۲-۵) نحوه ی پوشش شبکه ی حسگر بی سیم ویدئویی و تفاوت آن با شبکه های حسگر سنتی:
با پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی سیستمهای میکرو الکترومکانیکی و ارتباطات بی سیم و الکترونیک دیجیتال، طراحی و ایجاد گره‏های حسگر کم هزینه، کم مصرف و چندکاره که اندازه کوچک و بازهی ارتباطی محدودی دارند، امکا‏ن‏پذیر گردیده است. از سوی دیگر، قابلیت‏های رو به رشد این گره‏های حسگر ریز (از جمله حسکردن، پردازش داده‏ها و ارتباط)، امکان ایجاد شبکههای حسگر بی سیم که مبتنی بر همکاری تعداد زیادی گره حسگر هستند را محقق می‏سازد. در شبکه‏های حسگر سنتی، حسگرها، داده‏های عددی نظیر رطوبت، دما، فشار و غیره را بصورت خام، از پدید‏ههای اطراف خود که در بازهی حسگری آنها قرار دارند، جمع آوری می‏کردند؛ لیکن از زمانی که دوربینهای ارزان با قابلیتهای تفکیک‏پذیری کم (و یا متوسط) در حسگرهای بی سیم جاسازی شدند، امکان دریافت داده‏های بصری نیز از محیط میسر گردیده و مرکز توجه جدیدی برای کاربردهای این شبکه‏ها ایجاد شده است. ویژگی منحصر به فرد حسگرهای مجهز به دوربین‏های ویدیویی، تصویربرداری از یک هدف یا قسمتی از یک منطقه است که الزاما در نزدیکی دوربین واقع نیستند؛ یعنی دوربینها قادرند تصاویر اشیایی که با آن ها فاصله داشته و در عمق دیدشان قرار دارند، ضبط کنند. برای ایجاد شبکه‏های حسگر بی‏سیم مبتنی بر ویدئو یا شبکه‏های حسگر بصری، باید تحقیقات جدیدی صورت گیرد؛ چرا که بسیاری از الگوریتم‏ها، ساختارها و راه‏حلهای محاسباتی شبکه‏های حسگر بی‏سیم سنتی، برای چنین سناریوهای ارتباطی ویژه‏، غیرممکن و یا حداقل غیرکارآ هستند. به عنوان مثال حجم داده‏ها، پهنای باند مورد نیاز، مصرف انرژی، نیاز به قابلیتهای محاسباتی و ذخیره‏سازی و امثال آن در چنین شبکه‏هایی، بسیار بیشتر از شبکه‏های حسگر سنتی است. در شبکه‏های حسگر ویدیویی، موقعیت حسگرها و فاصله آنها از هدف، منطقه و زاویه مورد نظر، منجر به ایجاد تصاویر گوناگونی خواهد شد که زوایای مختلف و درجه وضوحهای متفاوتی دارند؛ لیکن جمع آوری همه این تصاویر، رویکردی کارآ از لحاظ انرژی و توان نیست؛ از سوی دیگر، احتیاج به پوشش ممتد در منطقه، هدف و زاویه مورد نظر، یکی از اساسی‏ترین نیازهایی است که باید در چنین شبکه‏هایی مورد توجه قرار گیرد. لذا، با توجه به این موضوع و با توجه به پخش تصادفی گره‏های حسگر در منطقه، محدویت انرژی حسگرها و امکان وجود موانعی بر سر راه این حسگرها برای دیده‏بانی، پوشش منطقه، هدف و زاویه باید به گونه‏ای کارآ صورت پذیرد تا بتوان با کمترین تعداد حسگرها منطقه، هدف و زوایه مورد نظر را مانیتور کرد. به علاوه، پوشش در شبکه‏های حسگر ویدئویی موضوعاتی چون جهت‏داری، میدان دید، راستای دید و مشاهده پویا، را مطرح می‏کند که اساسا در شبکه‏های حسگر بی‏سیم سنتی وجود نداشته‏اند؛ یعنی در شبکه‏های حسگر ویدیویی، حسگرها اطلاعات را متناسب با جهت‏شان جمع آوری می‏کنند، تغییر در جهت باعث تغییر در میدان دید می‏شود، وجود مانع میان حسگر و تصویر، چالشهایی را در زمینه پوشش شبکه ایجاد می‏کند و حسگرها قادرند روی تصویر زوم کنند و در نتیجه میدان دیدشان را تغییر دهند ]۱۴[.

(( 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. ))

همانطور که در شکل ۲-۱۱ ملاحظه می فرمایید زاویه ی دید فضا در شبکه های حسگر ویدئویی متفاوت از شبکه های حسگر سنتی است که اغلب به صورت یک دیسک با شعاع سنجش (R_S) فضا را مشاهده و مورد سنجش قرار می دهند.
شکل ۲-۱۱: مدل پوشش شبکه های حسگر ویدئویی ]۱۴[
۲-۶) نتیجه گیری فصل دوم:
در این فصل به مفهوم کلی پوشش و دسته بندی هایی که برای آنها در نظر گرفته شده بود، پرداختیم و هر کدام از دسته بندی ها را به صورت مختصر توضیح دادیم.
همان طور که در ابتدای این فصل گفته شد، پوشش به چگونگی مشاهده ی فیزیکی فضا توسط حسگرها اطلاق می شود که بسته به نیاز و هزینه ای که می خواهیم انجام دهیم دسته بندی های گوناگونی معرفی شدند که هر یک خواص مخصوص به خود را داشتند. همچنین در این فصل به مفهوم اتصال و تفاوت آن با پوشش پرداختیم.
با عنایت به موارد گفته شده، حال باید بررسی ای درباره ی پایداری طول عمر شبکه با توجه به تعداد گره های حسگر و انرژی مصرفی آنها و نحوه ی استقرارشان انجام دهیم. این امر مستلزم آن است که به معرفی برخی مفاهیم تازه بپردازیم و با بهره گرفتن از آن مفاهیم، روش های نحوه ی قرارگیری و حرکت گره ها و آرایش آنها در محیط برای به دست آوردن پوشش مناسب با در نظر گرفتن مصرف توان کمتر برسیم.
در فصل بعدی به این مقوله ها پرداخته خواهد شد.
فصل سوم: مفاهیم مربوط به انرژی و حرکت در مبحث پوشش شبکه حسگر بی سیم
در این فصل بررسی انرژی در مبحث پوشش و دیاگرام های مناسب برای تحلیل پوشش و پوشش K-تایی^[۱۹] و نحوه ی تحرک حسگرها برای بالا بردن کیفیت پوشش و اهمیت حرکت شناسی گره های شبکه و نحوه ی استقرار حسگرها مورد تحلیل قرار می گیرد.
۳-۱) بررسی انرژی در پوشش شبکه های حسگر بی سیم:
گره های حسگر گروهی از گره های کم هزینه و کم قدرت هستند که در پردازش و ارتباط بی سیم از یک فاصله برد کوتاه با هم کار می کنند. اگر چه این گره ها دارای انرژی مصرفی پایینی هستند اما باید نحوه ی کارشان را به گونه ای تنظیم کرد که طول عمر شبکه را به نحو احسن بالا ببریم. این مورد را هم باید مدنظر بگیریم که طول عمر باتری های مورد استفاده در حسگرها نیز محدود است و استفاده ی بهینه از این انرژی، خود هنری در استفاده از این شبکه می باشد ]۱[ و ]۱۵[.
بررسی پوشش در شبکه های حسگر بی سیم برای تعیین کیفیت سرویس (QoS) ^[۲۰] شبکه استفاده می شود. شبکه های حسگر بی سیم، همزمان نظارت و گزارش را انجام می دهند. نظارت بر ترافیک شبکه، به عنوان یکی از برنامه های کاربردی شبکه های حسگر تعریف می شوند. باید توجه داشته باشیم که گره های حسگر در مواردی مانند شعاع حسی و مخابراتی دارای محدودیت می باشند و این محدودیت ها را باید با توجه به محدودیت باتری حسگرها تفسیر کرد. با عنایت به موارد گفته شده، حسگرها نباید بیش از حد به هم نزدیک شوند چون نزدیکی بیش از حد حسگرها به یکدیگر باعث می شود در مبحث پوشش حسی محیط، دارای همپوشانی بیش از حد شویم که به این معناست که ما داریم انرژی گره ها را بیش از حد هدر می دهیم ]۱۵[.
در شکل ۳-۱ مشاهده می کنیم که نحوه ی استقرار نامناسب حسگرها در یک مساحت خاص، باعث همپوشانی بیش از حد نواحی حسی شده است. همچنین گره های حسگر نباید بیش از حد از یکدیگر دور باشند. دوری بیش از حد گره ها از هم مشکل حفره ی پوشش ( عدم پوشش ) را به وجود می آورد ]۱۵[.
شکل ۳-۱: همپوشانی بیش از حد نواحی حسی گره های مختلف
شکل ۳-۲: عدم پوشش مناسب و ایجاد حفره ی پوششی به علت استقرار نامناسب گره ها
در شکل ۳-۲ نواحی پوشش داده نشده در ناحیه ی مورد نظر به علت استقرار نامناسب گره های حسگر توسط علامت های ضربدر مشخص شده است.
استراتژی های بررسی شده برای تعامل بین انرژی و پوشش به سه دسته تقسیم بندی می شوند:
۱ – بر پایه ی قدرت^[۲۱] ۲ – بر پایه ی شبکه ی توری^[۲۲] ۳ – بر پایه ی رویکرد مبتنی بر هندسه ی محاسباتی^[۲۳] ]۱۵[
قبل از شرح موارد فوق باید بدانیم که هدف به حداکثر رساندن درصد مساحت تحت پوشش یک حسگر به مساحت کل منطقه مورد نظر (ROI) ^[۲۴] است به نحوی که حفره های پوشش را به حداقل برسانیم ]۱۵[.
در تعریف هدفی که انجام دادیم، مشکلاتی پیش رو داریم:
۱ – کوچک بودن ROI 2 – شعاع سنجش محدود ۳ – استقرار تصادفی
کوچک بودن ROI رابطه مستقیمی با شعاع سنجش محدود دارد. اگر ما بخواهیم شعاع حسی حسگر را افزایش بدهیم، باید انرژی بیشتری از باتری بگیریم که این امر هزینه بر دار است که ممکن است به کاهش طول عمر شبکه منجر شود. در رابطه با مشکل استقرار تصادفی، می توان با کمک الگوریتم های استقرار، مشکل پوشش را تا حدی مرتفع کرد ]۱۵[.
طرح مسئله:
اگر N حسگر داشته باشیم که در مجموعه ی S بگنجد به طوری که S = {S₁ , S₂ , … , S_N} و ROI تعریف شده مدنظر باشد، مشکل این است که با توجه به ROI، چگونه حسگرها را قرار دهیم که پوشش مناسب با کمترین حفره های پوشش به دست آید ]۱۵[.
اکنون با طرح مسئله ای که انجام دادیم می توانیم درباره ی هر سه استراتژی ای که مطرح کردیم به طور مفصل صحبت کنیم.
۳-۱-۱) استراتژی بر پایه ی قدرت برای تعامل بین انرژی و پوشش:
هدف از این استراتژی استفاده از نیروی جاذبه و دافعه به منظور تعیین موقعیت بهینه ی استقرار حسگرهاست. گره ها نیروی جاذبه و دافعه دارند و بعد از مدتی به نقطه ی تعادل می رسند. با توجه به ROI، نیروی جاذبه ی حسگرها تا زمانی که حسگرها به تعادل برسند، باعث کاهش انرژی حسگرها می شوند. الگوریتم نیروی مجازی (VFA) ^[۲۵] حرکت فیزیکی حسگرها را شبیه سازی می کند ]۱۵[.
الگوریتم VFA:
مبتنی بر نیروی جاذبه و دافعه ی حسگرهاست. به این معنی که هر زمان بیش از حد به هم نزدیک شوند، نیروی دافعه و وقتی بیش از حد از هم دور باشند، نیروی جاذبه به وجود می آید و وقتی الگوریتم متوقف می شود که حسگرها به حالت تعادل برسند ]۱۵[.
۳-۱-۲) استراتژی بر پایه ی شبکه توری برای تعامل بین انرژی و پوشش:
سه نوع شبکه توری وجود دارد: شبکه بندی مثلثی، مربعی و شش ضلعی ]۱۵[.
شکل ۳-۳: انواع شبکه های توری (الف) مثلثی (ب) مربعی (ج) شش ضلعی ]۱۵[
شبکه بندی مثلثی بهترین نوع در بین شبکه بندی های توری است، چون کمترین تداخل را دارد و همچنین حداقل حسگرها را نیز نیاز دارد. شبکه بندی مربعی هم وضع خوبی دارد اما شبکه بندی شش ضلعی بدترین نوع در بین شبکه بندی های توری است که بیشترین تداخل را دارد. اندازه ی شبکه ی توری نیز نقش مهمی دارد و این امر بر اساس تراکم گره های حسگر و همچنین کمتر کردن حفره های پوشش است ]۱۵[.
۳-۱-۳) استراتژی بر پایه ی رویکرد مبتنی بر هندسه ی محاسباتی برای تعامل بین انرژی و پوشش:
بر اساس بهینه سازی پوشش انجام می شود که ابزارهایش دیاگرام های وارونی و مثلث دلانی است ]۱۵[.
دیاگرام وارونی:
دیاگرام وارونی بر اساس تحرک حسگرهاست، به صورتی که حسگرها ابتدا به صورت تصادفی مستقر می شوند و سپس تصمیم گیری می شود که آیا نیاز به تحرک حسگر برای پوشش مناسب هست یا نیست؟
شکل ۳-۴: نمودار وارونی ]۱۵[
شکل۳-۵: نمودار وارونی برای استقرار تصادفی ۱۰۰ گره
در نواحی ای که تراکم حسگرها زیاد باشد، مساحت چند ضلعی های وارونی کمتر می باشد و در نواحی ای که تراکم حسگرها کم باشد، مساحت چند ضلعی های وارونی بیشتر می باشد.
با توجه به شکل دیاگرام وارونی که از استقرار حسگرها به دست می آید، می توان برای حرکت حسگرها برنامه ریزی کرد و الگوریتم مناسب برای استقرار را ارائه داد. در شکل ۳-۵ مباحث ذکر شده برای استقرار ۱۰۰ گره با استقرار تصادفی به خوبی قابل مشاهده می باشد.
مثلث دلانی:
در ریاضیات و هندسه‌ی محاسباتی، یک مثلث‌بندی دلانی برای یک مجموعه از نقاط به نام P در یک صفحه، یک مثلث‌بندی به نام DT(P) است به نحوی که هیچ یک از نقاط P درون هیچ‌یک از دایره‌های محیطی مثلثهای DT(P) نباشد. این مثلث‌بندی کمینه‌ی زاویه‌های مثلث ها را به بیشترین مقدار ممکن می‌رساند و به این ترتیب از به وجود آمدن مثلث‌های باریک جلوگیری می‌کند ]۱۶[. در مثلث بندی دلانی، گره هایی که دیاگرام وارونی آن ها کنار هم قرار گرفته باشند به هم متصل می شوند. از معایب این روش این است که ساخت ﺩﻻﻧﯽ لینک های بسیار طولانی ایجاد می​کند که طولانی تر از حداکثر برد فرستنده ‌هستند.