طراحي و پياده‌سازي سخت‌افزاري لايه فيزيكي نوري براي كاربرد در شبكه حسگر بي‌سيم

Design and Hardware Implementing of Optical Physical Layer for Wireless Sensor Network Applications

شبكه حسگر بي‌سيم متشكل از گره‌هاي ارزان، چندكاره و با اندازه كوچك هستند كه مي‌توانند عمليات حس كردن محيط، جمع‌آوري و پردازش داده و برقراري ارتباط را انجام دهند. امروزه با توسعه ارتباطات بي‌سيم، به نرخ‌داده بالاتري به‌ويژه براي كاربردهاي چندرسانه‌اي نياز است. ارتباطات بي‌سيم نوري (OWC) مي‌تواند نرخ داده بالاتر و ارتباطي بسيار امن نسبت به ارتباط راديوئي فركانس بالا فراهم كنند و در كاربردهايي مانند ارتباطات نوري زير آب بسيار مفيد مي‌باشد. در اين مقاله يك شبكه حسگر بي‌سيم با توانايي انتقال داده به‌صورت نوري طراحي و ساخته شده‌است. قسمت‌هاي مختلف گره حسگر طراحي شده، به‌صورت عملي آزمايش مي‌شود و سپس پارامترهاي ارتباط نوري اندازه‌گيري خواهد شد. همچنين يك پروتكل دسترسي به رسانه مناسب شبكه حسگر بي‌سيم نوري مناسب ارائه مي‌گردد. در شبكه حسگر بي‌سيم نوري طراحي شده، همه بخش‌هاي گره و سرخوشه ماژولار هستند بدين معني كه مي‌توان فرستنده، گيرنده و حسگرها را دوباره طراحي و جايگزين كرد. نتايج آزمايش نشان مي‌دهد كه بيشينه فاصله انتقال داده با نرخ داده 300 و 600 بيت بر ثانيه برابر 18 متر با نرخ خطاي بيتي صفر درصد و 21 متر با نرخ خطاي بيتي 10 درصد مي‌باشد.

Wireless sensor network (WSN) consists of some small and cheap nodes which could communicate together, process gathered data, and sense the environment. Today’s developments in wireless communication systems, causes higher data rate for multimedia applications. The optical wireless communication (OWC) can provide higher data rates and more secured communication links rather that radio frequency (RF) technology for some applications such as underwater communications. In this paper, the optical technology is employed for data transmission in WSNs. An optical wireless sensor network (OWSN) is realized based on sensor nodes and cluster head (CH). Different hardware parts of designed sensor boards are evaluated and the optical communication parameters are measured. An optimized media access control protocol called VMAC is presented. In the proposed OWSN, both nodes and CH are modular. The experimental results show that the maximum transmission distance for 300bps and 600bps baud rates are 18m with 0% BER and 21m with 10% BER, respectively.