالوه بر ‪ WDSL ، Broad Band‬را نیز پشتیبانی می کند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪(Wireless DSL) WDSL‬‬
‫راه حل موثری است که به اپراتورهای ‪ DSL‬امکان ارائه ارتباط پرسرعت را در نقاطی‬
‫که خارج از حلقه ‪ Broad Band‬است ‪ ،‬فراهم می کند‪.‬‬
‫‪38‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬تلفن سیار )‪(Mobile Phone‬‬
‫ایده تلفن سیار در دهه ‪ 1960‬در کشورهای اسکاندیناوی (سوئد‪ ،‬نروژ‪ ،‬فنالند) پا گرفت‬
‫و در سال ‪ 1975‬نسل اول تلفنهای موبایل که به صورت آنالوگ بود در این کشورها ارائه‬
‫شد‪ .‬در آنها سیستم )‪ Nordic Mobile Telephone (NMT‬که اولین‬
‫استاندارد این تلفن به شمار می رود‪ ،‬استفاده شده است‪ .‬این تکنولوژی در سال ‪1383‬‬
‫از طرف آمریکا هم پذیرفته شد‪.‬‬
‫ژاپن در همین سال ها سیستم ‪ HCMS‬را مختص به خود ارائه کرد‪ .‬انگلستان سیستم‬
‫‪ TACS‬را وارد بازار کرد‪ .‬از سال ‪ 1380‬نسل دوم تلفن های موبایل که به صورت‬
‫دیجیتال بودند به وجود آمدند و استانداردسازی سیستم های موبایل در سال ‪1985‬‬
‫مدنظر کشورهای اروپایی قرار گرفتند‪.‬‬
‫‪39‬‬
‫فهرست‬
‫‪(ESTI) ‬‬
‫‪European Telecommunication Standard Institute‬‬
‫متشکل از ‪ 17‬کشور اروپایی در صدد ابداع یک استاندارد مشترک برآمد که نتیجه آن‬
‫که در فرکانس ‪ 1800‬یا ‪GSM (Global System For Mobile) 900‬‬
‫کار می کند‪MHz .‬‬
‫‪40‬‬
‫فهرست‬
‫‪(ESTI) ‬‬
‫نسل دوم تلفن همراه در مقایسه با نسل اول از برتری های زیادی برخوردار است‪ .‬از‬
‫جمله سرویسهای ضبط و پست صوتی‪ ،‬ارسال پیامهای کوتاه )‪ ،(SMS‬پشتیبانی فاکس‬
‫و اینترنت‪ ،‬رمزنگاری با کلید ‪ 40‬بیتی‪.‬‬
‫سرعت این نسل ‪ 10Kbps‬است‪.‬‬
‫نسل ‪ 5/2‬تلفنهای همراه با استاندارد و پروتکل جدید شکل گرفت که ‪GPRS‬‬
‫)‪ (General Packet Radio Service‬نامیده می شود‪.‬‬
‫‪41‬‬
‫فهرست‬
‫‪(ESTI) ‬‬
‫این نسل که با ارتقای محدودی در زیرساخت ‪ GSM‬قابل دسترس ی است امکانات زیادی‬
‫را به تلفن سیار اضافه کرد که مهمترین آن سرعت تا ‪ 170Kbps‬و ارتباط مستمر با‬
‫اینترنت و پایه ‪ IP‬است‪ GPRS .‬امکان جستجوی صفحات وب و سرویس پست‬
‫الکترونیک در اینترنت را به خوبی پشتیبانی می کند‪.‬‬
‫‪ GPRS‬از تکنولوژی ‪ Packet Switching‬استفاده می کند‪ .‬در این تکنولوژی‬
‫فرستنده که شبیه پازل است اطالعات به بسته های جداگانه تقسیم می شود سپس‬
‫ارسال می گردد‪.‬‬
‫‪42‬‬
‫فهرست‬
‫‪(ESTI) ‬‬
‫وقتی همه پکتها (از هر مسیر دلخواه) به مقصد رسید‪ ،‬گیرنده آنها را جمع کرده و مجددا‬
‫آنها را جمع می کند‪ .‬اگر بسته ای خراب و یا مفقود شود‪ ،‬گیرنده آن را مجددا‬
‫درخواست می کند لذا ممکن است زمان طول بکشد‪.‬‬
‫*‬
‫‪BTS‬‬
‫‪Packets‬‬
‫‪SGPN‬‬
‫*‬
‫‪BTS‬‬
‫هزینه ارتباط ‪ GPRS‬صرفا برای زمان انتقال دیتا محاسبه می شود ولی ‪ GSM‬به‬
‫لحاظ اشغال مستمر یک مسیر هزینه را برای تمام مدت اتصال‬
‫‪43‬‬
‫پرداخت می کند‪.‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬نسل سوم تلفن های همراه )‪(3G‬‬
‫این نسل در واقع شبکه بی سیم پرسرعت با پهنای باند گسترده است که امکان ارسال‬
‫صوت و تصویر و ویدئو با سرعت ‪ 2Mbps‬در محیط شبکه و ‪ 384bps‬در محیط‬
‫موبایل را فراهم می کند‪.‬‬
‫این نسل امکان ویدئو کنفرانس و امنیت باالتر با رمزنگاری ‪ 128‬بیتی را فراهم می کند‪.‬‬
‫شرکت های بزرگ موبایل دنیا به امید راه اندازی سریع ‪ 3G‬در سال ‪ 2000‬تا ‪ 2002‬ارقام‬
‫زیادی را به عنوان الیسنس به کشورها پرداخت کرده اند‪ .‬آملان و انگلیس هرکدام از ‪80‬‬
‫میلیون یورو برای هر شبکه و جمعا ‪ 109‬میلیارد یورو به عنوان الیسنس به کشورهای‬
‫اروپایی پرداختند ولی قیمت گران شبکه و عدم استقبال مردم و تاخیر در دستیابی به‬
‫تکنولوژی مناسب تاکنون از ورود این سرویس ها در دنیا به طور عمده جلوگیری کرده‬
‫است‪.‬‬
‫‪44‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬نسل سوم تلفن های همراه )‪(3G‬‬
‫لذا بسیاری از شرکتهای مخابراتی با شکست قیمت در بازار سرمایه مواجه شدند‪ .‬در سالهای‬
‫اخیر شبکه های ‪ 3G‬با سرعت کم در حال توسعه هستند‪.‬‬
‫‪(Wireless Application Protocol) WAP‬‬
‫یک قرارداد (پروتکل) جهانی است که کاربرها را قادر می سازد تا به کمک صفحات نمایش‬
‫تلفن همراه با شبکه اینترنت و صفحات وب ارتباط برقرار کنند‪.‬‬
‫‪ (Wireless Markup Language) WML‬زبان ارتباطی میان تلفن همراه و‬
‫اینترنت است که می توان به کمک آن برنامه هایی برای کارکرد بین چند موبایل و اینترنت‬
‫تهیه کرد‪.‬‬
‫برنامه های تحت موبایل به خصوص در تجارت خرده فروش ی به مرور گسترش می یابد‪.‬‬
‫‪45‬‬
‫فهرست‬
‫‪WAP ‬‬
‫پروتکل ‪ (Wireless Application Protocol) WAP‬جهت ارتباط تجهیزات بی سیم‬
‫مثل تلفنهای موبایل به شبکه اینترنت طراحی شده است‪ .‬در دسامبر سال ‪ 97‬شرکتهای‬
‫‪ Nokia ، Motorola‬و ‪ Ericsson‬کنسرسیومی به نام ‪WAP Forum‬‬
‫)‪ (www.wapforum.org‬را تشکیل دادند که در ژوئن سال ‪ 99‬نسخه ‪WAP 1.1‬‬
‫را منتشر ساخته و در ژانویه سال ‪ 2002‬نیز نسخه ‪ 2.0‬آن را به تصویب رساندند‪ .‬این‬
‫کنسرسیوم در حال حاضر بیش از ‪ 300‬عضو دارد که شرکتهای نظیر ‪AOL,‬‬
‫‪ Microsoft‬و ‪ Intel‬از اعضای آن به شمار می روند‪.‬‬
‫‪46‬‬
‫فهرست‬
‫‪WAP‬‬
‫با تکنولوژیهای اصلی شبکه بی سیمی به کار رفته در بخش های مختلف جهان کار می‬
‫کند که از آن جمله عبارتند از‪ TDMA, GSM, CDMA :‬و همچنین ‪WAP‬‬
‫سیستم عاملهای اصلی بکار رفته در وسایل دستی همچون ‪Windows CE, Palm‬‬
‫‪ OS, Java OS, Epoc‬را نیز پشتیبانی می کند‪.‬‬
‫جهت طراحی و ساخت صفحاتی که در این تکنولوژی بین ‪ Client, Server‬منتقل می‬
‫شوند از ‪WML‬‬
‫استفاده می گردد‪.‬‬
‫‪47‬‬
‫)‪ (Wireless Markup Language‬به جای ‪HTML‬‬
‫فهرست‬
‫این پروتکل دارای رقبایی نیز می باشد که از آن جمله می توان به ‪ iMode‬محصول‬
‫شرکت ‪ DoCoMo‬ژاپن اشاره کرد که در حال حاضر بیش از ‪ 4‬میلیون کاربر در ژاپن را‬
‫دارد‪ .‬لیکن پیش بینی می شود که همین پروتکل به عنوان پروتکل اصلی دسترس ی به‬
‫اینترنت از طریق تجهیزات بی سیم استفاده شود و در حال حاضر بانک های اروپایی مثل‬
‫‪ Swiss handelsbanken ، Deutsche Bank‬استفاده از ‪ WAP‬را شروع‬
‫نموده و شرکت‬
‫‪ Sonera Oy‬فنالندی نیز دستگاه خرید نوشابه از طریق تلفن همراه را ابداع کرده که‬
‫در آن کاربران می توانند از طریق تلفن همراه خود که مجهز به ‪ WAP‬باشد نوشابه‬
‫مورد نظر خود را خریداری و هزینه آن را روی صورتحساب تلفن خود پرداخت نمایند‪.‬‬
‫‪48‬‬
‫فهرست‬
‫لیست ‪ ( WAP Clients‬تلفن هایی که مجهز به ‪ WAP‬هستند ) که در سایت‬
‫کنسرسیوم ‪ WAP‬ثبت شده اند‪ ،‬پیوست می باشد‪ .‬الزم به توضیح است که در لیست‬
‫پیوست ‪ WTLS‬یکی از پروتکلهای ‪ WAP‬می باشد که ضامن امنیت در نقل و انتقاالت‬
‫دیتا می باشد‪.‬‬
‫‪49‬‬
‫فهرست‬
‫‪Sensor Networks ‬‬
‫شبکه های بی سیم متشکل از ‪ Sensor‬های کوچک پراکنده در نواحی جغرافیایی‬
‫هستند که این ‪ Sensor‬ها داده های محیطی را جمع آوری کرده و ارسال می نمایند‪.‬‬
‫به کمک این شبکه ها به راحتی می توان اطالعات را با دقت و صحت باالیی دریافت‬
‫کرده و از راه دور به عمل نظارت و کنترل محیط پرداخت‪.‬‬
‫‪ Sensor Node‬ها هر یک به تنهایی قادر به پردازش موضعی و محلی هستند و توانایی‬
‫ایجاد ارتباط بی سیم را دارند‪ .‬البته این توان پردازش ی برای هر ‪ Node‬محدود است‪،‬‬
‫اما زمانیکه با اطالعات سایر ‪ Node‬ها هماهنگ شود‪ ،‬پردازنده مرکزی قدرت پردازش ی‬
‫گسترده ای با جزئیات کامل را خواهد داشت‪.‬‬
‫‪50‬‬
‫فهرست‬
‫‪ Sensor Networks‬ها‪ ،‬از طرفی بدلیل ساختار ساده و از طرفی دیگر بدلیل متدهای‬
‫غیر عمومی و تک کاره‪ ،‬تا حدی دارای محدودیت های انرژی و محاسباتی هستند‪.‬‬
‫در گذشته این شبکه ها به این صورت بود که ‪ Sensor‬ها فقط دریافت کننده‬
‫اطالعات بودند و تمامی داده های خام بدست آمده‬
‫‪51‬‬
‫فهرست‬
‫از محیط را برای پردازنده اصلی مرکزی ارسال‬
‫می کردند؛ بنابراین مسلما با وجود فواصل و بی سیم بودن سیستم‪ ،‬انرژی زیادی‬
‫مصرف می شد‪ .‬امروزه محققین درپی آن هستند که ‪ Sensor‬ها اطالعات جمع آوری‬
‫شده از محیط را تا حد امکان خود پردازش کنند و به این ترتیب در حجم اطالعات‬
‫ارسالی به پردازنده مرکزی و در نتیجه مصرف انرژی صرفه جویی نمایند‪.‬‬
‫ساختار داخلی یک ‪ Sensor Node‬بی سیم‪:‬‬
‫‪memory‬‬
‫‪Radio‬‬
‫‪ADC‬‬
‫‪sensors‬‬
‫‪DC-DC‬‬
‫‪Battery‬‬
‫‪52‬‬
‫‪MCU‬‬
‫فهرست‬
‫‪DC to DC converter : DC-DC ‬‬
‫دستگاهی است که ولتاژ ‪ DC‬را به عنوان ورودی‬
‫می گیرد و ولتاژ ‪ DC‬بر مبنای آن تولید می کند که از نظر سطح ولتاژ با ولتاژ ورودی‬
‫متفاوت است‪ .‬کاربرد آن در جداسازی نویز و ‪ ...‬است‪.‬‬
‫‪ : Sensors ‬هر ‪ node‬بر اساس نیاز می تواند مجهز به گیرنده های متفاوتی مانند‬
‫‪ sensor‬های صوتی‪ ،‬حساس به لرزش‪ ،‬مادون قرمز‪ ،‬دوربین های ثابت و متحرک و ‪...‬‬
‫باشد‪.‬‬
‫‪ (Analog to Digital Converter) :ADC ‬ورودی آنالوگ را به دیجیتال تبدیل‬
‫می نماید‪.‬‬
‫‪ Micro Controller Unit : MCU‬واحد پردازنده‬
‫‪ sensor node‬است که برنامه ها از جمله سیستم عامل در آن اجرا می شوند‪.‬‬
‫‪ : Radio ‬هر ‪ node‬با سایر اجزای شبکه به کمک رنج رادیویی مانند پروتکل های ‪،11‬‬
‫‪ IEEE802‬و یا ‪ Bluetooth‬ارتباط برقرار می کند‪.‬‬
‫‪53‬‬
‫فهرست‬
‫بنابراین یک ‪ Sensor Node‬عموما از ‪ 4‬سیستم تشکیل شده است ‪:‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم محاسباتی‬
‫‪Computing Subsystem‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم ارتباطاتی‬
‫‪Communication Subsystem‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم حس ی و دریافتی‬
‫‪Sensing Subsystem‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم منبع تغذیه‬
‫‪Power Supply Subsystem‬‬
‫زیر سیستم محاسباتی ‪ :‬متشکل از ریزپردازنده ها ( یا به شکلی خاص تر میکرو کنترل )‬
‫است که مسئول کنترل ‪ sensor‬ها و اجرای پروتکل های ارتباطاتی آنهاست‪.‬‬
‫‪54‬‬
‫فهرست‬
‫معموال در اینجا میکروکنترلرها به منظور مدیریت انرژی در مدهای عملیاتی مختلفی‬
‫عمل می کنند‪ .‬قابل ذکر است که انتقال بین این مدهای عملیاتی خود باعث مصرف‬
‫انرژی می شود بنابراین خود این عمل نیز باید با توجه به ‪ lifetime‬هر ‪ node‬انجام‬
‫بگیرد‪.‬‬
‫‪55‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬زیر سیستم ارتباطاتی ‪ :‬متشکل از ردیف کوتاه رادیویی است که برای ارتباط ایجاد‬
‫کردن با ‪ Node‬مجاور استفاده می شود و امواج رادیویی خارجی است که در مدهای‬
‫ارسال‪ ،‬دریافت و استراحت عمل می کند‪ .‬مصرف انرژی حتمی در موارد خاموش ی کامل‬
‫با حالت استراحت بسیار فرق می کند‪.‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم حس ی ‪ /‬دریافتی ‪ :‬متشکل از گروهی ‪ sensor‬و تعدادی فعال کننده و پیوند‬
‫دهنده آن به دنیای بیرون است‪ .‬برای صرفه جویی در مصرف انرژی در انتخاب اجزا و‬
‫مولفه ها و تجهیزات مصرف راه اندازهای آنها نیز باید توجه مبذول داشت‪.‬‬
‫‪ ‬زیر سیستم منبع تغذیه ‪ :‬متشکل از باتری جهت تهیه نیرو و انرژی برای ‪ node‬هاست‪.‬‬
‫‪56‬‬
‫فهرست‬
‫همانطور که در معماری ‪ Sensor Network‬نیز مشهود است ‪:‬‬
‫‪ Sensor Node‬ها بصورت خوشه ای )‪ (Cluster‬سازماندهی می شوند‪ .‬این‬
‫‪ Sensor Node‬ها قادرند برای دستگاه گیرنده محلی خود که به آن سرآیند خوشه‬
‫ای )‪ (Cluster Header‬نیز می گویند‪ ،‬تا محدوده ‪ 5‬متری (بدون سیم) پیام ارسال‬
‫کنند ‪.‬‬
‫‪57‬‬
‫فهرست‬
‫ ها و مرکز پردازش می‬sensor node ‫ ها واسط هایی میان‬Cluster Header
.‫باشند که می توانند امواج رادیویی را در فواصل طوالنی ارسال و دریافت کنند‬
Processing Center
Cluster header
Sensors
Cluster header
Sensors
Cluster header
Sensors
58
‫فهرست‬
‫‪ ‬ساختار معماری‬
‫)‪(Sensor Network Architecture‬‬
‫برای این مورد معماری ‪( Middleware‬میان افزار‪ :‬نرم افزار سیستم که برای کاربر‬
‫خاص طراحی می شود) که به آن‬
‫)‪:(Sensor Information Networking Architecture‬‬
‫‪ SINA‬گویند‪ ،‬پیشنهاد می شود که به صورت زیر است‪:‬‬
‫ابتدا ‪ Sensor Node‬ها براساس سطوح ‪ Power‬و مجاورت به صورت سلسله مراتبی‬
‫سازماندهی می شوند‪.‬‬
‫سپس مبنی بر خواص و ویژگیهایشان‪ ،‬نام گذاری می شوند‪.‬‬
‫به عنوان مثال سیستمی را در نظر بگیرید که برای اندازه گیری دما در مکان خاص ی استفاده‬
‫می شود‪.‬‬
‫‪59‬‬
‫فهرست‬
‫در اینجا طبق مطالب فوق ‪:‬‬
‫‪Type=temperature , location=N-E ,‬‬
‫‪Temperature Ture = 103‬‬
‫به این معنی است که تمام ‪ Sensor‬های شمال شرقی دمایی برابر ‪ 103‬فارنهایت را نشان‬
‫می دهند‪.‬‬
‫بنابراین در این نوع معماری برنامه های کاربردی بوسیله نام مستقیما به عنصر داده ای‬
‫مدنظرشان دسترس ی پیدا می کنند‪ .‬مزیت دیگر استفاده از این ساختار آن است که دیگر‬
‫نیازی به سرویس های راهنمای مسیر نخواهد بود‪.‬‬
‫‪60‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬معماری ‪SQTL‬‬
‫)‪(Sensor Query & Tasking Language‬‬
‫در این معماری به عنوان واسط برنامه نویس ی بین نرم افزارهای کاربردی ‪ sensor‬و‬
‫میان نرم افزار ‪ SINA‬پیشنهاد می شود‪.‬‬
‫‪ SQTL‬سه رویداد و واقعه را معین می کند‪:‬‬
‫‪Expire‬‬
‫‪Query‬‬
‫‪Receive‬‬
‫دریافت کردن‪ ،‬تحقیق و بررس ی کردن‪ ،‬منقض ی کردن پیام ‪ SQTL‬متشکل از یک‬
‫‪ Script‬است که می بایست توسط هر ‪ Node‬در شبکه ترجمه و اجرا شود‪.‬‬
‫‪ Tiny - OS‬نیز سیستم عاملی است که برای ‪ Sensor Network‬ها طراحی شده‬
‫است‪.‬‬
‫‪61‬‬
‫فهرست‬
‫با استفاده از ‪ Tiny - OS‬مدل ارتباطی پیام توصیف می شود که مقدورات و‬
‫امکانات سطح باالی شبکه را انجام می دهد‪.‬‬
‫‪ ‬کاربردهای ‪:Sensor Networking‬‬
‫کاربردهای وسیعی دارد‪ :‬از جمله نظارت محیط که در برگیرنده نظارت در آب و هوا و خاک‬
‫می باشد‪ ،‬نظارت محیط مسکونی‪ ،‬ردیابی زمین لرزه‪ ،‬نظارت ارتش‪ ،‬پیگردی موجودی‪،‬‬
‫ایجاد فضاهای هوشمند و غیره ‪...‬‬
‫‪62‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬نمونه های ‪: sensor networking‬‬
‫‪ Sensor Network ‬هایی ارتش که به کشف و جمع آوری اطالعات در خصوص‬
‫می پردازد‪.‬‬
‫بررس ی حرکات دشمن‪ ،‬انفجارها و دیگر پدیده ها در این خصوص‬
‫‪ Sensor Network ‬هایی که وظیفه یافتن مواد و مبادرات شیمیایی‪ ،‬زیستی‪،‬‬
‫تشعشعی و هسته ای و ‪ ...‬را بر عهده دارند‪.‬‬
‫‪ Sensor Network ‬هایی که نظارت کننده و آگاه کننده تغییرات در جلگه ها و‬
‫دشت ها‪ ،‬جنگلها‪ ،‬اقیانوس ها و ‪ ...‬هستند‪.‬‬
‫‪ Sensor Network ‬هایی مخصوص ترافیک جهت نظارت حمل و نقل وسایل‬
‫نقلیه‪.‬‬
‫‪ Sensor Network ‬هایی که برای تجسس و مراقبت در مراکز خرید‪ ،‬پارکینگ ها و‬
‫‪ ...‬بکار گذاشته می شوند‪ .‬و ‪...‬‬
‫‪63‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬چالش های ‪:Sensor Network‬‬
‫علی رغم کاربردهای فراوان‪ ،‬چالش های زیر هنوز در این تکنولوژی وجود دارد‪:‬‬
‫‪ ‬بیشتر ‪ sensor‬ها در جایی مستقر می شوند و گسترش می یابند که هیچ زیربنا و‬
‫شالوده ای ندارد مثال در صورتیکه بخواهیم شبکه را در محیطی مانند جنگل استقرار‬
‫دهیم‪ ،‬باید در قرار دادن ‪ sensor‬ها به کمک هواپیما توجه نماییم‪.‬‬
‫‪ ‬در بیشتر مواقع فقط یکبار شبکه ‪ sensor‬ها در صورت هر تغییر خود مسئول‬
‫پیکربندی هستند‪.‬‬
‫‪ sensor ‬ها به منبع انرژی متصل نمی باشند‪ .‬منابع انرژی محدودی وجود دارد که‬
‫باید به صورت بهینه برای پردازش و ارتباطات مورد استفاده قرار بگیرد‪ .‬واقعیت آن‬
‫است که در مصرف انرژی ارتباطات به پردازش چیره می شوند‪.‬‬
‫‪64‬‬
‫فهرست‬
‫یک سیستم ‪ sensor network‬باید خود را با تغییرات اتصاالت و تغییرات محرک‬
‫محیط وفق دهد‪.‬‬
‫مثال با کم یا زیاد شدن ‪ node‬ها مشکلی برای سایرین روی ندهد‪.‬‬
‫‪65‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬موضع یابی )‪:(Positioning‬‬
‫در ‪ Node ،Sensor Network‬ها زیر ساختی تصادفی دارند‪ ،‬به این معنی که‬
‫موقعیت قرار گرفتن آنها با برنامه ریزی و مقیاس خاص ی صورت نمی گیرد‪ .‬به همین جهت‬
‫مشکل برآورد و ارزیابی مختصات مخصوص ‪ node‬به موضع یابی بر می گردد‪ .‬یکی از‬
‫راه حلهایی که در این خصوص به سرعت به ذهن خطور می کند استفاده از‪:‬‬
‫‪ (GPS) Global Positioning System‬می باشد‪.‬‬
‫به سه علت استفاده از ‪ GPS‬مشکالتی در پی دارد‪.‬‬
‫‪ ‬اول آنکه‪ GPS :‬در هوای آزاد کار می کند‪.‬‬
‫‪ ‬دوم آنکه‪ receiver :‬های ‪ GPS‬گران قیمتند و در ضمن برای ساختار تراشه‬
‫کوچک ‪ Sensor Node‬چندان مناسب نیست‪.‬‬
‫‪66‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬سوم آنکه‪ GPS :‬نمی تواند با وجود انسداد عمل کند؛ مثال وجود شاخ و برگ‬
‫درختان و گیاهان مانع از درست کارکردن آن می شود‪.‬‬
‫بیشتر تکنیک هایی که امروز برای این منظور استفاده می شود‪ ،‬چند جانبه و برگشتی‬
‫هستند‪.‬‬
‫یک راه در نظر گرفتن ‪ Sensor Network‬به صورت سلسله مراتبی با ‪ Node‬هایی‬
‫است که در سطح باالتر فشرده تر می باشند و از قبل موقعیت آنها به کمک تکنیک هایی‬
‫مانند ‪ ،GPS‬مشخص شده باشد‪ .‬این ‪ Node‬ها مانند برج دیده بانی عمل می کنند و‬
‫به صورت دوره ای موقعیت ها را ارسال می کنند‪.‬‬
‫نحوه عملکرد و محاسبات این تکنیک و روشهای موضع یابی و مسیر یابی در جزوه التین‬
‫به صورت کامل وجود دارد که بنده ترجمه و ذکر آنها را در اینجا از حوصله خارج‬
‫دانستم‪ ،‬می توانید مراجعه کرده و مطالعه نمایید‪.‬‬
‫‪67‬‬