۴-۴-۲) انگیزه ی استفاده از حسگرهای بی سیم خودرویی:
برای نظارت بر آلودگی هوا، یک راه استفاده از حسگرهای استاتیک است اما این حسگرها بنا بر خاصیت عدم حرکتشان و همچنین برد حسی محدودشان، نمی توانند تمام محیط مورد نظر ما را پوشش دهند و حتی شبکه دارای حفره ی پوششی می شود. همان طور که در شکل ۴-۱۶ مشاهده می کنید، برای یک جاده با طول ۴۰۰ متر و عرض ۱۰۰ متر، چهار حسگر استاتیک با شعاع حسی ۵۰ متر نیاز است.

شکل ۴-۱۶: نحوه ی پوشش دهی جاده توسط حسگر استاتیک ]۴۷[
شکل ۴-۱۷: نحوه ی پوشش دهی جاده توسط حسگر دینامیک]۴۷[
با توجه به شکل ۴-۱۶ می توان به راحتی حفره های پوششی را در سطح جاده مشاهده کرد. حال همین جاده ی فوق الذکر را می توانیم توسط دو حسگر خودرویی با شعاع حسی ۵۰ متر پوشش دهیم. نحوه ی پوشش دهی سطح جاده در شکل ۴-۱۷ قابل مشاهده است. طبق شکل ۴-۱۷ حفره های پوششی که در شکل ۴-۱۶ وجود داشتند، از بین رفتند و ما توانستیم به جای چهار حسگر استاتیک از دو حسگر دینامیک استفاده کنیم و تعداد گره های شبکه در جاده ی مورد نظر را کاهش دهیم. البته قابل ذکر است که تنها کافی است به صورت Ad Hoc به مشاهده ی حسی محیط بپردازیم و تبادل اطلاعات را با کمک گرفتن از شبکه های ساختارمند مانند وایمکس یا GPRS انجام دهیم. به این نکته توجه شود که برای سنجش کیفیت آلودگی هوا لازم نیست گره حسگر هر ۲۴ ساعت به رصد هوا بپردازد بلکه می توان گره های حسگر را بر روی اتوبوس های شهری که در مناطق مورد نظر رفت و آمد می کنند، نصب کرد و اتوبوس های مورد نظر در بازه ی زمانی معین که خیابان ها را طی می کنند، به سنجش و پوشش منطقه مورد نظر بپردازند.
شکل ۴-۱۸: گره حسگر توسعه یافته برای نظارت بر کیفیت هوا]۴۷[
گره های حسگر باید دارای قطعات زیر باشند:
میکروکنترلر برای کنترل ارتباطات بی سیم بین گره ها، مودم GPRS، ماژول های ۸۰۲٫۱۱b برای ارتباطات فرصت طلبانه با محل کشف شده، ماژول GPS برای ردیابی خودروها و همبستگی داده های حسگر با محل و حسگرهای تشخیص ذرات گرد و غبار و مونوکسید کربن و تمام آلاینده هایی که در تعیین شاخص های آلودگی هوا نقش دارند. در شکل ۴-۱۸ نمونه ای از این نوع گره ی حسگر را مشاهده می کنیم.
۴-۴-۳) آزمایش و به کارگیری:
برای آزمایش موارد ذکر شده، دو گره حسگر ذکر شده بر روی دو وسیله نقلیه سوار می شوند و به سطح خیابان ها گسیل داده می شوند. حال جاده ها می توانند به صورت بزرگراه در نظر گرفته شوند و یا خیابان های با عرض کمی که توسط ساختمان های بلند احاطه شده اند. موقعیت جغرافیایی گره های متحرک در هر لحظه توسط GPS ثبت می شود و به شبکه اطلاع داده می شود و با بهره گرفتن از این اطلاعات می توان دریافت که گره حسگر در هر لحظه از زمان کدام مناطق را پوشش داده اند و میزان آلودگی منطقه ی مورد نظر چه شاخصی را اعلام می کند. این موضوع به خوبی در چهار شکل زیر قابل رویت است.
شکل ۴-۱۹: خوانش گرد و غبار در امتداد جاده ها ]۴۷[
شکل ۴-۲۰: خوانش مونوکسید کربن ]۴۷[
شکل ۴-۲۱: اندازه گیری گازهای دیزل کامپوزیت ]۴۷[
شکل ۴-۲۲: اندازه گیری گازهای بنزین کامپوزیت ]۴۷[
همان طور که در چهار شکل فوق ملاحظه می فرمایید، تنها با داشتن دو حسگر متحرک تعیین شاخص آلودگی هوا می توان به پوشش سطح جاده های مورد نظر پرداخت و نیازی به داشتن تعداد زیادی حسگر استاتیک وجود ندارد.
هدف اصلی این بررسی بر روی حرکت گره های حسی و مقایسه ای با گره های حسی استاتیک می باشد. با اینکه تمرکز اصلی بر تشخیص شاخص آلودگی هوا بوده است اما می توان این امر را به سنجش موارد دیگر مانند حرارت، رطوبت و شاخص های اینچنین تعمیم داد]۴۷[.
۴-۵) توپولوژی خیابان:
اگر هر خودرو را یک گره ی حسی شبکه در نظر بگیریم، هدفی که در این بخش از مطالعه دنبال می کنیم این است که تعداد K خودرو را به نحوی تعیین کنیم که پوشش مناسب را از محیط اخذ کنیم. همان طور که می دانیم شبکه های حسگر خودرویی دارای اتصال زود گذر، توپولوژی در حال تغییر، ترافیک بسیار پویا و جنبش گره محدود هستند. حال می خواهیم بهترین استراتژی برای به حداکثر رساندن سنجش محیط را بررسی کنیم. به عنوان اولین گام تقاطع جاده ها برای بدست آوردن پوشش مناسب برای ما مهم است. در این سناریو، جاده های شهری را با مساحت یکسان A، تعداد تقاطع ها را N، شعاع سنجش را R، و تعداد خوروها را K در نظر می گیریم.
شکل ۴-۲۳: توپولوژی خیابان ]۲۲[
آگاهی از توپولوژی خیابان و دانستن هویت خودروهایی که از تقاطع ها عبور می کنند، ما را در بدست آوردن پوشش مطلوب یاری می کند]۲۲[.
۴-۶) اندازه گیری های پوشش:
منطقه ی تحت پوشش، ناحیه ی پوشش شبکه حسگر در بازه ی زمانی و زمان تشخیص هدف مورد نظر از عواملی می باشد که به اندازه گیری پوشش کمک می کند و با اندازه گیره ی موارد ذکر شده است که می توان تعریف دقیقی از پوشش بدست آورد.
۴-۶-۱) زمان تشخیص هدف:
ابتدا لازم به ذکر است که سرعت گره در زمان تشخیص هدف مورد نظر سهم بسزایی دارد. با توجه به این امر به یک تفاوت عمده ی شبکه های حسگر موبایل و شبکه های حسگر خودرویی پی می بریم.
شکل ۴-۲۴: حرکت گره ها در بازه ی زمانی ۰ تا T و تغییر نواحی پوشش داده شده ] ۴۸[
شکل ۴-۲۵: سرعت نسبی حسگر برای تشخیص هدف مورد نظر ]۴۸[
با توجه به شکل ۴-۲۵ سرعت نسبی گره ی شبکه با توجه به هدف ثابت و یا سرعت هدف متحرک برای شناسایی و تشخیص هدف مورد نظر امری است که باید در مطالعات این شبکه مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.
اهمیت بررسی این موضوع از آن جهت است که که اولا پارامترهای لازم برای اندازه گیری پوشش دینامیکی را معرفی می کند یعنی ابتدا مشخص می کند که از چه نوع تعریف سنجشی می خواهد استفاده کند (از سنجش Boolean استفاده کرده است) سپس مناطقی را که می خواهد در بازه ی زمانی پوشش دهد مشخص می کند البته این امر با نوع تحرک حسگرها باید هماهنگی داشته باشد به آن معنی که اگر در شبکه حسگر خودرویی بخواهیم پوشش دینامیکی را مدل کنیم باید بدانیم که در بازه ی زمانی مورد نظر، حسگرهای ما با توجه به مدل حرکتشان چه مسیری را طی می کنند و مقصدشان به کدام سو می باشد و در حین حرکت کدام مسیرها را پوشش می دهند و مشارکت خودروها برای پوشش سطح جاده به چه نحوی است. و در آخر با توجه به سرعت نسبی خودروها و مواجه ی آن ها با هدف برای سنجش آن، زمان تشخیص و آشکار سازی هدف را مورد مطالعه و بررسی قرار داده است]۴۸[. با این توضیحات لازم به ذکر است که با توجه به این که موضوع فوق در رابطه با شبکه حسگر موبایل است اما با توجه به این که خصوصیات شبکه حسگر موبایل و شبکه حسگر خودرویی شباهت های زیادی با هم دارند و تفاوت این دو در سرعت و نوع جنبش گره ها در مناطق تعریف شده برای حرکت شبکه است، نتیجه گیری های انجام شده ی فوق بر اساس مطالعات بنده بر روی این دو شبکه و استنباط های خودم بر اساس شبکه های حسگر خودرویی می باشد.
در مقابل شبکه های استاتیک اقتضایی، شبکه های دینامیک اقتضایی قرار دارند که این گروه شامل موبایل ها و خودروها می باشند که توپولوژی این شبکه های به صورت مداوم در حال تغییر است. در شبکه های استاتیک نیز به علت برخی تغییرات در شبکه اعم از جایگزینی گره های فرسوده و یا ورود یکسری گره ها به شبکه برای بهبود عملکرد شبکه، توپولوژی این شبکه ها هم نیز دستخوش تغییر می شوند. حال لازمه ی این تغییر توپولوژی، بررسی پوشش دینامیکی به جای پوشش استاتیکی است.
۴-۷) بررسی پوشش دینامیکی:
دو سوال اصلی برای بهبود پوشش دینامیکی در شبکه های حسگر را مورد نقد و بررسی قرار داده است که این دو سوال عبارتند از:
۱-بهترین حالت برای پوشش دینامیکی
۲-بدترین فاصله گره ها برای پوشش دینامیکی
در این بررسی سعی شده است بهترین مسیر و عملکرد برای پوشش دینامیکی مطلوب ارائه شود. و همچنین می توان از این مدل پوشش یرای شناسایی مزاحمانی که قصد ورود به شبکه را دارند استفاده کرد به صورتی که اگر دو نقطه ی T و S داشته باشیم باید بیشترین تعداد نقض پوشش در این دو مسیر را بیابیم تا شبکه را در مقابل مزاحمانی که قصد ورود به شبکه ی ما را دارند، ایمن کنیم.
اگر بدترین فاصله های گره های حسگر برای پوشش دینامیکی شبکه شناسایی نشوند، پوشش شبکه ی ما منجر به شکست می شود و ما ناچاریم دوباره الگوریتم مورد نظر خودمان برای پوشش را ارائه دهیم. بهترین راه برای مطالعه بر روی این موضوع استفاده از شبکه ی حسگر یکنواخت است زیرا شبکه ی حسگر یکنواخت دارای گره های با شعاع حسی یکسان هستند و مسئله را می توان اینگونه بیان کرد که فاصله ی گره های حسگر نباید بیشتر از دو برابر شعاع های حسی گره ها باشد و اگر این امر اتفاق بیافتد، پوشش دینامیکی شبکه در آن مسیر منجر به شکست شده است. لازم به ذکر است تمام این وقایع زمانی به وقوع می پیوندند که ما در هر لحظه اطلاعات کافی از توپولوژی شبکه داشته باشیم.
اگر این بحث را بخواهیم به شبکه حسگر خودرویی تعمیم دهیم، باید در هر لحظه اطلاعت کافی از نوع مدل حرکت و مکان شناسی محل مورد نظر داشته باشیم. برای درک بهتر این موضوعات بحث شده کافی است به دو شکل زیر نگاه کنیم و آنها را بررسی کنیم.
شکل ۴-۲۶: چیدمان مطلوب برای مسیر بین دو نقطه T و S ]49[
شکل ۴-۲۷: چیدمان نامطلوب برای مسیر بین دو نقطه T و S ]49[
همان طور که در شکل ۴-۲۶ ملاحظه می کنید، مسیر بین دو نقطه ی T و S دارای چیدمانی است که فاصله ی گره ها از یکدیگر از دو برابر شعاع حسی گره ها کمتر است و در این مسیر مورد نظر دارای پوشش مناسبی می باشیم و حفره ی پوششی در مسیر مورد نظر اتفاق نیافتاده است.
همان طور که در شکل ۴-۲۷ ملاحظه می کنید بر خلاف شکل ۴-۲۶، مسیر بین دو نقطه ی T و S دارای چیدمانی است که فاصله ی گره ها از یکدیگر از دو برابر شعاع حسی گره ها بیشتر است و در این مسیر مورد نظر دارای پوشش مناسبی نمی باشیم و حفره ی پوششی در مسیر اتفاق افتاده است. برای پیدا کردن بهترین و بدترین نحوه ی چیدمان می توان از نمودار وارونی نیز کمک گرفت. به صورتی که اگر چند ضلعی های وارونی حوالی مسیر مورد نظر متراکم تر و همچنین دارای ضلع ها و لبه های بیشتری باشد، به آن مسیر برای یک پوشش دینامیکی مطلوب می توان اعتماد بیشتری کرد و عکس این موضوع به صورتی که اگر چند ضلعی های وارونی حوالی مسیر مورد نظر غیر متراکم و همچنین دارای ضلع ها و لبه های کمتری باشد، به آن مسیر برای یک پوشش دینامیکی مطلوب کمتر می توان اعتماد کرد. در کل با توجه به طول اقلیدسی مسیر و فاصله های گره ها نسبت به یکدیگر و شعاع های حسی گره ها می توان بررسی های مورد نظر را انجام داد تا انفصال و حفره ای در پوشش دینامیکی مسیر نداشته باشیم و پوشش ما دارای پیوستگی باشد. برای مقاوم تر کردن پوشش در مسیرهای پیش رو می توان به جای پوشش یک تایی از پوشش K تایی ( K بزرگتر مساوی ۲ ) استفاده کرد. که هرچه K بزرگتر باشد، کیفیت سرویس شبکه بیشتر می شود.]۴۹[.
حال استراتژی کنترل پوشش دینامیکی بر اساس الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی ترکیبی با بهره گرفتن از گره های با چگالی بالا برای شبکه های حسگر بی سیم متحرک را بررسی می کنیم. استراتژی بر اساس طراحی مکانیزم جمعیت اولیه برای بهینه سازی و بهبود جمعیت ثانویه که شامل اعضای نخبه می باشد صورت می گیرد. از این رو چگونگی رسیدن به حداکثر پوشش با توجه به گره های کمتر که آهنگسازی پوشش شبکه را موجب می شود، امریست که مورد توجه الگوریتم ژنتیک می باشد.
۴-۸) مدل سازی:
N گره ی حسگر در یک محیط دو بعدی (مانند خیابان) مستقر می شوند که این گره ها دارای شعاع های حسی و مخابراتی همه جهته می باشند (مانند دیسک دایروی). در این محیط یک گره ی سینک برای پردازش اطلاعات نیز وجود دارد.
۴-۸-۱) استراتژی کنترل دینامیکی پوشش بر اساس بهینه سازی دو گانه ی الگوریتم های ژنتیک و Taboo:
مکانیزم به کار رفته در این بهینه سازی دو گانه الگوریتم های ژنتیک و Taboo موجب تشخیص بهینه سازی تشخیص تراکم گره ها با بهره گرفتن از شناسایی جمعیت ابتدایی گره ها و طرح دادن برای جمعیت ثانویه (اصلاح جمعیت به سوی پیشرفت)، اتخاذ عملیات نخبه گرا به منظور بهبود سرعت بهینه سازی، جستجوی محل های مناسب برای قرار گیری گره ها برای پوشش مناسب، استراتژی چرخش گره ها برای پوشش چرخشی شبکه، کنترل شکست پوشش گره، تعادل مصرف انرژی و حفظ طول عمر شبکه از مواردی است که در این استراتژی دو گانه به کار می رود.