يلعب تخفيض استهلاك الطاقة للعقد المختلفة في شبكات الحساسات اللاسلكية دوراً هاماً وأساسياً في إطالة عمر هذه الشبكات. وكي لا يكون استهلاك الطاقة في بعض العقد كبيراً، وفي بعض العقد أقل، أو حتى صغيراً، فإن اختيار خوارزميات توزيع أدوار العقد، بين عقد طرفي
ة، وعقد توجيه، وتبديل هذه الأدوار، يلعب دوراً هاماً في إطالة عمر شبكات الحساسات اللاسلكية.
يقدم هذا البحث خوارزمية لتوزيع الأدوار بما يسمح بتشكيل نماذج شجرية متعددة لشبكة واحدة. وهذا يقدم الإمكانية لمنسق الشبكة بتبديل أدوار العقد مركزياً بتبديل النموذج الشجري كلما دعت الحاجة حسب مؤشرات استهلاك الطاقة في العقد. وتظهر النتائج أن استخدام الخوارزمية يؤدي إلى تحسن كبير في زمن حياة الشبكة يتراوح بين 2 و 4 مرات، وذلك حسب السماح بنوم واستيقاظ العقد أو عدم السماح بذلك. وذلك من أجل معدلات إرسال مختلفة.
وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية بالاعتماد على استخدام تقنية ZigBee، وباستخدام المحاكاة، اعتماداً على المحاكي الشبكي NS-2.
يشكل استخدام شبكات الحساسات اللاسلكية في مراقبة الزراعات المحمية، والتحكم بها، واحداً من المجالات التي لاقت رواجاً واسعاً في الآونة الأخيرة، لما تقدمه هذه الشبكات من خدمات، وتسهيلات، ووثوقية على مستوى المراقبة والتحكم.
يسهم هذا البحث في دراسة تطبي
ق هذه التقنية على البيوت البلاستيكية المنتشرة في بلدنا، وعلى مساحات واسعة. ويقدم حلولاً لعمل شبكات المراقبة والتحكم الخاصة بذلك في الزمن الحقيقي، وبما يضمن أداء جيداً وفقاً لمعايير تقييم أساسة، مثل تخفيض التأخير الزمني، وزيادة في النفاذية ، وزيادة نسبة تسليم الرزم، وتخفيض عدد الرزم المفقودة، مع زيادة حمل الشبكة.
وضِع من أجل ذلك عدد من السيناريوهات التي تماثل واقع بناء وتشغيل البيوت البلاستيكية في منطقتنا، اعتماداً على تقنية ZigBee. وقد تم اختبار سيناريوهات عمل شبكات الحساسات اللاسلكية، باستخدام المحاكاة، بما يسمح باستنتاج التوصيات للاسترشاد بها حين العمل على تركيب مثل هذه الشبكات في أماكنها لتعمل بالشكل الأفضل، وذلك من أجل مساحات مختلفة وعدد كبير من الصالات
تظهر أهمية شبكات الحساسات اللاسلكية wireless sensor networks (WSN) باستخدامها في تطبيقاتٍ عديدة في مجالات الحياة المختلفة، كالرعاية الصحية، والمراقبة البيئية، والمجالات العسكرية والاقتصادية و الأتمتة الصناعية وتطبيقات عديدة أخرى.
ويحتل تطوير هذه
الشبكات وتحسين أدائها حيزاً هاماً من اهتمام مراكز الأبحاث والمعاهد العلمية المختصة. كما أن الاهتمام ببنى هذه الشبكات كمدخل إلى تحسين أدائها يعدُّ واحداً من أهم التقنيات والأساليب التي أعطت نتائجَ جيدةً في هذا المجال، وتُعدُّ البنية العنقودية واحدة من أهم البنى التي حظيت بالاهتمام المتزايد على مدى السنوات الأخيرة.
اقتُرح في هذا البحث تعديل بنية شجرة العناقيد Cluster tree بتقسيم العناقيد المكونة لشجرة العناقيد إلى مجموعات فرعية، وكل مجموعة من هذه المجموعات الفرعية تعمل كشجرة صغيرة من العقد. وتشير النتائج التي تم الحصول عليها بطريقة المحاكاة، إلى تحسن كبير على صعيد تقليل استهلاك الطاقة ومن ثمَّ زيادة في زمن حياة الشبكة، أي ضمان عمل الشبكة لفترات إضافية أطول، وذلك مقارنة بشجرة العناقيد التقليدية. ولكن ذلك كان على حساب انخفاض معدلات الإرسال ونسبة التسليم قليلاً في هذه الشبكات. مما يدفعنا إلى التوصية باستخدام هذه الطريقة بناء الشبكات المستخدمة في مراقبة الزراعات المحمية وغيرها من الشبكات ذات معدلات الإرسال المنخفضة
أدى انتشار تطبيق تقنيات نقل المعطيات الحديثة، في مجالات صناعية، و زراعية، و خدمية متنوعة إلى ضرورة نقل هذه المعطيات، ضمن أجزاء المنشآت، بفعالية و مرونة.
يهدف البحث إلى تطبيق آلية هجينة، تعتمد على استخدام تقنية ZigBee، و تقنية CAN Bus معاً، بما يعطي
أداء أفضل، وفقاً لمعايير الأداء التي يتطلبها عمل شبكات هذه المنشآت، في الزمن شبه الحقيقي. و مقارنة هذه الآلية مع الآليات المقترحة في أبحاث مشابهة.
يعتمد الحل المقترح استخدام شبكات نقل معطيات هجينة، تعتمد على وصل الشبكات الجزئية، التي تعتمد تقنية CAN Bus، باستخدام عمود فقري لاسلكي يعتمد تقنية ZigBee. و اقتراح بنية مناسبة لبوابات العبور بين أجزاء الشبكة الهجينة. أثبتت النتائج أن الآلية المقترحة في هذا البحث أفضل مقارنة بأبحاث مشابهة، وفقاً لمعايير أداء مناسبة لمثل هذا النوع من الشبكات، بما يسمح لنا بالتوصية باستخدام هذه الآلية في التطبيقات الصناعية الخدمية. و قد اعتمد البحث على المحاكي الشبكي NS2 لتقييم النتائج و مقارنتها.
دخلت تطبيقات شبكات الحساسات اللاسلكية بشكل واسع في نظم المراقبة الصحية، حيث أسهمت في التطور النوعي لهذه الشبكات بما يؤمن المراقبة الحثيثة على مدار الساعة، مع تحسين جودة هذه المراقبة و تنظيمها. و يرتبط تحسين أداء شبكات الحساسات اللاسلكية الطبية WMSN ب
تحسين آلية نقل المعطيات الذي يعد من أهم المجالات التي تهتم بها الأبحاث و الدراسات في الآونة الأخيرة.
و من هنا تأتي أهمية هذا البحث الذي يهدف إلى دراسة بنى شبكات الحساسات اللاسلكية التي يمكن أن تستخدم في مراقبة الأجنحة في المشافي و مراكز العناية و المراقبة الصحية، و استخلاص التوصيات و الاقتراحات الضرورية من أجل اختيار بنية شبكات الحساسات اللاسلكية الطبية المناسبة و اقتراح آليات الدخول المناسبة. و ذلك من أجل بنى شبكية مختلفة بالحجم. و قد تم ذلك من خلال اقتراح السيناريوهات المناسبة لتطبيقات المراقبة هذه، و إجراء المحاكاة في ظروف عمل مشابهه لعمل الشبكة، بما يؤمن نقل معطيات عقد هذه الشبكة إلى نقطة النفاذ الرئيسية، مع دراسة تأثير بنية الشبكة و طريقة استخدام تقنية نقل المعطيات، و تحديداً استخدام تقنية ZigBee سواء مع تمكين إشارة المنارة أو بدون تمكين إشارة المنارة. حيث تم تقييم التحسن اعتماداً على البارامترات الأساسية في مثل هذه الشبكات مثل النفاذية، و التأخير الزمني، و نسبة التسليم. و قد توصلت الدراسة إلى مجموعة من التوصيات بخصوص حجم الشبكة و نوع البنية المستخدمة و آلية الدخول إلى الوسط.
العديد من تطبيقات شبكات الحساسات اللاسلكية كتطبيقات حرائق الغابات و مراقبة البيئة تحبذ الاستفادة من حركة الأشخاص أو الأليات أو الحيوانات في الغابة لتحسين أداء الشبكة.
قمنا في هذا البحث بتطوير بروتوكولنا السابق (بروتوكول التوجيه الشجري الديناميكي DTR
) ليدعم الحركية في شبكات الحساسات اللاسلكية، و في هذا الإطار قمنا أولاً بتقريب عملية حساب السرعة الحديه التي تمكن الحساس من الارتباط بنجاح مع المنسقات المجاورة. و قمنا ثانياً باختبار أداء البروتوكول (MDTR) في شبكة حساسات تحتوي على عدد من الحساسات المتحركة التي تقوم بإرسال الحزم باتجاه منسق الشبكة الرئيسي.
بينت نتائج المحاكاة باستخدام محاكي الشبكات الإصدار الثاني NS2، تقريباً جيداً لحساب السرعة الحدية، كذلك أظهرت أداءً جيداً للبروتوكول MDTR من ناحية زمن التأخير و معدل النقل و عدد القفزات مقارنة بالبروتوكول AODV و البروتوكول MZBR
العديد من تطبيقات شبكات الحساسات اللاسلكية كتطبيقات حرائق الغابات ومراقبة البيئة تحبذ الاستفادة من حركة الأشخاص أو الأليات أو الحيوانات في الغابة لتحسين أداء الشبكة.
قمنا في هذا البحث بتطوير بروتوكولنا السابق (بروتوكول التوجيه الشجري الديناميكي DT
R) ليدعم الحركية في شبكات الحساسات اللاسلكية، وفي هذا الإطار قمنا أولاً بتقريب عملية حساب السرعة الحديه التي تمكن الحساس من الارتباط بنجاح مع المنسقات المجاورة. وقمنا ثانياً باختبار أداء البروتوكول (MDTR) في شبكة حساسات تحتوي على عدد من الحساسات المتحركة التي تقوم بإرسال الحزم باتجاه منسق الشبكة الرئيسي.
بينت نتائج المحاكاة باستخدام محاكي الشبكات الإصدار الثاني NS2، تقريباً جيداً لحساب السرعة الحدية، كذلك أظهرت أداءً جيداً للبروتوكول MDTR من ناحية زمن التأخير ومعدل النقل وعدد القفزات مقارنة بالبروتوكول AODV والبروتوكول MZBR.
