یکی از مسائل مهم دیگر، طراحی یک شبکه گسترش­پذیر است. اکثر پروپزال­های مربوط به شبکه حسگر بی‌سیم بر اساس یک معماری تخت و همگون بنا شده ­اند به طوریکه تمام حسگرهای شبکه دارای قابلیت‌های یکسان بوده و فقط قادرند با گره­های همسایه تعامل داشته باشند. به طور سنتی، تحقیقات مربوط به پروتکل­ها و الگوریتم­های شبکه‌های حسگر بی‌سیم، بر روی گسترش­پذیری متمرکز بود. برای مثال: چگونه راه­حلی طراحی کنیم که به افزایش اندازه شبکه محدود نباشد. توپولوژی­های تخت، ممکن است همیشه برای مدیریت میزان ترافیک تولید شده توسط کاربردهای چندرسانه‌ای مناسب نباشد. همین‌طور ممکن است توان لازم برای پردازش چندرسانه‌ای در هر گره وجود نداشته باشد.

(( 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. ))

معماری مرجع

در شکل ‏۳‑۱ معماری مرجعی برای شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم ارائه می­ شود، که دارای ۳ شبکه حسگر متفاوت است. ابر اول در سمت چپ شبکه تک ردیفه حسگرهای ویدئو همگون را نشان می­دهد. زیر مجموعه ­ای از حسگرها توانایی پردازش بالاتری را دارند و در نتیجه هاب­های پردازنده^[۷۱] نامیده می‌شوند. محتویات چندرسانه‌ایی جمع­آوری شده از گره­ها به سمت دروازه بی‌سیم^[۷۲] فرستاده می‌شوند. دروازه‌ها به یک هاب ذخیره^[۷۳] متصل شده ­اند که وظیفه ذخیره محتویات چندرسانه‌ای را به صورت محلی برای دسترسی­های بعدی دارد. ابر دوم نشان­دهنده مجموعه ­ای از حسگرهای ناهمگون می‌باشد. حسگرهای ویدئو، رادیو و مقادیر عددی، داده ­های خود را به رأس خوشه که نقش پردازنده چندرسانه‌ای را ایفا می­ کند، می­فرستند. رأس خوشه محتویات جمع­آوری شده را به دروازه و هاب ذخیره کننده می­فرستد. آخرین ابر در سمت راست، نشان­دهنده شبکه چند ردیفه با حسگرهای ناهمگون است. هر ردیف مسئول انجام زیر مجموعه ­ای از وظایف است. حسگرهای کم‌توان عددی وظیفه انجام کارهای ساده­تری همچون بدست آوردن مقادیر عددی فیزیکی را دارند، در حالی که دستگاه­های پرتوان مسئول انجام وظایف پیچیده­تر هستند. پردازش و ذخیره داده می ­تواند از طریق روش­های توزیع­شده در هرکدام از ردیف‌ها انجام شود.

پیاده­سازی حسگرهای تک­ردیفی در مقایسه با چندردیفی

یکی از دیدگاه­ های ممکن برای طراحی برنامه ­های حسگر چندرسانه‌ای این است که از حسگرهای همگون استفاده کرده و هریک را طوری برنامه­نویسی کرد که تمام وظایف ممکن را انجام دهند. یک همچین دیدگاهی منجر به شبکه تخت و تک­ردیفه­ای از گره‌های حسگر می­ شود. در عوض، دیدگاه چندردیفی بر اساس استفاده از عناصر ناهمگون می­باشد ]۶[.
شکل ‏۳‑۱ معماری مرجع شبکه ­های چندرسانه‌ایی بی­سیم ]۳۸[
برای نمونه در کاربردهای نظارتی دوربین­های کم ­توان و یا حسگرهای عددی می ­تواند برای کشف نفوذ و حرکت استفاده شده و درصورت اتفاق افتادن موردی خاص، دوربین­هایی با کیفیت بالا به صورت مبنی بر درخواست فعال شده و به دنبال کردن^[۷۴] و شناسایی شئ مورد نظر بپردازند. در ]۶[ یک معماری چندردیفه برای شبکه حسگر ویدئو جهت استفاده در سیستم­های نظارتی ارائه شده است. در این مقاله نشان داده شده است که استفاده از معماری چندردیفه به همراه گره­های ناهمگون از لحاظ گسترش­پذیری، هزینه، عملکرد و قابلیت اطمینان نسبت به معماری تک­ردیفه با گره­های مشابه، دارای عملکرد بهتری است.

پارامترهای مهم در ارزیابی پروتکل‌های انتقال چندرسانه‌ای

برای ارزیابی عملکرد پروتکل‌های طراحی شده برای انتقال چندرسانه‌ای بر روی شبکه پارامترهای متعددی وجود دارد. از جمله مهم‌ترین این پارامترها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

تأخیر

یکی از مهم‌ترین پارامترهایی است که در طراحی شبکه و ارتباطات راه دور در نظر گرفته می‌شود. تأخیر در شبکه یعنی مدت زمانی که طول می‌کشد یک بیت از مبدأ به مقصد برسد. واحد اندازه‌گیری تأخیر ثانیه و میلی‌ثانیه است. تأخیر را می‌توان به ۴ دسته زیر تقسیم نمود:

1. 1. تأخیر پردازش: مدت زمانی که مسیریاب سرآیند بسته را پردازش می‌کند.

1. 1. تأخیر صف: مدت زمانی که بسته در صف مسیریاب می‌گذراند.

1. 1. تأخیر انتقال: مدت زمان لازم برای قرار دادن بیت‌های یک بسته بر روی خط.

1. 1. تأخیر انتشار: زمان لازم برای یک سیگنال جهت رسیدن به مقصد.

مجموع تأخیرهای ذکر شده به عنوان تأخیر شبکه شناخته می‌شود. در کاربرد‌های بلادرنگ تأخیر از اهمیت ویژه‌ای برخودار است.
Delay_i = RTime_i - STime_i
Delay_i : Delay of packet i
RTime_i : Receive Time of packet i
STime_i : Send Time of packet i

لرزش^[۷۵]

به تغییرات بین فواصل زمانی رسیدن بسته‌ها لرزش گفته می‌شود. لرزش معمولاً در کابردهای چندرسانه‌ای مطرح شده و در طراحی این کاربردها تأثیرگذار است. تأخیر می‌تواند بر اساس عوامل مختلف از جمله ازدحام در شبکه و تغییر مسیر بسته‌ها ایجاد شود.
jitter_i = RTime_i – Rtime_i-1

گذردهی^[۷۶]

دو مفهوم گذردهی و پهنای باند یکی از گیج‌کننده‌ترین مفاهیم در شبکه هستند که اغلب باهم اشتباه گرفته می‌شوند. وقتی سخن از پهنای‌باند است منظور اختلاف پهنای باند بیشینه و کمینه‌ای است که آن کانال پشتیبانی می‌کند. به عنوان مثال خطوط تلفن سنتی فرکانس‌هایی با پهنای ۳۰۰ تا ۳۳۰۰Hz را پشتیبانی می‌کند. درنتیجه پهنای باند این کانال برابر است با ۳۳۰۰ – ۳۰۰ = ۳۰۰۰ Hz. و یا می‌توان پهنای باند اترنت^[۷۷] را در نظر گرفت که ۱۰Mbps است. در حالی که در عمل ممکن است فقط قادر به ارسال ۲Mbps بر روی این کانال باشیم. به این مقدار “گذردهی” گفته می‌شود.

SNR

پارامتری است جهت تعیین میزان کیفیت تصویر یا ویدئوی مورد نظر. SNR بالاتر به معنی کیفیت بالاتر تصویر بازسازی شده است.
P_i پیکسل iام تصویر اول و Q_i پیکسل iام تصویر دوم و n تعداد کل پیکسل‌های تصویر است.

PSNR

این پارامتر نیز همچون SNR معیاری برای اندازه‌گیری کیفیت تصویر بازسازی شده است ولی دارای عملکرد بهتری است و معمولاً برای تعیین کیفیت تصاویر و ویدئوهای ارسالی از این پارامتر استفاده می‌شود.
max_i|P_i| بیشترین مقدار ممکن پیکسل‌های تصویر است. هرچه مقدار PSNR بیشتر باشد کیفیت تصویر بازسازی شده بیشتر است.

گمشدگی فریم

یکی دیگر از پارامترهایی که می‌تواند در ارزیابی پروتکل‌های انتقال چندرسانه‌ای و ویدئو بر روی شبکه بسیار مفید باشد، میزان گمشدگی فریم‌های ویدئو می‌باشد. همان‌طور که قبلاً ذکر شد جریان ویدئو شامل فریم‌های I-فریم، P-فریم و B-فریم است که گمشدگی هر کدام از این فریم‌ها تأثیرات خاص خود را بر کیفیت ویدئوی دریافتی می‌گذارد.

فصل چهارم:

پروتکل‌های مطرح مربوطه

RTP ^[۷۸]

RTP یک پروتکل بر پایه‌ی IP است که از داده‌های بلادرنگ نظیر جریان‌های صوتی و تصویری پشتیبانی می‌کند. سرویس‌هایی که RTP فراهم می‌کند عبارتست از بازسازی زمانی، کشف گمشدگی، امنیت و شناسایی محتوا. RTP در اصل برای چندپخشی^[۷۹] داده‌های بلادرنگ طراحی شده ولی در تک پخشی^[۸۰] داده‌ها نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. این پروتکل می‌تواند برای کاربردهای یک طرفه مثل ویدئوی مبنی بر در خواست^[۸۱] و یا کاربردهای تعاملی همچون تلفن اینترنتی مورد استفاده قرار گیرد. RTP طوری طراحی شده است که بتواند همراه با پروتکل RTCP به منظور بازخورد گرفتن از کیفیت داده‌های انتقالی و دریافت اطلاعاتی در مورد شرکت کنندگان در نشست حاضر، کار کند.
نحوه کار RTP
همانطور که می‌دانیم اینترنت بستری از شبکه اشتراکی داده‌گرام است. بسته‌هایی که بر روی اینترنت ارسال می‌شوند دارای تأخیر و لرزش غیرقابل پیش‌بینی هستند. اما کاربردهای چندرسانه‌ای نیاز به زمانبندی مشخص برای انتقال و دریافت و پخش محتوا دارند. RTP دارای برچسب‌گذاری زمانی، شماره‌گذاری و دیگر مکانیسم‌ها است که برای رفع محدودیت‌ها و مشکلات زمانبندی می‌باشند. با بهره گرفتن از این مکانیسم‌ها RTP قادر خواهد بود تا یک انتقال انتها به انتهای داده‌های بلادرنگ را بر روی شبکه داده‌گرام فراهم نماید.
برچسب زمانی مهم‌ترین داده برای کاربردهای بلادرنگ است. فرستنده در هنگام تولید بسته زمان کنونی را بر روی بسته قرار می‌دهد و با گذشت زمان این برچسب برای بسته‌ها افزایش می‌یابد. گیرنده نیز با بهره گرفتن از این برچسب می‌تواند ترتیب بسته‌ها را به همان ترتیب ارسالی بازسازی نماید. همچنین از برچسب زمانی برای همزمان سازی جریان‌های مختلف، همچون صوت و تصویر در داده‌های MPEG استفاده می‌شود. البته توجه داشته باشید که همزمان سازی توسط RTP انجام نمی‌شود و باید در سطح کاربرد این امر صورت پذیرد.
UDP لزوماً بسته‌ها را با همان ترتیب زمانی انتقال نمی‌دهد، در نتیجه نیاز به استفاده از شماره ترتیب است تا بتوان داده‌های دریافتی را به صورت ترتیب درست درآورد. همچنین شماره ترتیب در کشف گمشدگی بسته‌ها نیز مفید است. توجه به این نکته ضروری است که در برخی از فرمت‌های ویدئو وفتی یک فریم به بسته‌های مختلف تقسیم می‌شود، بسته‌ها دارای یک برچسب زمانی یکسان خواهند بود. در نتیجه برچسب زمانی برای بازسازی ترتیب درست بسته‌ها کافی نیست.
RTP بر روی UDP اجرا می‌شود. علت انتخاب UDP دو دلیل است: ۱) RTP برای چندپخشی طراحی شده، در حالی که TCP اتصال گراست و مناسب این کاربرد نمی‌باشد. ۲) در کاربردهای بلادرنگ سریع رسیدن داده‌ها مهم‌تر از مطمئن رسیدن آن‌هاست.
بسته‌های RTP و RTCP معمولاً توسط سرویس‌های UDP/IP منتقل می‌شوند ولی این پروتکل‌ها طوری طراحی شده‌اند که مستقل از لایه انتقال باشند. به عنوان مثال می‌توانند بر روی CLNP ^[۸۲]، IPX ^[۸۳]، AAL5/ATM و دیگر پروتکل‌ها اجرا شوند. در عمل RTP معمولاً درون برنامه کاربردی پیاده‌سازی می‌شود. بسیاری از مسائل همچون بازیابی اطلاعات گمشده و کنترل ازدحام باید در لایه کاربرد پیاده‌سازی شوند.
برای راه‌اندازی یک نشست RTP، برنامه تعدادی از آدرس‌های لایه انتقال (یک آدرس شبکه بعلاوه یک جفت پورت برای RTP و RTCP) را تعریف می‌کند. در یک نشست چندرسانه‌ای، هر رسانه توسط نشست RTP جدا انتقال داده می‌شود. به عنوان مثال، صوت و تصویر در نشست‌های جداگانه منتقل خواهند شد و این امکان را برای گیرنده فراهم می‌کنند که آن را دریافت کنند یا نه. فرمت سرآیند RTP در شکل ‏۴‑۱ آمده است.
شکل ‏۴‑۱ سرآیند بسته RTP ]39[
V (version): 2 بیت. نسخه RTP را مشخص می‌کند. جدیدترین نسخه ۲ می‌باشد.
P (padding): 1 بیت. اگر این بیت ست شود، بسته بسته شامل یک یا چند پدینگ اضافه است که در payload قرار ندارند.
X (extension): 1 بیت.اگر ست شود دقیقاً یک سرآیند اضافی بعد از این سرآیند قرار می‌گیرد.
CC (CSRC count): 4بیت. تعداد شناسه‌های CSRC که بعد از سرآیند می‌آیند.