شبكه‌های حسگر بی‌سیم

 


شبكه‌های حسگر بی‌سیم از مجموعه‌ای از سنسورهای خودكار تشكیل شده‌اند تا برشرایط فیزیكی یا محیطی نظارت كنند. این شرایط می‌تواند، حرارت، صدا، لرزش، فشار، حركت یا آلودگی‌ها باشد. این شبكه‌ها داده‌ها را از طریق شبكه به یك واحد مركزی ارسال می‌كنند. شبكه‌های مدرن‌تر امروزی دو طرفه هستند و امكان كنترل فعالیت سنسورها را هم فراهم كرده‌اند.


شبكه‌های حسگر بی‌سیم

توسعه شبكه‌های حسگر بی‌سیم در ابتدا در نیروی نظامی آغاز شد و در مواردی همچون نظارت بر زمین نبرد تحت آزمون قرار گرفت. امروزه این شبكه‌ها كاربردهای صنعتی و مصرفی زیادی پیدا كرده‌اند. از میان این كاربردها می‌توان به نظارت تولید كارخانه‌ای و كنترل آنها، نظارت بر سلامت ماشین و... اشاره كرد.

 

یك شبكه WSN از مجموعه‌ای از گره‌ها تشكیل شده است كه می‌توانند تعداد آنها از چندتا تا چندصد حسگر متغیر باشد. در این شبكه‌ها هر گره به گره دیگر (یا چند گره دیگر) متصل است. هر كدام از این حسگرهای شبكه، معمولا چند بخش دارند:‌

** گیرنده‌/‌فرستنده رادیویی با آنتن داخلی یا اتصال به آنتن بیرونی

** میكروكنترلر كه مداری است الكترونیكی برای ارتباط برقرار كردن با سنسورها و منابع تغذیه

** ‌ باتری یا شكل متصلی از دستگاه ذخیره‌سازی انرژی

 

یك گره حسگر در اندازه‌های متفاوت وجود دارد و می‌تواند به اندازه یك جعبه كفش یا حتی به اندازه گرد و غبار وجود داشته باشد، هر چند كه عملكرد اصلی این گره‌های میكروسكوپیك هنوز مشخص نشده است. هزینه این گره‌های سنسوری متغیر است و از چند صد ریال تا چند صد میلیون ریال می‌توان آنها را تهیه كرد و بستگی به ساختار درونی گره حسگر و پیچیدگی معماری آن دارد.

شبكه‌های حسگر بی‌سیم

اندازه و هزینه در حسگرها با منابع مرتبط با آن، از جمله انرژی، حافظه، سرعت محاسباتی و پهنای باند ارتباطاتی نسبت مستقیم دارد. توپولوژی شبكه‌های WSN می‌تواند از یك حالت ستاره‌ای ساده تا یك شبكه مش پیچیده متغیر باشد.

كاربردها

نظارت منطقه‌ای

نظارت منطقه‌ای یكی از كاربردهای عمومی شبكه‌های حسگر بی‌سیم است. در این مورد، شبكه روی ناحیه‌ای كه پدیده‌ای باید در آن تحت نظارت قرار گیرد، پهن می‌شود. یكی از مثال‌های نظامی آن می‌تواند در مرزها باشد تا هجوم دشمنان را تشخیص دهد. یكی از كاربردهای عمومی این شبكه‌ها، استفاده آنها در خطوط لوله نفت و گاز است تا نشت لوله را سریعا شناسایی كند.

وقتی حسگرها رویداد مورد نظر را نظارت می‌كنند، این رویداد به یكی از ایستگاه‌های اصلی گزارش می‌شود، سپس عملكرد لازم در مقابل آن انجام می‌شود (پیغامی به اینترنت یا ماهواره ارسال شود)

در نهایت از كاربردهای دیگر نظارت منطقه‌ای می‌توان به تشخیص حضور خودرو، و نوع آن (كامیون، موتورسیكلت یا خودروی سواری) اشاره كرد.

 

نظارت بر آلودگی هوا

شبكه‌های حسگر بی‌سیم برای تشخیص آلودگی هوا در شهرهای بزرگی همچون (استكهلم، لندن یا بریزبن) استفاده می‌شود تا شرایط آلودگی هوا برای شهروندان را بسنجد.

 

تشخیص آتش در جنگل‌ها

شبكه‌ای از گره‌های حسگر می‌تواند در جنگل قرار بگیرد و هنگام شروع آتش در آن، هشدار بموقع صادر كند. این گره‌ها كه مجهز به حسگرهای كنترل دما، رطوبت و گازهای تولیدی از سوختن گیاهان هستند، هشدارهای لازم را در صورت آتش‌سوزی به واحد مركزی ارسال می‌كنند. تشخیص سریع و بموقع باعث می‌شود، عملكرد آتش‌نشانان مفیدتر باشد و با هزینه بسیار كمتری خطر آتش‌سوزی كل جنگل رفع شود. به كمك همین حسگرها می‌توان حتی جهت گسترده‌ شدن آتش را كشف كرد.

 

گلخانه‌ها

این حسگرها می‌توانند برای كنترل دما و رطوبت گلخانه‌ها نیز استفاده شوند. وقتی دما و رطوبت به پایین‌تر از حد استاندارد می‌رسد، مدیر گلخانه با دریافت یك ایمیل یا پیامك تلفن همراه از شرایط با خبر شده و عملكرد لازم را انجام می‌دهد. در موارد اتوماتیك‌تر، خود این حسگرها كنترل سیستم‌های گرمایشی و تولید رطوبت را به‌دست می‌گیرند و تا رسیدن به شرایط ایده‌آل آنها را روشن نگه می‌دارند.

 

تشخیص زمین‌لرزه

سیستم تشخیص زمین‌لرزه از شبكه حسگرهای بی‌سیم استفاده می‌كند تا كوچك‌ترین حركت زمین و تغییرات پارامتریك آن را قبل یا هنگام زلزله ثبت كند و با توجه به این داده‌ها می‌توان حتی زلزله را مدت‌ها پیش از وقوع آن، تشخیص داد.

 

 

كاربردهای صنعتی

 

نظارت بر سلامت ماشین‌ها

شبكه‌های حسگر بی‌سیم همچنین برای سیستم‌های نگهداری از ماشین‌های صنعتی نیز به‌كار می‌آیند و علاوه بر امكاناتی كه عرضه می‌كنند، می‌توانند در هزینه صرفه‌جویی كنند. پیش‌از این تشخیص و كنترل سلامت نواحی از ماشین صنعتی كه غیر قابل دسترسی یا سمی بود، ممكن نبود و حالا با كمك این حسگرها بسادگی می‌توان آنها را كنترل كرد.

 

نظارت آب و فاضلاب

فرصت‌های زیادی برای استفاده از این شبكه‌ها در صنعت آب و فاضلاب وجود دارد. تاسیساتی كه ارتباط داده‌ای ندارند، می‌توانند از شبكه‌های بی‌سیم استفاده كرده و با كمك باتری (یا پنل خورشیدی) انرژی لازم برای حسگرها را تامین كنند.

 

دامداری

استفاده از شبكه‌های حسگر بی‌سیم در صنعت دامداری بشدت در حال عمومی شدن است؛ استفاده از یك شبكه حسگر می‌تواند دامدار را از نگهداری تجهیزات و سیم‌ها در محیط‌های دشوار راحت كند. سیستم‌های آبرسانی می‌توانند با كمك حسگرهای فشار كنترل شده و به ‌صورت خودكار آب لازم را برای دام‌ها تامین كنند و حتی مقدار آب را برای محاسبه و حسابداری به دست بیاورند.

 

 

قابلیت‌های ساختاری

شبكه‌های حسگر بی‌سیم

شبكه‌های بی‌سیم مجازی در درون خود قابلیت‌های زیر را دارا هستند:

* مصرف انرژی گره‌ها از طریق باتری یا استخراج انرژی از اطراف گره‌ها تامین می‌شود.

* قابلیت كنار آمدن با گره‌های از كار افتاده در سیستم وجود دارد.

* قابلیت حمل گره‌ها

* توپولوژی دینامیك شبكه

* قطعی ارتباط

* قابلیت بزرگ شدن برای پیاده‌سازی در محیط‌های بزرگ

* مقاومت در برابر شرایط محیطی دشوار

* سادگی استفاده

* و اجرای عملیات بدون نظارت

 

گره‌های حسگر در حقیقت كامپیوترهای كوچكی هستند كه رابط كاربری و مولفه‌های محدودی دارند. این سنسورها از یك واحد پردازش، واحد حافظه و سنسورها تشكیل شده‌اند كه به یك دستگاه ارتباطی كه اغلب دستگاه فرستنده‌/‌گیرنده رادیویی است، متصل هستند. در انواع پیچیده‌تر این سنسورها، ماژول‌های استخراج انرژی یا دستگاه‌های ارتباطی دیگر نیز وجود دارند. ایستگاه‌های پایه در این شبكه‌ها از كامپیوتری با قدرت‌هایی به‌مراتب بیشتر تشكیل شده است و توانایی دریافت و ارسال داده‌ها را از گره‌ها به سرور دارد. از دیگر مولفه‌های حیاتی این شبكه‌ها، در شبكه‌هایی كه توپولوژی وابسته به مسیریاب دارند، دستگاه‌های مسیریاب است. مسیریاب‌ها برای اتصال دستگاه‌های بیرونی از جمله گوشی‌های تلفن همراه، تلفن‌های ماهواره‌ای، مودم‌های رادیویی، لینك‌های وای‌فای و... به شبكه حسگر بی‌سیم استفاده می‌شوند.

 

بخش دانش وزندگی تبیان