ذخیره داده های شبکه های حسگر بی سیم

ذخیره داده های شبکه های حسگر بی سیم

 The Data Storage of Wireless Sensor Networks

 

ذخیره داده ها در شبکه های حسگر بی سیم، استراتژی ذخیره سازی در شبکه داده های ادراکی تولید شده توسط گره، من جمله چگونگی ذخیره داده ها در مکان های درست شبکه و چگونگی مسیریابی درخواست پرس و جو برای مکان ذخیره سازی داده ها را مورد تحقیق و پژوهش قرار می دهد. این در واقع فرایند وساطت و مداخله اطلاعاتی نامیده می شود. وساطت و میانجی گری اطلاعات به ذخیره داده های حسی در موقعیت خاص بر طبق استراتژی خاص اشاره کرده و مصرف کنندگان (می توانند ایستگاه پایه و همچنین گره حسگر باشند) درخواست دسترسی به داده ها را به سمت مکان داده های مربوطه مطابق با استراتژی متناظر مسیریابی می کنند، سپس نتایج بازخوردی بدست می آید که شرایط پرس و جو برای مشتریان را تامین می کند. بر طبق استراتژی ذخیره سازی متفاوت داده های ادراکی، ذخیره داده ها را می توان به ذخیره متمرکز، محلی، توزیع شده و پایگاه داده شبکه حسگر تقسیم نمود. در بخش بعدی راجع به این چهار استراتژی به طور جداگانه بحث می شود.

1) ذخیره متمرکز: ذخیره متمرکز یکی از ساده ترین استراتژیهای ذخیره داده ها می باشد. هر گره داده های ادراکی جمع شده را جهت ذخیره سازی به ایستگاه پایه(گره چاهک) منتقل کرده و بخش دسترسی به داده ، داده ها را مستقیماً از ایستگاه دریافت می کند. در نتیجه انرژی نامحدود و فضای ذخیره ایستگاه پایه، داده ها را برای مدت زمان طولانی می توان حفظ نمود و دسترسی به داده ها، انرژی گره ها در شبکه را مصرف نخواهد کرد. شبکه حسگر تنها به عنوان وسیله ای برای جمع آوری داده ها نه پردازش داده ها عمل می کند، زیرا کاربر تنها از طریق ایستگاه پایه می تواند داده ها را در شبکه دریافت کند. به علاوه، زمانی که مقیاس شبکه بسیار بزرگ و توزیع گره متراکم است، مقدار بزرگی از داده ها می بایست در شبکه انتقال داده شوند، سپس گره های نزدیک به ایستگاه پایه با انتقال داده ها، به سرعت انرژی مصرف می کنند. در انتها، می تواند تنگنایی برای شبکه تشکیل دهد، بنابراین این روش برای شبکه هایی در مقیاس بزرگ مناسب نمی باشد.

2) ذخیره محلی: ذخیره محلی به داده های ادراکی گره ذخیره شده اشاره می کند که برای دستیابی به داده های مربوطه، درخواست دسترسی به داده ها برای کلیه گره ها مسیریابی می شود. این استراتژی درخواست پرس و جو را برای کل شبکه ارسال کرده و هر گره مطابق با شرایط پرس و جو بازخورد حاصل می کند. مزایای این استراتژی به شرح ذیل می باشد: ذخیره داده ها ساده و روش ذخیره سازی فاقد هر گونه سربار ارتباطی است و دسترسی به داده ها نوعی پرس و جوی مورد تقاضا به شمار می رود. اشکالات این استراتژی به شرح ذیل می باشد: اول از همه، ظرفیت ذخیره گره محدود می باشد، به همین خاطر قادر به ذخیره داده های تاریخی برای مدت طولانی نمی باشد. به محض خراب شدن گره، داده ها از بین می روند. ثانیاً، با استفاده از مسیریابی سیلابی، درخواست پرس و جو کورکورانه در شبکه منتقل می شود، بنابراین زندگی شبکه به خاطر مصرف زیاد انرژی کوتاه تر می شود، در نتیجه، در شبکه هایی که درخواست های پرس و جو اغلب صورت می گیرد، کاربرد ندارد. بالاخره، هزینه انتقال داده ها بالا و پردازش پرس و جو پیچیده تر می باشد.

3) ذخیره توزیع شده: ذخیره توزیع شده یک استراتژی ذخیره سازی داده محور می باشد. ایده اصلی اش آن است که داده های حسی از گره همیشه به صورت محلی ذخیره نمی شوند بلکه در گره های دیگر با تکنولوژی توزیع شده نیز ذخیره و از مکانیسم وساطت و میانجی گری اطلاعات برای هماهنگی ارتباط بین ذخیره داده ها و دسترسی به داده ها استفاده می کند، بنابراین درخواست های دسترسی به داده ها را می توان تامین نمود.بر طبق این استراتژی، داده ها مطابق با مکانیسم ذخیره سازی خاصی ذخیره و درخواست پرس و جو داده ها را طبق مکانیسم دسترسی خاص بدست می آورد. این مکانیسم ها عبارتنداز: نقشه هش، شاخص گذاری، مسیریابی درخواست پرس و جو و داده ها طبق قواعد خاص و غیره. مزایای این استراتژی عبارتنداز: ذخیره داده های توزیع شده با توزیع شبکه حسگر سازگاری دارد و مکانیسم وساطت و میانجی گری اطلاعات می تواند اطمینان حاصل کند که درخواست های دسترسی به داده ها تامین شده اند. اشکال این استراتژی آن است که وساطت اطلاعات به هزینه زیادی نیاز دارد.

4) پایگاه داده شبکه های حسگر: پایگاه داده شبکه های حسگر سه استراتژی فوق را باهم یکی می کند. این پایگاه فناوری پایگاه داده سنتی، تکنولوژی توزیع شده و تکنولوژی شبکه را به شکلی نزدیک باهم ادغام می کند. گره حسگر به عنوان جریان داده ادراکی یا منبع داده در نظر گرفته می شود. شبکه های حسگر بی سیم (WSN) به عنوان پایگاه داده توزیع شده در نظر گرفته می شود. آن با استفاده از مفهوم منطق و تکنولوژی سخت افزاری و نرم افزاری، می تواند به سیستم پایگاه داده شبکه حسگر دست یابد که داده محور بوده و دارای عملکردبالایی می باشد. پایگاه داده شبکه حسگر مکمل مسیریابی داده محور می باشد. در مورد ذخیره و دسترسی به داده ها، مسیریابی از پائین به بالا صورت می گیرد، اما در مورد مدلسازی داده ها و دسترسی به پایگاه داده، پایگاه داده از بالا به پائین می باشد.

روشهای ذخیره داده ها در شبکه های حسگر به طور کلی به سه نوع تقسیم می شوند: 1) ذخیره خارجی: داده ها در تجهیزات عملیاتی مرکز خارج از شبکه حسگر ذخیره می شوند. (ایستگاه پایه یا دروازه)2) ذخیره محلی: داده های ادراکی پس از تولید در گره حسگر ذخیره می شوند. 3) ذخیره داده محور: داده های ادراکی نام برده شده و در موقعیت مقرر شده در شبکه حسگر طبق نام داده های ادراکی ذخیره می شوند[4]. ذخیره خارجی ساختاری متمرکز دارد، کلیه داده های ادراکی درکدهای همگرای شبکه حسگر خارجی ذخیره می شوند، یعنی پس از اینکه گره های حسگر داده های نظارتی را بدست می آورند، علاقه گره های همگرا به داده ها مهم نیست، مهم این است که فعالانه برای گره های همگرا ارسال می شوند. زمانی که از روشهای ذخیره محلی استفاده می شود، کلیه داده های ادراکی در گره های حسگر تولید کننده داده ها ذخیره می شوند، به عبارتی، ابتدا، گره حسگر داده های نظارتی را در انبار محلی ذخیره می کند، سپس بعد از دریافت دستورات پرس و جو، داده های مربوطه برای کدهای همگرا فرستاده می شوند.

با استفاده از روشهای ذخیره خارجی، گره های حسگر کلیه داده های جمع آوری شده را به منظور تحلیل و پردازش به طرق قبلاً مشخص شده به گره مرکزی انتقال می دهند، در این راستا هرچند ذخیره سازی ساده می باشد، اما هزینه برقراری ارتباط گزاف بوده و کدهای مرکزی و اطراف به تنگناهایی برای عملکرد سیستم تبدیل شده و ضمناً، داده هایی را بدست می آورد که گره های مرکزی به آنها نیاز ندارد و باعث ایجاد اتلاف می شوند[5]. با استفاده از روش ذخیره محلی، ذخیره داده های ادراکی نیازمند مصرف انرژی ارتباطی زیادی نمی باشد، اما در پرس و جوی داده ها، انرژی زیادی مصرف می کند[6]. هزینه ذخیره شده حول داده ها بین دو عامل می باشد.

منبع: مدیریت و پیاده سازی داده ها در پایگاه داده شبکه های WSN