Low-Power Wireless Sensor Networks: Protocols, Services and Applications

شبکه حسگر بی‌سیم (WSN) یک فناوری شبکه ad-hoc است که حتی از هزاران گره خودکار و خودسازمان‌دهنده تشکیل شده است که سنجش محیطی، پردازش داده‌ها و شبکه‌های بی‌سیم را ترکیب می‌کند. کاربردهای شبکه های حسگر از محیط های خانگی و صنعتی تا مصارف نظامی را شامل می شود. برخلاف شبکه های کامپیوتری سنتی، یک WSN برنامه گرا است و برای یک کار خاص مستقر می شود. WSN ها داده محور هستند، به این معنی که پیام ها به گره های جداگانه ارسال نمی شوند، بلکه بر اساس محتوای داده ها به مکان ها یا مناطق جغرافیایی ارسال می شوند. یک گره WSN معمولاً با باتری تغذیه می شود و با اندازه بسیار کوچک و هزینه کم مشخص می شود.

در نتیجه، قدرت پردازش، حافظه و منابع انرژی یک گره حسگر مجزا محدود می‌شود. با این حال، امکان WSN در همکاری بین گره ها نهفته است. یک گره WSN مرجع شامل یک واحد میکروکنترلر (MCU) با سرعت پردازش چند میلیون دستورالعمل در ثانیه (MIPS)، ده ها کیلوبایت حافظه برنامه، چند کیلوبایت حافظه داده است. علاوه بر این، گره حاوی یک رادیو با برد کوتاه و مجموعه ای از حسگرها است. منبع تغذیه معمولا با باتری های کوچک تامین می شود. با فرض طول عمر هدف یک سال با استفاده از باتری‌های سایز AA، بودجه برق موجود حدود 1 مگاوات است.

این کتاب خدمات WSN های کم مصرف را از پلتفرم های سخت افزاری و پروتکل های ارتباطی گرفته تا استقرار شبکه و جمع آوری و فعال سازی داده های حسگر را پوشش می دهد. مفاهیم محدودیت منابع و عملکرد مورد انتظار از نظر توان عملیاتی، قابلیت اطمینان و تأخیر توضیح داده شده است. به عنوان یک مطالعه موردی، این کتاب آزمایش‌هایی را با فناوری TUTWSN کم انرژی ارائه می‌کند تا امکانات و محدودیت‌های برنامه‌های WSN را نشان دهد.

Wireless sensor network (WSN) is an ad-hoc network technology comprising even thousands of autonomic and self-organizing nodes that combine environmental sensing, data processing, and wireless networking. The applications for sensor networks range from home and industrial environments to military uses. Unlike the traditional computer networks, a WSN is application-oriented and deployed for a specific task. WSNs are data centric, which means that messages are not send to individual nodes but to geographical locations or regions based on the data content. A WSN node is typically battery powered and characterized by extremely small size and low cost.

As a result, the processing power, memory, and energy resources of an individual sensor node are limited. However, the feasibility of a WSN lies on the collaboration between the nodes. A reference WSN node comprises a Micro-Controller Unit (MCU) having few Million Instructions Per Second (MIPS) processing speed, tens of kilobytes program memory, few kilobytes data memory. In addition, the node contains a short-range radio, and a set of sensors. Supply power is typically obtained with small batteries. Assuming a target lifetime of one year using AA-size batteries, the available power budget is around 1 mW.

This book covers the low-power WSNs services ranging from hardware platforms and communication protocols to network deployment, and sensor data collection and actuation. The implications of resource constraints and expected performance in terms of throughput, reliability and latency are explained. As a case study, this book presents experiments with low-energy TUTWSN technology to illustrate the possibilities and limitations of WSN applications.