مصرف انرژی
مصرف انرژی در شبکه ­های دیگر چندان مهم نیست مثلاً در شبکه ­های سیمی انرژی همیشه در دسترس است یا در شبکه ­های سیار موردی^[۳۰] باطری آن‏ها قابل شارژ است. در مقابل شبکه ­های حسگر بی­سیم باطری آن‏ها یک‌بار مصرف و نحوه استفاده از این انرژی مهم است.
قابلیت اطمینان
در شبکه ­های دیگر معمولاً پروتکل­های نقطه‌ به‌ نقطه^[۳۱] استفاده می­ شود که می­توان داده ­های از دست رفته را بازیابی کرد. پروتکل­های بکار رفته در شبکه ­های حسگر بی­سیم متفاوت است.
اهمیت تحمل پذیری خطا
در شبکه ­های دیگر معمولاً یک کاربر انسانی به صورت مستقیم با عناصر شبکه در ارتباط است، که می ­تواند خطاهای آن را تشخیص و بازیابی کند. ولی در شبکه ­های حسگر بی­سیم چنین امکاناتی وجود ندارد.
چالش­های بیشتر در لایه دوم
در لایه دوم چالش­های بیشتری به دلیل هماهنگی بین حالت­های خواب^[۳۲]، بیداری^[۳۳]، ارسال^[۳۴]، دریافت^[۳۵] و… وجود دارد.
طبقه ­بندی تکنیک­های قابلیت تحمل پذیری خطا
در زیر تکنیک­های قابلیت تحمل پذیری خطا طبقه ­بندی شده است [۶] :
جلوگیری از خطا^[۳۶]
یکسری از راهکار برای کم کردن خطاها یا بالا بردن طول عمر خطاها.

تشخیص خطا^[۳۷]
با توجه به نشانه­ها و آثار جمع­آوری شده از شبکه می­­تواند خطا تشخیص داده شود.
جداسازی خطاها^[۳۸]
با توجه به هشدارهایی که از شبکه دریافت می­ شود خطاها تفکیک می­شوند.
تعیین خطاها^[۳۹]
آزمایش^[۴۰] نقاط مختلف شبکه برای تعیین محل و نوع خطای رخ داده.
بازیابی خطاها^[۴۱]
برطرف کردن خطاهای رخ داده، هر چه زمان این عملکرد سریع‌تر باشد شبکه دسترس‌پذیر تر و به تبع در برابر خطا تحمل پذیر تر است.
مهم‌ترین دلیلی که شبکه ­های حسگر نیاز به خاصیت تحمل پذیری خطا دارند مسئله محدودیت انرژی است که این امر همان طور که در بالا اشاره شد حادتر از انواع شبکه ­های دیگر است. یکی از پارامترهای مهم در دسترس پذیری بودن شبکه ­های حسگر طول عمر شبکه است که به صورت مدت زمان لازم برای خرابی اولین نود در شبکه تعریف می­ شود. در این تحقیق اتمام انرژی به عنوان عامل اصلی خرابی گره­ها در نظر گرفته می­ شود.
کارهای مختلفی برای برقراری تحمل پذیری خطا در شبکه ­های حسگر انجام شده است که در زیر می­توان به آن‏ها اشاره کرد و جزئیات آن‏ها در فصل بعدی بررسی می­ شود:
کنترل و تنظیم توان انتقال گره­ها
نحوه قرار دادن گره­ها برای جلوگیری از جداسازی شبکه
پروتکل­های مسیریابی
پروتکل­های مسیریابی برای شبکه ­های بی­سیم مانند شبکه ­های موردی یا شبکه ­های سلولی نمی ­توانند در شبکه ­های حسگر بی­سیم به کار برده شوند. در این پروتکل­ها نیاز است که هر گره در شبکه یک شماره شناسایی خاص داشته باشد. ساختن این آدرس­ها در عمل برای شبکه ­های بزرگ ممکن است عملی نباشد، همچنین مدیریت این آدرس­ها مشکل است. خرابی یک گره بر روی مسیریابی و جریان داده ­ها تأثیر می‌گذارد.
مسیریابی چند مسیره
عواملی چون ازدحام، تمام شدن انرژی حسگرها، خرابی­های سخت­افزاری، خراب شدن لینک و غیره روی تحویل داده‌ها تأثیر می‌گذارند و دسترس پذیری شبکه را دچار مشکل می‌کنند. در پروتکل­های مسیریابی تک مسیره، چون کوتاه‌ترین مسیر انتخاب می‌شود حسگرها روی این مسیر انرژی خود را زودتر از دست می­ دهند. در نتیجه زودتر از شبکه خارج می­شوند. به علاوه با تمرکز بر روی یک گره خاص (مثلاً یک گره که به عنوان گلوگاه^[۴۲] تلقی می‌شود) ازدحام ممکن است رخ دهد که ممکن است باعث شود که بعضی از داده ­ها به مقصد نرسند یا قسمتی از شبکه از دسترس خارج شود؛ لذا به جای مسیریابی تک مسیره از مسیریابی چند مسیره استفاده می­کنیم که در صورت گم شدن بعضی از بسته‌ها، می­توان مقادیر آن‏ها را از بسته­های دیگر بازیابی کرد (با توجه به کدینگی که استفاده می­ شود). همچنین با توزیع ترافیک طول عمر شبکه نیز افزایش می‌یابد. راهکار­های تحمل پذیری خطا معمولاً در دو بخش کلاس­بندی می‌شوند [۷]:
ارسال مجدد^[۴۳] : در این راهکار گره چاهک با دریافت هر بسته یک Ack برای فرستنده ارسال می­ کند. در صورت دریافت نشدن Ack فرستنده دوباره بسته را ارسال می­ کند. این راهکار ترافیک شبکه، مصرف انرژی و تأخیر را افزایش می­دهد و از طرف دیگر گره‌های حسگر را ملزم به داشتن بافر می کند.
انعکاس^[۴۴] : در این راهکار چندین کپی از یک بسته روی مسیر‌های مختلف ارسال می­ شود که در صورت خراب شدن بعضی از مسیرها بسته می ­تواند از مسیرهای دیگر دریافت شود [۸] . نوعی دیگر از انعکاس استفاده از کدینگ است که در این مکانیزم مقداری سربار به بسته­ اضافه می­ شود و بسته به تکه­هائی^[۴۵] تقسیم می­ شود که در صورت گم شدن بعضی از تکه­ها می­توان بسته اصلی را از روی تکه­های دیگر بازیابی کرد.
مسیریابی چند مسیره یکی از رویکردهایی است که برای ایجاد خاصیت تحمل پذیری خطا در شبکه‌های کامپیوتری مدنظر است. در مسیریابی معمولی، داده‌ها روی یک مسیر که بهترین مسیر نیز می‌باشد ارسال می‌شوند، در حالی که در مسیریابی چند مسیره، داده‌ها روی چند مسیر ارسال می‌گردند تا خرابی یک گره و به تبع آن قطع یک مسیر خللی در جریان داده ایجاد ننماید. همچنین مسیریابی چند مسیره موجب بهبود­های زیر می­گردد :
تأخیر کمتر^[۴۶]
توزیع بار^[۴۷]
گذردهی^[۴۸] بالا
قابلیت اطمینان بالا
دو راهکار برای برقراری مسیرها در مسیریابی چند مسیره استفاده می­ شود [۹]، در ادامه این دو راهکار را بررسی می­کنیم.
مسیرهای مستقل^[۴۹]
تعدادی مسیر بین منبع و مقصد ساخته می‌شود که گره‌ها و لینک‌ها روی هر مسیر از مسیر دیگر کاملاً متمایز است. یکی از این مسیر‌ها به عنوان مسیر اصلی و بقیه مسیرها به عنوان مسیر جایگزین^[۵۰] شناخته می‌شوند. بنابراین یک خرابی در یک یا همه گره‌ها روی مسیر اصلی هیچ تأثیری روی مسیر جایگزین ندارد. با بهره گرفتن از این الگو چند مسیره، در یک شبکه حسگر بی‌سیم با k مسیر مستقل از منبع به چاهک، می‌‌توان k-1 خرابی را تحمل کرد. مسیرهای جایگزین معمولاً پرهزینه­تر و تأخیر آن‏ها بالا است. در شکل ۲-۱ می­توان یک نمونه از این مسیریابی را مشاهده نمود. همان طور که در شکل دیده می­ شود مسیر شماره ۱ که پررنگ­تر نمایش داده می­ شود به عنوان مسیر اصلی و مسیرهای ۲ و ۳ به عنوان مسیرهای جایگزین شناخته می­شوند.
شکل ‏۲‑۱ : مسیرهای متمایز
مسیرهای شبه متمایز^[۵۱]
در این الگو برای هر گره روی مسیر اصلی یک مسیر جایگزین در نظر گرفته می‌شود که در واقع می‌توان گفت مسیرهای جایگزین روی مسیر اصلی افتاده‌اند. در اینجا مسیرها با همدیگر، گره‌ها و لبه‌های^[۵۲] مشترک دارند. اگر همه گره‌ها روی مسیر اصلی خراب شوند نیاز به فرایند کشف مسیر است. در این راهکار چون مسیرها در اطراف مسیر اصلی قرار دارند نسبت به مسیر اصلی پرهزینه نیستند. نمونه از این نوع مسیرها را در شکل ۲-۲ می­توان دید، همان طور که در شکل دیده می­ شود خط­های مشکی پررنگ نشان دهنده لینک­های روی مسیر اصلی هستند. خط­های مشکی نقطه چین نشان دهنده لینک­های روی مسیر­های جایگزین قرار دارند.
شکل ‏۲‑۲ : مسیرهای شبه متمایز
در مسیریابی تک مسیره با از دست دادن مسیر انتقال داده، عملیات مسیریابی دوباره انجام می­ شود و این سربار زیادی را به شبکه تحمیل می­ کند که بر روی مصرف انرژی نیز اثر می­ گذارد. در مسیریابی چند مسیره با از دست دادن یک مسیر، می­توان از یک مسیر جایگزین استفاده کرد. در مسیریابی چند مسیره از عملیات مسیریابی دوباره جلوگیری می­ شود که سبب کم شدن سربار ناشی از مسیر­یابی و همچنین باعث بالا رفتن طول عمر شبکه می­ شود.
همواره بین قابلیت اطمینان و مصرف انرژی چالش وجود دارد. هر چه قابلیت اطمینان را بیشتر کنیم مصرف انرژی بالاتر می­رود و به تبع، طول عمر شبکه کم می­ شود. پس نیاز داریم یک توازن بین قابلیت اطمینان و طول عمر شبکه برقرار کنیم.
قابلیت اطمینان
همان طور که در بالا اشاره شد قابلیت اطمینان یکی از پارامترهای مهم در دسترس پذیری است که در این تحقیق نیز بر روی این موضوع تمرکز می­ شود، منظور از قابلیت اطمینان این است که بسته­های ارسالی که از منبع به سمت چاهک ارسال می­شوند با یک احتمال قابل قبول به مقصد برسند که به صورت نسبت بسته­های دریافتی به ارسالی محاسبه می­ شود. ارسال بسته‌ها با قابلیت اطمینان بالا یکی از موضوعات اساسی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم به شمار می‌آید.
نتیجه ­گیری و هدف کلی
در این تحقیق هدف بررسی خاصیت تحمل پذیری خطا در الگوریتم­های مسیریابی چند مسیره برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم است و هدف این است که بالاترین درجه دسترس پذیری به همراه گذردهی^[۵۳] قابل قبول در شبکه به دست آید و در عین حال سربار شبکه از حد قابل قبول بالاتر نرود [۱۰]. در این تحقیق ابتدا یک پروتکل مسیریابی چند مسیره پیشنهاد و طراحی می­ شود که اساس کار را برای ادامه تحقیق فراهم می­ کند، در ادامه یک مدل برای تخمین و محاسبه قابلیت اطمینان شبکه پیشنهاد می­ شود. در پایان نیز یک پروتکل پیشنهاد و پیاده‌سازی می­ شود که چاهک با بهره گرفتن از امکانات فوق و شرایط شبکه نحوه مسیریابی و توزیع بار را برای هر یک از منابع تعیین می­ کند که تضمین می­ کند منابع با یک احتمال بالا در دسترس باشند و از سربار اضافی در شبکه جلوگیری ­شود. به طور کلی می­توان گفت یک پروتکل مسیریابی چند مسیره دینامیک ارائه می­ شود که خاصیت تحمل پذیری خطا در شبکه ­های حسگر را بالا می­برد و قابلیت اطمینان مورد نظر شبکه را ارضا^[۵۴] می­ کند، که بدر این راستا با بهره گرفتن از مدل‌های تحلیلی و همچنین شبیه‌سازی به انجام می­رسد.
فصل ۳
مروری بر کارهای مرتبط و پروتکل­های مسیریابی
در این فصل ابتدا مروری بر روش­های مسیریابی در شبکه ­های حسگر بی­سیم خواهیم داشت و در ادامه چالش­های مختلف مسیریابی چند مسیره، انرژی، قابلیت اطمینان و نحوه آنالیز قابلیت اطمینان را در شبکه ­های حسگر بی­سیم بررسی می­کنیم:
روش انتشار هدایت شده^[۵۵]
در این روش [۱۵] منابع و دریافت کننده­ها از خصوصیات^[۵۶]، برای مشخص کردن اطلاعات تولید شده یا مورد نیاز استفاده می­ کنند و هدف روش انتشار هدایت شده پیدا کردن یک مسیر کارآمد چند طرفه بین فرستنده‌ها و گیرنده­هاست. در این روش هر وظیفه^[۵۷] به صورت یک علاقه‌مندی^[۵۸] منعکس می­ شود که هر علاقه ­مندی مجموعه ­ای است از زوج­های خصوصیت-مقدار^[۵۹] است. برای انجام یک وظیفه، علاقه ­مندی در ناحیه مورد نظر منتشر می­ شود. در این روش هر گره، گره­ای که اطلاعات را از آن دریافت کرده به خاطر می­سپارد و برای آن یک گرادیان تشکیل می­دهد که هم مشخص کننده جهت جریان اطلاعات است و هم وضعیت درخواست را نشان می‌دهد (که فعال یا غیر فعال است یا نیاز به بروز شدن دارد). در صورتی که گره از روی گرادیان‌های قبلی یا اطلاعات جغرافیایی بتواند مسیر بعدی را پیش ­بینی کند تنها درخواست را به همسایه­های مرتبط با درخواست ارسال می­ کند و در غیر این صورت، درخواست را به همه همسایه­های مجاور ارسال می­ کند. وقتی یک علاقه ­مندی به گره‌ای رسید که داده ­های منطبق با آن را در اختیار دارد، گره منبع، حسگرهای خود را فعال می­ کند تا اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری کنند و اطلاعات را به صورت بسته­های اطلاعاتی ارسال می­ کند.