گشت مرزی از طریق به کارگیری شبکه های حسگر بی سیم

4-1- مقدمه


اخیرا سیستم‌های گشت مرزی علاقه مندانی را در میان کسانی که پیرامون امنیت ملی نگرانی‌هایی دارند به دست آورده است. چالش عمده، حفاظت از مرزهایی است که با توجه به امتداد طولانی نیاز به حضور انسان در محل گشت دارند.سیستم‌های گشت مرزی مرسوم متشکل از بازرسی‌های امنیتی و نیروهای مرزی می‌باشند پست‌های بازرسی در جاده‌های بین المللی مجموعه‌ای است که در آن عبور و مرور وسایل نقلیه برای شناسایی و دستگیری بیگانگان و قاچاقچیان مواد مخدر و دیگر فعالیت‌های غیرقانونی ایجاد شده است. هریک از نیروهای مرزی کنترل یک قسمت خاص از مرز را در ساعات مشخص به عهده دارند.نیروهای گشت زنی در مرز با توجه به مسیرهای از پیش تعیین شده براساس زمان و فاصله مشخص به گشت زنی خود ادامه می‌دهند و برای نظارت بر مرز در زمان‌های بلادرنگ (زمانی که فرصتی برای محاسبه نداریم و جواب باید بلافاصله داده شود) با دقت بالا و به حداقل رساندن نیاز به حمایت انسان، از فن آوری های نظارت چندگانه که مکمل یکدیگر هستند، استفاده می‌کنیم.برای پرداختن به چالش‌های موجود که در تکنیک‌های نظارت با آن مواجه می‌شویم، ما گشت مرزی را پیشنهاد می‌کنیم.یک گشت مرزی جدید در چارچوب سیستم، براساس شبکه‌های بی سیم حسگر پیوندی می‌تواند هرنوع نفوذ مرزی را با حداقل درگیری انسان به دقت شناسایی و ردیابی کنند.گشت مرزی از پیشرفته‌ترین تکنولوژی فناوری شبکه‌های حسگر که شامل شبکه‌های بی سیم سنسورهای چندرسانه ای(2 ،1)و شبکه‌های بی سیم سنسورهای زیرزمینی(13،14) می‌شود، بهره می‌برد.شبکه گیرنده بی سیم ترکیبی متشکل از سه نوع از گره‌های حسگر می‌باشد :

  1. گره‌های حسگر چندرسانه ای که مجهز به دوربین‌های فیلم برداری و یا دید در شب می‌باشند و در برج‌های مراقبت مستقر شده‌اند.
  2. گره‌های حسگر عددی که به سنسورهای ارتعاش / لرزه ای مجهز هستند و در روی زمین مستقر یا در زیر زمین مدفون می‌باشند.
  3. گره‌های حسگر متحرک که در سراسر مرز، در سطح زمین یا در هوا جریان دارد.

به کارگیری این سه نوع از گره‌های حسگر باعث ایجاد توانایی‌هایی می‌شود که در سیستم‌های موجود ارایه داده نمی‌شوند.درمقایسه با تکنیک‌های موجود در گشت مرزی، حسگر مرزی مزایای زیر را ارایه می‌دهد:

  1. سنسورهای چندرسانه ای ردیابی دقیق و بهتری را در محدوده‌های وسیع دارند.
  2. سنسورهای زمینی اطلاعاتی اضافی را ارایه می‌دهد که توسط سنسورهای چندرسانه ای تشخیص داده نمی‌شود به طور مثال، در مواردی که مزاحم پشت یک مانع پنهان شده است، نفوذگر توسط فیلمبرداری تشخیص داده نمی‌شود.
  3. سنسورهای زیرزمینی تضمین مناسبی برای ویژگی‌های این سیستم می‌باشد درهنگامی که دستگاه‌های قابل رویت در بالای سطح زمین برای مقاصد پنهان مناسب نیست این سنسورها ترجیح داده می‌شوند.
  4. سنسورهای تلفن همراه دارای قابلیت ردیابی نفوذ غیرقانونی می‌باشند و پس از شناسایی، مزاحم مورد ردیابی قرار می‌گیرد.
  5. به وسیله پردازش موجود در شبکه، سنسورهای ناهمگن برای تشخیص نفوذ به کار گرفته می‌شوند و گزارش نتایج به مدیریت راهبردی ارایه داده می‌شود.

بر این اساس هم هزینه‌های عملیاتی و هم هزینه‌های توسعه سیستم گشت مرزی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.درحالی که منافع بالقوه‌ای از حسگرهای مرزی وجود دارد، چالش‌های پژوهشی قبل از تحقق عملی باید رفع شود. در این مقاله، چارچوبی برای گسترش دادن و راه اندازی حسگر مرزی برای سیستم‌های گشت مرزی شرح داده شده است.براساس این چارچوب، پژوهش‌های مفتوح پیرامون این موضوع مورد بحث قرار گرفته و آن را به چالش می‌کشد. به طور خاص، در ادامه ، ما ابتدا در بخش دوم یک مرور کلی از تکنیک‌های موجود در گشت مرزی ارایه می‌دهیم . در بخش سوم نیزمعماری حسگرهای مرزی ارایه داده می‌شود. سپس در بخش چهارم توسعه حسگرهای مرزی مورد بحث قرار می‌گیرد. اصول عملیاتی و چالش‌های معماری ترکیبی در بخش پنجم شرح داده شده است. چالش‌های این تحقیق در بخش ششم شرح داده شده است و در نهایت، این مقاله در بخش هفتم به نتیجه خواهد رسید.

4-2- تکنیک‌های موجود در گشت مرزی


گشت مرزی به صورت گسترده مبتنی براستفاده از انسان بوده است. با این حال، هزینه نسبی برای افزایش تعداد پرسنل و هم چنین عدم دقت کافی از طریق نظارت انسان، نیاز به دخالت دستگاه‌هایی با تکنولوژی بالا در مرز گشتی را افزایش می‌دهد. دراین میان، اخیرا وسایل نقلیه بدون سرنشین هوایی (پهبادها) برای نظارت هوایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که نفوذ غیرمجاز از مرز را به طور خودکار شناسایی و ردیابی می‌کنند(23،24،34).با توجه به پوشش وسیع و تحرک بالای پهبادها، مشارکت فشرده انسان در فعالیت‌های نظارت سطح پایین کاهش می‌یابد. این امر به ما اجازه می‌دهد که به علت ارزش بالای منابع انسانی، این منابع را به فعالیت‌های مدیریت تصمیم گیری براساس اطلاعات این دستگاه‌ها اختصاص دهیم. با این حال، مانند سیستم‌های مرسوم گشت زنی مرزی، پهبادها به تنهایی نمی‌توانند کل مرز را در هر زمانی پوشش دهند و این احتمال وجود دارد که بخش‌های خاصی از مرز تحت نظارت قرار نداشته باشد. علاوه به براین، پهبادها نسبت به هواپیماهای سرنشین دار دارای هزینه و نرخ تصادف بالاتری می‌باشند و هم چنین پهبادها برای کنترل فعالیت‌های خود کاملا به انسان متکی می‌باشند. علاوه به براین، شرایط آب و هوایی نامناسب نیز می‌تواند برتخطی قابلیت نظارت پهبادها دخالت داشته باشد.

به تازگی برای تکمیل فعالیت‌های پهبادها، سنسورهای فیبر نوری مطرح شده‌اند . سنسورهای ارتعاشی به سنسورهای فیبرنوری مجهز هستند تا بتوانند فشارامواجی را که به وسیله مزاحمان ایجاد می‌شود اندازه گیری کنند. با این حال، سنسورهای فیبرنوری تنها به یک سیم که در امتداد مرز قرار می‌گیرند مرتبط است که در نتیجه به دلیل مسافت بسیار طولانی ممکن است در هر نقطه‌ای، نقطه شکست ایجاد شود. با توجه به شرایط محیطی نامناسب در امتداد مرز، سنسورهای سیمی قدرت کافی ندارند. علاوه به براین، هزینه‌های استقرار سنسورهای سیمی بیش از هزینه‌های موجود دراستقرار ابزارهای کاربردی در محدوده مرزهای طولانی می‌باشد.در مقایسه با حسگرهای سیمی، رادار مراقبت زمینی خودکار سیستم قدرتمندتری را ارایه می‌دهد(52،53،54). رادارمراقبت زمینی خودکار به شدت برای نظارت‌های جاسوسی- نظامی و ابزارهای شناسایی به کار می‌رود. هم چنین رادارمراقبت زمینی خودکار برای فعالیت‌های ارتعاشی / لرزه ای یا اختلال مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نشان می‌دهد افراد یا وسایل نقلیه در حال عبور از مرز می‌باشند. علاوه به براین، رادار مراقبت زمینی خودکار می‌تواند حرکت وسایل نقلیه سنگین (مانند مخازن) را از مسافت پانصد متری و راه رفتن انسان را از مسافت پنجاه متری تشخیص دهد(53)

با این حال، اطلاعات آماده شده توسط رادارمراقبت زمینی خودکار ممکن است محدود یا نادرست باشد. بنابراین، براساس اطلاعات محدودی که از سنسورهای رایج زمینی موجود است، تشخیص نفوذ واقعی هشدار ازاشتباهات ساده به سختی ممکن می‌باشد. به طور مثال، هشدار ممکن است به واسطه عناصر محیطی مانند آب و هوا، حشرات، جانوران یا غیره باشد. برطبق گفته وزارت امنیت ملی آمریکا، 90% این هشدارها به واسطه حیوانات یا اثرات محیطی به جای مهاجران غیرقانونی می‌باشد که این نتایج نشان دهنده میزان اتلاف وقت قابل ملاحظه ماموران برای بررسی اطلاعات ارایه شده می‌باشد(38).علاوه به براین، گزارش شده است که سنسورهای موجود اغلب به واسطه نبود محافظ خروجی مناسب توسط حشرات یا رطوبت آسیب می‌بینند(38).در حالی که سنسورهای عددی مانند سنسورهای ارتعاشی برای تشخیص نفوذ اهمیت دارند، این سنسورها اطلاعات محدودی را جهت طبقه بندی عناصر مزاحم آماده می‌کنند. برای این منظور، برج‌های مراقبت به نمایشگرهای ویدیویی و دید درشب مجهز شده‌اند تا با استفاده ازبرد وسیع تر دیده بانی که نسبت به سنسورهای زمینی دارند ، دقت خود را در تشخیص انسان افزایش دهند و هشدارهای نادرست را به حداقل برسانند(37). این سیستم‌ها، با این حال، به طور معمول برای تعیین نوع نفوذ نیازمند تعامل انسانی می‌باشند. علاوه به براین، نمایشگرهای ویدیویی نیز در داخل خط دید نیازمند به هدف می‌باشند و اگر نمایشگرها متشکل از موانعی مانند صخره‌ها، بوته‌ها یا درختان باشد وسعت دیده بانی کاهش می‌یابد.

تکنیک‌های موجود برای گشت مرزی شامل برج‌های مراقبت، سنسورهای زمینی و وسایل نقلیه بدون سرنشین هوایی می‌باشند که به طور کامل بالای سطح زمین مستقرهستند. در برخی از مناطق قطعات بالای سطح زمین در معرض خطرات زیست محیطی، وسایل نقلیه و حیوانات بزرگ قرار می‌گیرند که ممکن است قابلیت رویت این دستگاه‌ها آسیب ببیند. برای مثال، برای یک سیستم با برج‌های مراقبت، این توانایی وجود ندارد که بتوانند تحت پوشش برج‌های مجاور ، عنصر مزاحم را در مکان یا زمان لازم شناسایی کند. علاوه بر این چالش عمده‌ای که وجود دارد این است که راه حل‌های موجود برای سیستم‌های گشت زنی مرزی با فناوری‌های مختلف، فاقد یک سیستم منسجم و هماهنگ به منظور بهبود دقت سیستم می‌باشند .

4-3- معماری سیستم‌های حسگر مرزی


شبکه‌های گیرنده بی سیم کنونی برای گشت مرزی که بر روی سطوح مسطح مستقر می‌باشند، دارای ساختارمعماری همگن می‌باشند که در آن هر سنسور می‌تواند با همان قابلیت‌های فیزیکی با سنسور مجاور خودارتباط داشته باشد(27). نتیجه چنین ساختاری این است که کاستی‌هایی را در گشت مرزی به وجود می‌آورد که از جمله می توان به پوشش محدود و نرخ بالای هشدار غلط اشاره کرد که باعث افزایش دخالت انسان می‌شود. در عوض، ما معماری سلسله مراتبی از شبکه‌های گیرنده بی سیم را در نظر می‌گیریم که با گره‌های حسگر نا همگن در شکل 4-1 نشان داده شده است. در این معماری، سه نوع متفاوت از سنسورها در ۳ لایه متفاوت از سلسله مراتب استفاده می‌شوند.

گشت مرزی از طریق به کارگیری شبکه های حسگر بی سیم

شکل 4-1- معماری شبکه از شبکه‌های بی سیم حسگر ترکیبی برای گشت مرزی

همانطور که درشکل 4-۳ نشان داده می‌شود معماری سیستم از ۳ لایه تشکیل شده است. سنسورهای خودکارزمینی وسنسورهای خودکار زیرزمینی لایه‌های پایینی معماری را تشکیل می‌دهند که نظارت بر تک تک لایه‌های بالایی را میسر می‌سازند. در لایه دوم، سنسورهای چندرسانه ای باعث بهبود دقت در اطلاعاتی که به صورت بصری از سیستم به دست می‌آید می‌شوند. در نهایت، روبات‌های متحرک زمینی و خودروهای بی سرنشین هوایی لایه بالایی را تشکیل می دهندکه پوشش و انعطاف پذیری بیش‌تری را ایجاد می‌کنند.

  • حسگرهای زمینی و حسگرهای زیرزمینی(52،53،54) در لایه پایین‌تر دارای منابع محدودی می‌باشند، هم چنین با توجه به توانایی کم سنسورهای عددی، کارهای ساده‌ای مانند اندازه گیری لرزشی // ارتعاشی و ارسال اطلاعات به مخزن یا پردازش داده‌های درونی توسط این سنسورها انجام می‌شود. نکته قابل توجه این است که سنسورهای زیرزمینی هم با سنسورهای زمینی و هم با سنسورهای زیرزمینی می‌توانند رابطه داشته باشند(40،41). با توجه به ویژگی‌های پیچیده شبکه‌های زیرزمینی(29،48)، برای انتشار تکنیک‌های لایه‌های فیزیکی جدید نیازمند تحقق بخشیدن به ارتباطات می‌باشیم که از جمله می‌توان به تکنیک‌های موج‌های الکترومغناطیسی زیرزمینی یا موجبرالقای مغناطیسی اشاره کرد(14،43،44،45). متفاوت از حسگرهای تصویربرداری در برج‌های مراقبت یا پهبادها ، حسگرهای زمینی // زیرزمینی می‌توانند مختل کننده‌های بینایی غیرخطی را کشف کنند. با این حال، همانطور که در مقدمه بحث شد، بر اساس اطلاعات محدودی که توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی به دست می‌آید، تشخیص هشدار نفوذ حقیقی از هشدارنفوذ اشتباه مشکل است. در نتیجه، نرخ هشدار اشتباه از سنسورهای زمینی // زیرزمینی به طور قابل ملاحظه‌ای بالاست.
  • برج‌های مراقبت ثابت یا متحرک می‌توانند میزبان بسیار قدرتمندی و قابل اعتمادی برای حسگرهای چند رسانه‌ای باشند. به عنوان مثال رادارها(36)، دوربین‌ها و حسگر به صورت سلسله مراتبی لایه دوم را تشکیل می‌دهند. هم چنین سنسورهای چند رسانه‌ای ابزاری توانمند، دستگاه‌هایی با قدرت و توانایی پردازشی بالا و محدوده ارتباطی گسترده تری می‌باشند. به عنوان یک نتیجه، این مولفه ها به عنوان پردازش مرکزی محلی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنسورهای چند رسانه‌ای برای وظایف پیچیده‌ای مانند جمع آوری گزارش سنجش از سنسورهای زمینی // زیرزمینی مسیول می‌باشند. هم چنین ممکن است که تشخیص نفوذ را با توجه به گزارش‌های سنجش و هم چنین اطلاعات ویدیویی//تصویری محلی تشخیص دهیم. درنتیجه، نرخ هشدار اشتباه در سنسورهای زمینی // زیرزمینی به مقدار قابل توجه ای کاهش می‌یابد. پس از تایید تشخیص نفوذ از طرف برج‌های نظارت، آن‌ها گزارش تشخیص نتایج را به مدیریت از راه دور می‌دهد و سنسورهای متحرک، موقعیت نفوذ را برای ردیابی اهداف اطلاع رسانی می‌کنند. علاوه بر این، اطلاعات تصویری // ویدیویی وسنجش آن‌ها برای استفاده در آینده ذخیره می‌شود و همکاری بین حسگرهای تصویربرداری باعث تشخیص نفوذ غیرقانونی می‌شود .دراین حالت، براساس انتخاب زاویه دوربین مناسب(19،20) با توجه به موضوع تراکم داده(49) ، افزونگی بین دوربین‌های وابسته باید کاهش یابد.

علاوه بر اجزای ثابت، وسایل نقلیه بدون سرنشین (پهبادها) و روبات‌ها توانایی بیش‌تری را در لایه سوم فراهم می‌آورند. پهبادها اخیرا برای کاربردهای مختلفی از جمله نظارت و نگهداری زیرساخت‌های محیط زیست به کار گرفته می‌شوند(21،24،23،34). هواپیماهای خلبانی از راه دور و هواپیمای بدون سرنشین دو نوع مختلف از پهبادها را تشکیل می‌دهد. هواپیماهای بدون سرنشین برای پروازی مستقل با یک دوره و برنامه از پیش تعیین شده ایجاد شده است. هواپیماهای خلبانی از راه دور به وسیله اپراتورهای زمینی از راه دور کنترل می‌شوند. علاوه بر این تحرک، پهبادها می‌توانند به حسگرهای هوایی و سیستم‌های تصویربرداری مجهز شوند تا بتوانند پوششی اضافی را در صورت تقاضا مهیا کنند. هم چنین پهبادها می‌توانند بر پایه اطلاعاتی که از سنسورهای ثابت به دست می‌آید و کمکی که عامل‌های گشت مرزی برای به دست آوردن مزاحمان انجام می‌دهند، نفوذ را ردیابی کنند.با توجه به ملاحظات هزینه و پوشش، تعداد حسگرها در لایه اول بیش تراز لایه‌های بالاتر می‌باشد، بنابراین، شبکه را به چند گروه تقسیم می‌کنیم.

سنسورهای زمینی // زیرزمینی از چند گروه تشکیل شده است که در آن سنسورهای چندرسانه ای به عنوان سر گروه عمل می‌کنند. به طور مشابه، چند سنسور چند رسانه‌ای هماهنگ با یکدیگر لایه‌های بالاتر را تشکیل می‌دهند که توسط گره‌های متحرک نگهداری می‌شوند. اطلاعات لایه بالاتر ازسنسورهای چندرسانه ای با گره‌های متحرک که مکان ورود غیر قانونی را برای ردیابی هدف می‌فرستد، ترکیب شده است. هم چنین یک گروه با توجه به شرایط خاص برنامه‌های کاربردی ممکن است که بیش از یک سرگروه داشته باشد.

4-4- گسترش حسگرهای مرزی


با توجه به معماری ناهمگن نشان داده شده درشکل 4-۱، مشکل توسعه سیستم حسگر مرزی در این بخش مورد بحث قرار گرفته است. در برنامه‌های گشت زنی مرزی، با برقراری شبکه دیده بانی مرزی باید منطقه بسیار گسترده‌ای تحت پوشش قرار بگیرد. با این حال، شعاع سنجش یک گره حسگر به طور معمول محدود است. بنابراین انتظار می‌رود تعداد گره‌های بیش‌تری برای تحقق پوشش موردنیاز لازم باشد. علاوه به براین، انواع مختلف گره‌های حسگر (به عنوان مثال سنسورهای زیرزمینی، زمینی، متحرک، دوربین) قابلیت ارایه پوشش‌های مختلف را دارند. به علاوه، هر نوع سنسور می‌تواند دارای هزینه‌های متفاوت، سنجش شعاع وسنجش دقت وصحت مشخصی باشد. بنابراین، به منظور تعیین تعداد و محل گره‌های حسگر با قابلیت ناهمگن، باید برای استقرار از استراتژی مطلوبی استفاده کنیم. هدف اصلی برای یافتن استراتژی مناسب این است که با استفاده از حداقل تعداد هر یک از سنسورها کل منطقه را تحت پوشش قرار دهیم و نفوذ احتمالی را به حداقل برسانیم.

4-4-1-. توسعه سنسورهای زمینی // زیرزمینی


همانطور که در بخش ۳ بحث شد، محدوده سنجش سنسورهای زمینی // زیرزمینی باید همانطور که در شکل 2-۲ نشان داده می‌شود، سراسر مرز را پوشش دهد. برطبق این موضوع(53)، حسگر لرزه ای می‌توانند حرکت وسایل نقلیه سنگین (مانند تانک یا مخازن) رااز مسافت پانصد متری و راه رفتن انسان را از مسافت پنجاه متری تشخیص بدهند. برای تضمین تشخیص هر نوع نفوذ، محدوده سنجش از راه رفتن انسان‌ها در این مقاله مورد استفاده قرار می‌گیرد که در محدوده رادار مراقبت زمینی خودکار مشخص شده است. برای دقت تشخیص کافی و نیرومندی سیستم، لازم است که پوشش k-barrier برای کمربند منطقه‌ای در مقابل مرز قرار داده شود(16،26). تعریفی از پوشش k-barrier در متن ذیل آمده است. تعریف : k-barrier یک کمربند منطقه‌ای است که در آن موانع به وسیله سنسورهای شبکه‌ای پوشش داده می‌شوند اگر و فقط اگر ، همه مسیرهای عبوری از میان کمربند توسط حداقل حسگرهای مجزا K پوشش داده شوند.

گشت مرزی از طریق به کارگیری شبکه های حسگر بی سیم

شکل4-2- استقرار شبکه‌های حسگر بی سیم ترکیبی در گشت زنی مرزی.

4-4-1-1-توسعه دستی یا کتاب راهنمای توسعه


ما برای اولین بار در نظر می‌گیریم که می‌توانیم هر سنسور زمینی زیرزمینی را در مواضع از پیش تعیین شده مستقر کنیم. برطبق این موضوع(16)، استراتژی مطلوب توسعه دستی برای رسیدن به پوشش k-barrier در کمربند منطقه‌ای این است که سطور K ازحسگرها همراه با کوتاه‌ترین مسیر (خط یا منحنی) در سراسر طول منطقه توسعه داده شوند. محدوده تشخیص حسگرها همانطور که در شکل ۲ نشان داده می‌شود، در همان مسیر باید به صورت متوالی باشد. با استفاده از این استراتژی، پوشش k-barrier از مرز می‌تواند به کم‌ترین مقدار از سنسورهای زمینی زیرزمینی دست پیدا کند.گزاره 1 . در مقابل مرز یک محدوده منطقه‌ای را درنظر بگیرید. اجازه بدهید d رابه عنوان طول کوتاه‌ترین مسیر درمیان طول منطقه در نظر بگیریم و محدوده تشخیص حسگر را r در نظر بگیریم. آنگاه، مقدار حسگرهای لازم و کافی برای دستیابی به پوشش k-barrier در این منطقه از فرمول به دست می آید .می توانیم اثبات گزاره 1 را در(26) بیابیم .باتوجه به گزاره ۱، مشخص است که یک منطقه مرزی با فاصله محوری d، با استفاده از فرمول می‌توان کم‌ترین مقدار از حسگرهای زمینی / زیرزمینی را که برای دستیابی به پوشش k- barrier لازم است ، مشخص کرد .

4-4-1-2- توسعه تصادفی


با وجود این که استراتژی توسعه دستی که در بالا ذکر شد بیش از همه کارآمد است، ممکن است که در حالات خاصی قابل اجرا نباشد. برای مثال، سنسورهای زمینی می‌توانند به وسیله پرت کردن از هواپیما یا وسایل نقیله به منظور کاهش هزینه استقرار توسعه داده شوند. در نتیجه، توزیع سنسورها تصادفی می‌باشد. در این بخش، ما الزامات تراکم و منطقه استقرار سنسورهای زمینی // زیرزمینی را برای دستیابی به پوشش k- barrier در مواقعی که سنسورها به صورت تصادفی توزیع می‌شوند، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهیم.فرض کنید که سنسورهای زمینی // زیرزمینی در مقابل مرز در یک محدوده منطقه‌ای مطابق فرآیند نقطه پوآسون با چگالی فضایی مشخص شده است .مطابق با(30)،گزاره زیر اجرا می گردد.گزاره 2 . در مقابل مرز یک محدوده منطقه‌ای را درنظر بگیرید. اجازه دهید که d را به عنوان طول و w را به عنوان عرض منطقه و محدوده تشخیص حسگر را r در نظر بگیریم. عرض محدوده به طور مجانبی بزرگ‌تر از لگاریتم طول آن می‌باشد یعنی .

هم چنین شبکه با بیش‌ترین احتمال دارای پوشش k- barrier است، موقعی که چگالی سنسور به یک مقدار مشخص می‌رسد. می توانیم اثبات گزاره 1 را در(30) بیابیم . آنگاه مطابق گزاره ۲، مشخص است که یک منطقه مرزی با فاصله d، می‌تواند دارای پوشش k- barrier باشد. موقعی که سنسورهای زمینی // زیرزمینی به صورت تصادفی توزیع شده باشند دو شرط زیر باید در آن برآورده شوند :

  • سنسورهای زمینی // زیرزمینی باید درمحدوده منطقه‌ای در مقابل مرز با محدوده عرضی بزرگ‌تر نسبت به w مستقر شوند که .
  • چگالی گسترش سنسورهای زمینی // زیرزمینی باید نسبت به بیش‌تر باشد، ، توجه کنید که هرکجا که K>0 شده است، ثابت توسط شبیه سازی تعیین شده است.

4-4-1-3-توسعه برج‌های مراقبت


به منظور کاهش مشکلات ناشی ازهشدارهای اشتباه زیاد در سنسورهای زمینی // زیرزمینی، سنسورهای تصویربرداری مجهز در برج‌های مراقبت فعال می‌شوند که پس از سنسورهای زمینی // زیرزمینی هر فعالیت ارتعاشی غیرعادی را در محدوده مرزی تشخیص می‌دهند. به طور مشابه، لازم است که تعداد معدودی برج مراقبت تعیین شود تا دوربین‌های تصویربرداری بتوانند با میدان دید کامل منطقه مرزی را تحت پوشش قرار دهند و بهبود دقت تشخیص به وسیله مقادیر معین افزایش یابد.برخلاف استقرار سنسورهای زمینی // زیرزمینی، موقعیت استقرار برج‌های مراقبت باید از پیش تعیین شده باشد. علاوه به براین، برج‌های مراقبت به سبب هزینه بالای آن در امتداد خطوط مرزی توسط پوشش k-barrier توسعه داده می‌شوند.بنابراین، مشکل استقرار برج‌های مراقبت می‌تواند درهر جایی که K=1 باشد به عنوان وضعیتی خاص از پوشش k- barrier مشاهده شود. فرض کنید که محدوده تشخیص از یک برج مراقبت را با عنوان مشخص کنیم . آنگاه مطابق گزاره 1 ، مشخص است که یک منطقه مرزی با فاصله d بااستفاده از فرمول می‌تواند کم‌ترین مقدار از برج‌های مراقبت برای پوشش دادن مرز مشخص کند . آنچه باید مورد توجه قرار گیرد این است که چنانچه محدوده تشخیص برج‌های مراقبت نسبت به محدوده سنسورهای زمینی // زیرزمینی طیف گسترده‌تری را تحت پوشش خود قرار دهد، لازم است همانطوری که در شکل 4-2 نشان داده می‌شود ، مقادیر برج‌های مراقبت نسبت به حسگرهای زمینی // زیرزمینی کاهش یابد .

4-4-1-3-توسعه پهبادها (وسایل نقلیه هوایی خوکار)


علاوه بر گره‌های استاتیک، حسگرهای متحرک هم بر روی زمین و هم در هوا در امتداد خط مرزی توسعه داده می‌شوند تا حسگرهای حرکتی بتوانند جنبش مزاحمان را پس از عبور از مرز مورد پیگیری قرار دهند. وقتی که نفوذ مزاحمان به وسیله حسگرهای زمینی // زیرزمینی و برج‌های مراقبت تشخیص داده شد، لازم است که حداقل یک حسگر متحرک درموقعیت نفوذ وارد شود و به اندازه‌ای که می‌تواند باعث تاخیر قابل قبولی در شود تا حسگرهای متحرک بتوانند حرکت مزاحم را مورد ردیابی قرار دهند . فرض کنید که سرعت سنسورهای حرکتی را با V مشخص می‌کنیم ، پس حداقل سنسورهای حرکتی لازم برای بخشی ازمرز با طول d با استفاده از فرمول به دست می‌آید .

4-5-چارچوب عملیاتی برای حسگرهای مرزی


برپایه معماری شبکه و استراتژی توسعه، چارچوب عملیاتی برای تحقق بخشیدن به ویژگی‌های اساسی حسگرهای مرزی در این بخش توصیف شده‌اند. از آنجا که شبکه گیرنده بی سیم ترکیبی متشکل از سه نوع حسگر می‌باشد، سه نوع اطلاعات سنجشی از فضا به دست می‌آید که مجموعه‌ای از حسگرها با ویژگی‌های متفاوت در آن توزیع شده‌اند. سه نوع اطلاعات سنجشی به طور کلی مکمل یکدیگرند.حسگرهای چندرسانه ای اطلاعات تصویری یا ویدیویی را از مناطق مرزی مهیا می‌کنند اما نمی‌توانند مزاحمی را که پشت مانعی پنهان شده است، شناسایی کنند. حسگرهای زمینی می‌توانند لرزش‌های زمینی را بعلاوه اختلالات مغناطیسی را که توسط نفوذگران ایجاد می‌شود بسنجند. با این حال، تشخیص نفوذ انسان از نفوذ یک حیوان بزرگ دشوارتر است، از این رو ممکن است باعث بالا رفتن نرخ هشدار اشتباه شود. سنسورهای زیرزمینی نیز علاوه به براین می توانند ارتعاشات را از زمین دریافت کنند اما ویژگی اندازه گیری حسی آن متفاوت با آن چیزی است که توسط حسگرهای زمینی به دست می‌آید. هم چنین نرخ هشدار اشتباه در حسگرهای زمینی // زیرزمینی نیز بالا است. از این رو، مجموعه‌ای از این اطلاعات ناهمگن باید در نقاط خاصی از شبکه به منظور بهبود دقت تصمیم گیری و به حداقل رساندن بروز هشدارهای اشتباه و نرخ خطا، ترکیب شوند.برای تشخیص نفوذهای ممکن با کم‌ترین نرخ خطا وکاهش نرخ هشدارهای اشتباه، استراتژی تشخیص مشترک دومرحله ای اتخاذ می‌گردد و استفاده موثری از اطلاعات جمع آوری شده به وسیله مجموعه‌ای ناهمگن از فضایی توزیع شده از حسگرهای زمینی، زیرزمینی و چند رسانه‌ای به دست می‌آوریم.

درابتدای مرحله حسگرهای زمینی یا زیرزمینی در نخستین قدم تشخیص نفوذ مشترک را با هر روشی مشکوک می‌خوانند. درمرحله دوم، حسگرهای تصویربرداری دقت تشخیص را با ترکیب اطلاعات به دست آمده توسط تصاویر و ویدیوهای جمع آوری شده از مناطق مشکوک بهبود می‌بخشند. تنها پس از یک مرحله اطمینان به دست می‌آید و کارکنان گشت مرزی آگاه می‌شوند. درهمین حال، گره‌های متحرک به محلی که در آن نفوذ تشخیص داده شده است برای ردیابی نفوذ اعزام می‌شوند. در دومرحله تشخیصی که درعبارات فوق آمده است، علاوه بر پیچیدگی ارتباط متمرکزی بین حسگرهای زمینی // زیرزمینی وجود دارد.مطابق چارچوبی که دربالا بحث شد، چارچوب عملیاتی حسگرهای مرزی 3 بخش را شامل می‌شود که شامل تشخیص نفوذ مشترک، ردیابی نفوذ و ارتباطات اکتشاف گرا می باشد که درمباحث بعدی توضیح داده خواهد شد.

4-5-1-تشخیص نفوذ مشترک


اگر حسگرهای زمینی // زیرزمینی مطابق استراتژی‌هایی که در بخش 4 مورد بحث قرار گرفته‌اند مستقر شوند، نرخ خطا از تشخیص نفوذ را می‌توان در سطح پایینی کنترل کرد. با این حال، همانطور که در گذشته بحث شد، تمایز میان مزاحمان و هشدارهای مزاحم ناشی از عوامل محیطی (مانند حشرات، آب و هوا، حیوانات) با توجه به اطلاعات محدودی که توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی به دست می‌آید، دشوار است. از این رو نرخ تشخیص نادرست در حسگرهای زمینی // زیرزمینی بالاست.در شبکه‌های حسگر بی سیم مرسوم، نرخ هشدار اشتباه را می‌توان با شناسایی مشترک حسگرهای چندرسانه ای مجاور هم کاهش داد. به طور خاص، از آن جا که براساس استراتژی توسعه پوششk-barrier ، باید کمربند منطقه‌ای توسط حسگرها در مقابل مرز قرار داده شود(16،26)، نفوذ ممکن است توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی گوناگون هم چنان که از میان کمربند منطقه‌ای عبورمی کنند تشخیص داده شود. رویدادهای غیرطبیعی تنها در صورتی تایید می‌شوند که حسگرهای متفاوت رویداد را درهمان زمان تشخیص دهند. یکی دیگر از طرح‌ها برای کاهش نرخ هشدار اشتباه، شبکه‌های گیرنده بی سیم سنتی می‌باشد که آستانه تشخیص را افزایش می‌دهد. با این حال، هر دو طرح باعث افزایش سرعت کشف و شناسایی نرخ خطا در همان زمان می‌شود. علاوه بر این، طرح‌های تشخیص نفوذ مرسوم فقط می‌توانند نفوذ را تشخیص دهند اما نمی‌توانند مزاحم را مثل اینکه انسان است یا حیوان وحشی به طور دقیق مشخص کنند.

در حسگرهای مرزی، به وسیله همکاری بین حسگرهای زمینی // زیرزمینی و حسگرهای چندرسانه ای روی برج‌های مراقبت، می‌توانیم نرخ هشدار اشتباه را پایین بیاوریم در حالی که نرخ خطا را نیز می‌توانیم در سطح پایینی نگه داریم. به طور خاص، اطلاعات گزارش شده به وسیله حسگرهای زمینی // زیرزمینی با تصاویر و ویدیوهایی که از مناطق مشکوک جمع آوری می‌شوند ترکیب می‌شوند. بنابراین، نفوذهای انسانی می‌توانند به درستی از اشیای دیگر متمایز شود. اگر مناطق مشکوک عاری از مختل کننده‌های بینایی خطی حسگرهای تصویربرداری باشد، حسگرهای تصویربرداری می‌توانند به درستی نفوذ واقعی و هشدارهای مزاحم را تشخیص دهد. اگر مناطق مشکوک به وسیله موانع بسته شده باشند و توان شناسایی نداشته باشند، حسگرهای تصویربرداری می‌توانند هم به حسگرهای تصویربرداری دیگر برای یافتن مناطق مشکوک آگاهی دهند و هم مناطقی را که نزدیک مناطق مشکوک می‌باشند و مسدود نشده اند را جستجو کنند. عملیات جستجو به این علت انجام می‌گیرد که ممکن است مزاحم به مناطق دیگری نقل مکان کند. اگر چه حسگرهای تصویربرداری دارای دقت تشخیص بالایی می‌باشند، هنوز هم تصاویر و ویدیوهای جمع آوری شده به وسیله دوربین برای تشخیص نفوذ از هشدارهای اشتباه نیاز به دخالت انسان دارند.

برای کاهش دخالت انسان از دو روش زیر استفاده می‌کنیم


  • تشخیص شی متمرکز : در این طرح، دوربین‌ها تصاویری از مناطق مشکوک که توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی یافت شده می‌گیرند و فشرده سازی تصاویر را در محل انجام می‌دهند و داده‌های فشرده شده را به مرکز پردازشی کنترل از راه دور که با ظرفیت محاسباتی بالایی مجهز شده‌اند می‌فرستند و الگوریتم‌های تشخیص الگو بر اساس تصاویری که دریافت می‌کنند به طور خودکار مزاحم را شناسایی می‌کنند. این طرح متمرکز می‌تواند نتیجه عملکرد شناسایی دقیقی را به ما بدهد به این دلیل که الگوریتم شناسایی الگوهای پیچیده نیاز به محاسبات عملیاتی فشرده‌ای دارد که به وسیله مرکز پردازشی کنترل از راه دور به خوبی انجام می شود. با این حال، برای اطمینان از تشخیص به موقع، این طرح مستلزم داشتن شبکه‌ای با پهنای باند بالا برای انتقال تصاویر با حجم زیاد می‌باشند. برای مواجهه با این مشکل، روش پیشرفته پردازش تصویر مانند فشرده سازی توزیعی تصاویر(11،49) و تبدیل تصویر به صورت موج ضربه‌ای کوچک(18) مطرح است. فشرده سازی توزیعی تصاویر اجازه می‌دهد تا دوربین‌های همسایه مشترک تراکم اشتراکی تصاویر خود را بدون تغییرات واقعی تصاویر با توجه به دانشی که قبل از ساختار همبستگی در میان دوربین‌ها وجود داشته است انجام دهند. متمایز از فشرده سازی توزیعی تصاویر، طرح تبدیل تصویر به صورت موج ضربه‌ای کوچک(18) اجازه می‌دهد که تصاویر درون گروه‌های فرعی جدا در سطوح متفاوتی از تحلیل، تجزیه شوند. بنابراین، داده‌های تصویری می‌توانند مطابق آن چیزی که در تحلیل آمده است به سطوح اولویت تقسیم شوند. به این ترتیب، تمام داده‌های تصویری در پایین‌ترین سطح از تحلیل به صورت سالم وجود دارد که دیگران می‌توانند تا حدی درخواست خود را بفرستند.
  • تشخیص توزیعی اشیا : در این طرح، همکاری بین حسگرهای تصویربرداری تشخیص شی و تایید آن را بدون دخالت مرکز پردازشی کنترل از راه دور انجام می شود. از آنجا که تبادل تصویر در میان دوربین‌های تصویربرداری نیاز به انرژی مصرفی و حیطه عمل قابل توجه ای دارد، ساختمان سبک و طرح تشخیص توزیعی ترجیح داده می‌شود. برای مثال در(46)، آدرس رویدادهای حسگرهای تصویری برای دستیابی موثرشی // انسان شناسایی شده است. آدرس رویدادهای حسگر تصویری دارای بانکی از پیکسل می‌باشد. یک پیکسل را می‌توان برای تشخیص ویژگی‌های خاص طراحی شده مثل (اشباع نور، جنبش، خطوط تراز زمین) استفاده کرد. پیکسل در شرایطی تولید می‌شود که رویدادها در زمانی مناسب باشد. متمایز از دوربین‌های مرسوم، آدرس رویدادهای حسگر تصویری تنها تعداد انگشت شماری از ویژگی‌های سودمند را از صحنه بصری مانند مکان، حرکت، جهت حرکت و روشنایی را انتخاب و استخراج می‌کنند. این ویژگی از یک بازنمود نمادین از صحنه‌های بصری تشکیل می‌شود که در حالت ساده برای پردازش بر روی منابع محدود گره‌های دوربین استفاده می‌شود. با این ارایه نمادین، دوربین برای برقراری ارتباط با یکدیگر و انجام مشارکتی مستدل در مورد یک واقعه به مراتب به پهنای باند کمتری نیاز دارند.

4-5-2-ردیابی نفوذ


پس از آن که نفوذ مزاحم به وسیله حسگرهای خودکار زمینی // زیرزمینی شناسایی شد وتوسط حسگرهای چند رسانه‌ای در برج‌های مراقبت مورد تایید قرارگرفت، حداقل یک پهباد یا دستگاه‌های خودکار زمینی برای ردیابی مزاحم اعزام می‌شود تا گروه‌های گشت مرزی بتوانند به طور موثر و کنترل شده‌ای مزاحم را دستگیر کنند. در شبکه‌های حسگر بی سیم سنتی(25،35،47)، ردیابی هدف را می‌توانیم با استفاده از نتایج حاصل از هر سنسور انجام دهیم. به طورخاص، هر حسگر گزارش‌های تشخیص اطلاعات را به صورت بلادرنگ ارسال می‌کند. هم چنین مرکز نظارت نیز ترکیبی از اطلاعات موقتی و فاصله‌ای (فضایی) می‌باشد. در نهایت، می‌توانیم نشانه‌ای از هدف را استنتاج کرده و حرکت آینده هدف را پیش بینی کنیم. علاوه بر استراتژی ردیابی متمرکز، می‌توانیم از ردیابی توزیعی بر پایه پردازش اطلاعات و سیگنال‌های مشترک استفاده کنیم(28،31،50). پالایش (filtering) بیزین و پالایش (filtering) کالمن می‌توانند بر اساس موقعیت گذشته و کنونی حرکت بعدی را پیش بینی کنند و مورد ردیابی قرار دهند. با وجود این، متفاوت از سیستم‌های ردیابی هدف برپایه شبکه‌های حسگر بی سیم سنتی، گشت مرزی دارای توپولوژی شبکه مرزی طولانی می‌باشد. بنابراین، ردیابی مزاحم با استفاده از استراتژی حسگرها امکان پذیرنیست چون نفوذگر به سرعت می‌تواند از منطقه حسی محدوده مرزی عبور کند. از این رو، می‌توانیم با به کارگیری پهبادها یا ماشین‌های زمینی خودکار (روبات) ردیابی نفوذ را انجام دهیم. به ویژه، برای بار نخست، به واسطه برج‌های مراقبتی که در حالت multi – hop قرار دارند مکان نفوذ به نزدیک‌ترین پهباد یا ماشین زمینی خودکار ارسال می‌شود. سپس، برج‌های مراقبت نظارت بر حرکت نفوذگر را ادامه می‌دهند. برج‌های مراقبت با اعزام پهبادها و روبات‌ها، جهت و سرعت نفوذ را به دست می‌آورد. پس از دریافت اطلاعات جدید و به روز شده از نفوذ، پهبادها یا روبات‌ها می‌توانند جهت حرکت را برای ردیابی نفوذ تنظیم کنند. هم چنین انتظار می‌رود که پهبادها و روبات‌ها نفوذگر را قبل از اینکه از محدوده دید برج‌های مراقبت خارج شود دستگیر کنند.

4-5-3-ارتباط تشخیص گرا


به منظور تسهیل در تشخیص به موقع و دقیق اشیا، به پروتکل‌های ارتباطی موثر و کارآمدی برای پشتیبانی از دو نوع از سیستم ارسال نیاز داریم : ارسال حسگر- دوربین و ارسال دوربین – مرکز از راه دور.ارسال حسگر – دوربین اجازه می‌دهد که حسگرهای زمینی // زیرزمینی گزارش وقایع مشکوک را به برج‌های دیده بانی بدهند، در حالی که ارسال دوربین – مرکز از راه دور ازبرج های دوربین دار، انتقال تصاویر به مرکز کنترل از راه دور را ممکن می‌سازد. هم چنان که در متن ذیل توضیح داده خواهد شد:

4-5-3-1-انتقال حسگر – دوربین


به طور کلی، انتقال دوربین – حسگر بر پایه الگوی ارتباطی چند به چند است، چون که رویدادهای مختلف می‌توانند توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی به صورت هم زمان مورد شناسایی قرار گیرد و این رویدادها به برج مراقبت متناظر که در میدان دید مکان شناسایی نفوذ قرار دارند گزارش داده می‌شود. در الگوهای ارتباطی چند به چند(27،17)، هدف از کاهش انرژی مصرفی یا تراکم شبکه این است که بسته‌های چندگانه را به مسیرهای مخزن – منبع متعددی بفرستد. به طور خاص،در (17)، مشکلات ارتباطی چند به چند این است که در طراحی شبکه‌های چند جنسی، تعداد لینک‌های که از مسیرهای حفره – منبع تشکیل شده‌اند را کاهش دهد. بر این اساس، پروتکل‌های توزیعی بیش‌ترین هم پوشانی در میان مسیرهای مخزن – منبع را دارند. این امر باعث افزایش طول عمر شبکه و کاهش درگیری در رسانه‌های بی سیم می‌شود. در(27) ، هم چنین مسیریابی شبکه‌های مبتنی بر سلسله مراتب برای درست کردن مشکل مسیریابی حسگرهای چندگانه در حفره‌های متحرک پیشنهاد می‌شود وتمرکز بر روی طرح باعث کاهش سربار توسط حفره‌های متحرک می‌شود. در این طرح، ساختار شبکه پس از استقرار حسگر بنا نهاده شده است. سپس، یک سرگروه به صورت تصادفی با هر حسگر انتخاب می‌شود و این سرگروه نشان دهنده تمام شبکه‌هایی است که اطلاعات به روز شده راجع به تحرک مخزن را دریافت می‌کنند.

در مقایسه با طرح‌های ارتباطاتی چند به چند مرسوم، حفره‌هایی که در معماری گشت مرزی و برج‌های تصویربرداری وجود دارد، در مکانی است که پوشش محدودی موجود است. این بدان معنی است که حسگرهای زمینی نیاز دارند که هشدار را به برج‌های مخصوصی بفرستند که موقعیت را پوشش دهند. بنابراین، تعداد مسیرهای منبع – مخزن و موقعیت نسبی حسگرهای زمینی // زیرزمینی به علاوه میدان دید تصویربرداری به صورت محدود می باشد. این محدودیت باعث می‌شود که توان عملیاتی شبکه کاهش پیدا کند. بنابراین، به پروتکل‌های ارتباطی چند به چند جدیدی نیازمندیم. این طرح ممکن است به صورت طرح‌های ارتباطی تشخیص گرا طراحی شود و به عنوان اهرم در منطقه تحت پوشش برج‌های تصویربرداری مورد استفاده قرار گیرد. به طور خاص، به جای اجازه گزارش هر حسگر به برج‌های مراقبت در مورد شناسایی نفوذ، حسگرهایی تحت پوشش برج‌های تصویربرداری مشابه قرار دارند که یک رویداد تنها را حتی اگر آن‌ها اشیا متفاوت را به طورهم زمان آغاز شده باشد، شناسایی می‌کنند. این رویکرد می‌تواند به صورت قابل توجه ای مقدار داده‌های بازپخش در برج‌های مراقبت و طیف امواج منابع را ذخیره ‌کند. با این حال، به بازشناسی الگوریتم‌های پیچیده‌تری برای شناسایی اهداف متعدد در یک تصویر واحد نیاز داریم.

4-5-3-2- ارسال دوربین – مرکز از راه دور


همانطور که در بخش 5.1 شرح داده شد، هم در تشخیص شی به صورت متمرکز و هم تشخیص شی به صورت توزیع شده نیاز به ارسال به موقع و مطمین داده تصویر از برج‌های دوربین دار به مرکز کنترل از راه دور داریم. به منظور تسهیل در شناسایی طرح‌های توزیعی و داده‌های عددی، به طور مثال، تشخیص شناسایی، نیاز داریم که مرکز کنترل از راه دور در جلو قرار بگیرد. از آنجا که برج‌های دوربین دار به شکل یک زنجیره یک بعدی می‌باشند، منجر به ایجاد توپولوژی شبکه‌های خطی می‌شود. تحت چنین توپولوژی پروتکل‌های ارتباطی(33،39،51) مطلوب می‌باشند چون آن‌ها دقیقا برای شبکه‌های خطی طراحی شده‌اند تا داده‌های عددی را مورد بررسی قرار دهند. با این حال، برای پشتیبانی از طرح تشخیص توزیعی، تمام تصاویر گرفته شده به مرکز کنترل از راه دور فرستاده می‌شوند. بنابراین، پروتکل‌های ارتباطی طراحی شده از Qos - aware اعتبار کیفیت و مناسب بودن تصاویر دریافتی را ضمانت می‌کنند.

4-6-چالش‌های تحقیقاتی


براساس توسعه و چارچوب عملیاتی حسگرهای مرزی، چالش‌های زیر پدیدار می‌شوند :

4-6-1-تشخیص تطبیقی برای سنسورهای زمینی // زیرزمینی


معماری حسگرهای مرزی نیاز مفرطی به مشارکت حسگرهای تصویربرداری دارند، از آنجا که مقدار زیادی از اطلاعات نفوذهای مشکوک به وسیله حسگرهای زمینی // زیرزمینی جمع آوری می‌شود، نیاز به تایید اعتبار توسط حسگرهای تصویربرداری دارد. با توجه به تعداد محدود برج‌های مراقبت و پهنای باند محدود، تعداد حوادث ایجاد شده به وسیله حسگرهای زمینی // زیرزمینی و فرستاده شده به حسگرهای تصویربرداری باید به حداقل برسد. برای به حداقل رساندن تعداد حوادث در حالی که دقت تشخیص رضایت بخش باشد، نیاز به الگوریتم تشخیص تطبیقی برای حسگرهای زمینی // زیرزمینی می‌باشد. . به طورخاص، تعداد رخدادهایی که توسط حسگرهای زمینی // زیرزمینی ایجاد می‌شوند، می‌توانند به طور موثری توسط افزایش آستانه تشخیص کاهش یابند یا به وسیله تعدادی از حسگرهای زمینی // زیرزمینی مربوط به فرآیند تصمیم گیری افزایش پیدا کنند. به هر حال، اگر آستانه تشخیص بیش از حد بالا باشد یا مقادیر حسگرهای زمینی // زیرزمینی درگیر نیز زیاد باشند، میزان خطای تشخیص به طرز غیرقابل قبولی بالا می‌رود.هم چنین آستانه تشخیص مطلوب و مقادیر حسگرهای زمینی // زیرزمینی درگیر، از موردی به مورد دیگر با توجه به شرایط آب و هوایی و محیطی متمایز، تفاوت دارد. بنابراین، الگوریتم باید به صورت کاملا انطباقی آستانه تشخیص را تعیین کند، هم چنین تعداد حسگرهای زمینی // زیرزمینی درگیر در فرآیند تصمیم گیری مبتنی بر نتایج تشخیص نهایی، توسط برج‌های مراقبت به دست می‌آید.

4-6-2-هماهنگی بین حسگرهای تصویربرداری


حسگرهای تصویربرداری نقش مهمی را در تشخیص و ردیابی نفوذ بازی می‌کند. همانطور که در مباحث گذشته بحث شد، اگر چه حسگر تصویربرداری می‌تواند با دقت بسیار بالایی نفوذ را تشخیص دهد، اما آنها نمی‌توانند مختل کننده‌های بینایی غیرخطی را تشخیص دهند (به طور مثال مزاحمی که پشت مانعی پنهان شده باشد). بنابراین، برای شناسایی و ردیابی مختل کننده‌های بینایی غیرخطی، نیاز به هماهنگی بین چند حسگر تصویربرداری چندرسانه ای نزدیک به هم داریم. علاوه به براین در چارچوب حسگرهای مرزی، انتظار داریم که حسگرهای تصویربرداری همانطور که در شکل 2 نشان داده می‌شوند در محدوده پوشش دایره قرار بگیرند. محدوده نیم دایره در مقابل مرز برای تشخیص نفوذ استفاده می‌شود، در حالی که محدوده نیم دایره‌ای که در پشت مرز استفاده می‌شود به صورتی کاملا سودمند ردیابی هدف را میسر می‌سازد قبل ازآن که پهبادها یا دستگاه‌های خودکار از بالا مزاحمان را شناسایی کنند. با این حال، رایج‌ترین حسگرهای تصویربرداری می‌توانند تنها در جهتی از جهت یابی موجود حس تشخیص داشته باشند. برای حل این مشکل، حسگرهای تصویربرداری چرخشی هدایتی (وابسته به راهنمایی و هدایت) می‌توانند در تغییر جهت دوربین تصویربرداری بنا بر سرعت دورانی خاصی که می‌توانند داشته باشند به کار گرفته شوند. حسگرهای تصویربرداری چرخشی می‌توانند کل صفحه تحت نظارت منطقه را به صورت دوره‌ای پوشش دهند اما گذشته از این مورد این موضوع باعث می‌شود که مناطق تحت نظارت درمواقع معینی زیر پوشش قرار نگیرند(12). برای به حداقل رساندن این مشکل، نیاز به تجزیه و تحلیلی مشترک از هماهنگی بین حسگرهای تصویربرداری نزدیک به هم داریم تا مرحله اولیه جهت گیری و سرعت چرخش دوربین‌های تصویربرداری تعیین شود. علاوه به براین، با توجه به چارچوب حسگرهای مرزی، حسگرهای تصویربرداری به وسیله رخدادهای مشکوکی که توسط حسگرهای زمینی زیرزمینی یافت می‌شود فعال می‌شوند. این مرحله در حسگرهای تصویربرداری چرخشی شاید توسط آن‌هایی که باعث ایجاد وقایع می‌شوند تغییر پیدا کند. بنابراین، همکاری بین حسگرهای تصویربرداری چرخشی و حسگرهای زمینی زیرزمینی نیز باید مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد.

4-6-3-پروتکل‌های ارتباط تطبیقی Qos – aware


سیستم‌های حسگر مرزی می‌توانند هم در خاک و هم در بالای سطح زمین مستقر شوند، این رسانه متفاوت به میزان قابل توجه ای خصوصیات کانال‌های متفاوت را نشان می‌دهد( 14،40 ،32،13 ). به این ترتیب، برای طراحی راه حل ارتباطی باید پروتکل‌های مناسبی هم در خاک و هم در رسانه هوایی اتخاذ گردد و انتقال پروتکل یکپارچه درمحدوده رسانه مهیا شود. علاوه به براین، با توجه به قدرت محدود، محاسبات و قابلیت‌های ارتباطی گره‌های حسگرهای موجود، پروتکل‌هایی با پیچیدگی‌های پایین برای عمر طولانی سیستم و بهره وری بالا در شبکه‌های حسگر توزیعی مناسب می‌باشند. از سوی دیگر، برنامه‌های گشت مرزی نیازمند شرایطی دقیق از نظر صحت و به هنگام بودن اطلاعات با دستگاه‌های low-end می‌باشند. بنابراین، طراحی با پیچیدگی کم و پروتکل‌هایی با بهره وری بالا در این مورد قابل توجه می‌باشند. براین اساس، مدل‌های ارتباطی که دارای قابلیت پیکربندی می‌باشند مورد توجه هستند که می‌توانند به صورت کاملا انطباقی پارامترهای سیستم را تنظیم کنند. برای مثال، استراتژی تلفیق (مدالیسیون)، نرخ رمزگذاری و زمان رقابت کانال باید انرژی مصرفی سنسور به حداقل برسد و کیفیت خدمات موردنیاز مانند دقت تشخیص، پوشیدگی، نرخ خطا و حرکت نامنظم اتفاقی باید راضی کننده باشد.

4-7-نتیجه گیری


در این فصل ، ما حسگرهای مرزی را به عنوان یک معماری شبکه بی سیم حسگر ترکیبی برای گشت مرزی معرفی کرده‌ایم که برای کاهش نفوذ انسان و بهبود دقت تشخیص سیستم‌های گشت مرزی متداول به کار گرفته می‌شود. حسگر مرزی یک سیستم منسجم است که دارای مختصات متفاوتی از تکنولوژی‌ها می‌باشد، از جمله می‌توان به وسایل نقلیه بدون سرنشین، سنسورهای خودکار زمینی زیرزمینی و هم چنین برج‌های مراقبت که به سنسور دوربین مجهزند اشاره کرد. معماری شبکه حسگر بی سیم پیوندی، ترکیبی سودمند از تکنیک‌های موجود گشت مرزی را ارایه می‌دهد. به طورخاص، حسگرهای تصویربرداری دقت تشخیص نتایج را به خوبی محدوده تشخیصی بزرگ‌تر فراهم می‌کنند. هم چنین حسگرهای زمینی زیرزمینی می‌توانند عاملیت نفوذ را وقتی که مزاحم به عنوان مختل کننده‌های بینایی غیرخطی درمحدوده حسگرهای تصویربرداری نباشد ، مشخص کنند و حسگرهای متحرک قابلیت ردیابی نفوذ را برای ردیابی مزاحمان پس از شناسایی آن‌ها مهیا می‌کند. معماری شبکه از حسگرهای مرزی در ابتدا توصیف شده است. علاوه به براین، استراتژی استقرار حسگرهای زمینی / زیرزمینی، برج‌های مراقبت، پهبادها و روبات‌ها نیز مورد بحث قرار گرفته است. هم چنین بر پایه معماری شبکه و استراتژی استقرار، استراتژی تشخیص نفوذ، الگوریتم ردیابی مزاحم و ارتباطات اکتشاف گرا توضیح داده شده است. در نهایت، پژوهش حاضر با چالش‌ها و مسائل مربوط به تحقیقات مفتوح، مورد بحث قرار گرفته است. آثار آینده شامل ارزیابی شبیه سازی توسعه پیشنهادی و چارچوب عملیات سیستم‌های حسگر مرزی می‌باشد. سپس گستره آزمایش توسعه داده خواهد شد و برای تست عملکرد سیستم در برنامه‌های کاربردی گشت مرزی واقعی به کار خواهد رفت.

#شبکه_های_حسگر_بیسیم
3 نظر
محمد نصیری

مهندس واقعا ممنون از اشتراک گذاری این مقاله مفید تحقیقاتی ... امیدوارم در آینده این موضوع باب بشه بین دانشجویان فناوری اطلاعات که بعد از اتمام پایان نامه اون رو به اشتراک بگذارند تا دیگران هم استفاده کنند و به روند پیشرفت فناوری اطلاعات کمک کنیم ، فقط حجم این مطلب واقعا بالا هست و با توجه به قوانین سایت شما می تونید هر 28 خط فونت 8 تاهوما رو تبدیل به یک مقاله کنید که فکر می کنم از مطلب شما حداقل 4 تا مقاله بشه بیرون آورد اینجوری خودنش هم راحت تر میشه ، به امید خدا در آینده ای نه چندان دور یک Subdomain به نام Academic.tosinso.com راه اندازی می کنیم که فقط بحث های این حوزه و تحقیقات فناوری اطلاعات داخلش مطلب بشه ، موفق و پیروز و البته ITPRO باشید

محمد رشتی

با سلام و خسته نباشید . مقاله شما را خواندم برام خیلی جالب بود چون حقیقتش اولین بار که چنین مطلبی را میفهمم و خیلی تازگی داشت و مورد تامل. خسته نباشید

hassani

با سلام ,در این مقاله اینترنت اشیاء هم به کار گرفته شده؟

در واقع سوالم این هستش که میتونیم بگیم کاربرد اینترنت اشیاء در شبکه حسگر ؟

نظر شما
برای ارسال نظر باید وارد شوید.
از سرتاسر توسینسو
تنظیمات حریم خصوصی
تائید صرفنظر
×

تو می تونی بهترین نتیجه رو تضمینی با بهترین های ایران بدست بیاری ، پس مقایسه کن و بعد خرید کن : فقط توی جشنواره تابستانه می تونی امروز ارزونتر از فردا خرید کنی ....