شبکه‌های حسگر بی‌سیم

توسعه شبکه‌های حسگر بی‌سیم در ابتدا در نیروی نظامی آغاز شد و در مواردی همچون نظارت بر زمین نبرد تحت آزمون قرار گرفت. امروزه این شبکه‌ها کاربردهای صنعتی و مصرفی زیادی پیدا کرده‌اند. از میان این کاربردها می‌توان به نظارت تولید کارخانه‌ای و کنترل آنها، نظارت بر سلامت ماشین و... اشاره کرد.

 

یک شبکه WSN از مجموعه‌ای از گره‌ها تشکیل شده است که می‌توانند تعداد آنها از چندتا تا چندصد حسگر متغیر باشد. در این شبکه‌ها هر گره به گره دیگر (یا چند گره دیگر) متصل است. هر کدام از این حسگرهای شبکه، معمولا چند بخش دارند:‌

 

یک گره حسگر در اندازه‌های متفاوت وجود دارد و می‌تواند به اندازه یک جعبه کفش یا حتی به اندازه گرد و غبار وجود داشته باشد، هر چند که عملکرد اصلی این گره‌های میکروسکوپیک هنوز مشخص نشده است. هزینه این گره‌های سنسوری متغیر است و از چند صد ریال تا چند صد میلیون ریال می‌توان آنها را تهیه کرد و بستگی به ساختار درونی گره حسگر و پیچیدگی معماری آن دارد.

 

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

 

نظارت منطقه‌ای یکی از کاربردهای عمومی شبکه‌های حسگر بی‌سیم است. در این مورد، شبکه روی ناحیه‌ای که پدیده‌ای باید در آن تحت نظارت قرار گیرد، پهن می‌شود. یکی از مثال‌های نظامی آن می‌تواند در مرزها باشد تا هجوم دشمنان را تشخیص دهد. یکی از کاربردهای عمومی این شبکه‌ها، استفاده آنها در خطوط لوله نفت و گاز است تا نشت لوله را سریعا شناسایی کند.

 

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

در نهایت از کاربردهای دیگر نظارت منطقه‌ای می‌توان به تشخیص حضور خودرو، و نوع آن (کامیون، موتورسیکلت یا خودروی سواری) اشاره کرد.

 

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

 

شبکه‌ای از گره‌های حسگر می‌تواند در جنگل قرار بگیرد و هنگام شروع آتش در آن، هشدار بموقع صادر کند. این گره‌ها که مجهز به حسگرهای کنترل دما، رطوبت و گازهای تولیدی از سوختن گیاهان هستند، هشدارهای لازم را در صورت آتش‌سوزی به واحد مرکزی ارسال می‌کنند. تشخیص سریع و بموقع باعث می‌شود، عملکرد آتش‌نشانان مفیدتر باشد و با هزینه بسیار کمتری خطر آتش‌سوزی کل جنگل رفع شود. به کمک همین حسگرها می‌توان حتی جهت گسترده‌ شدن آتش را کشف کرد.

 

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

 

سیستم تشخیص زمین‌لرزه از شبکه حسگرهای بی‌سیم استفاده می‌کند تا کوچک‌ترین حرکت زمین و تغییرات پارامتریک آن را قبل یا هنگام زلزله ثبت کند و با توجه به این داده‌ها می‌توان حتی زلزله را مدت‌ها پیش از وقوع آن، تشخیص داد.

 

شبکه‌های حسگر بی‌سیم همچنین برای سیستم‌های نگهداری از ماشین‌های صنعتی نیز به‌کار می‌آیند و علاوه بر امکاناتی که عرضه می‌کنند، می‌توانند در هزینه صرفه‌جویی کنند. پیش‌از این تشخیص و کنترل سلامت نواحی از ماشین صنعتی که غیر قابل دسترسی یا سمی بود، ممکن نبود و حالا با کمک این حسگرها بسادگی می‌توان آنها را کنترل کرد.

 

فرصت‌های زیادی برای استفاده از این شبکه‌ها در صنعت آب و فاضلاب وجود دارد. تاسیساتی که ارتباط داده‌ای ندارند، می‌توانند از شبکه‌های بی‌سیم استفاده کرده و با کمک باتری (یا پنل خورشیدی) انرژی لازم برای حسگرها را تامین کنند.

 

استفاده از شبکه‌های حسگر بی‌سیم در صنعت دامداری بشدت در حال عمومی شدن است؛ استفاده از یک شبکه حسگر می‌تواند دامدار را از نگهداری تجهیزات و سیم‌ها در محیط‌های دشوار راحت کند. سیستم‌های آبرسانی می‌توانند با کمک حسگرهای فشار کنترل شده و به ‌صورت خودکار آب لازم را برای دام‌ها تامین کنند و حتی مقدار آب را برای محاسبه و حسابداری به دست بیاورند.

 

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

 

گره‌های حسگر در حقیقت کامپیوترهای کوچکی هستند که رابط کاربری و مولفه‌های محدودی دارند. این سنسورها از یک واحد پردازش، واحد حافظه و سنسورها تشکیل شده‌اند که به یک دستگاه ارتباطی که 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 شبکه‌ها از کامپیوتری با قدرت‌هایی به‌مراتب بیشتر تشکیل شده است و توانایی دریافت و ارسال داده‌ها را از گره‌ها به سرور دارد. از دیگر مولفه‌های حیاتی این شبکه‌ها، در شبکه‌هایی که توپولوژی وابسته به مسیریاب دارند، دستگاه‌های مسیریاب است. مسیریاب‌ها برای اتصال دستگاه‌های بیرونی از جمله گوشی‌های تلفن همراه، تلفن‌های ماهواره‌ای، مودم‌های رادیویی، لینک‌های وای‌فای و... به شبکه حسگر بی‌سیم استفاده می‌شوند.