شبکههای حسگر بیسیم
با توجه به پیشرفتهای بسیار در عرصه شبکههای بیسیم و امکان استفاده از این نوع ارتباط در بسیاری از وسایل الکترونیکی، نوعی ارتباط شبکهای بهوجود آمده است که در آن تنها رایانهها بههم متصل نیستند، بلکه کلیه تجهیزات الکترونیکی بر مبنای پروتکلهای استاندارد نیز با یکدیگر در تعاملند.
پیشرفتهای اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بیسیم توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی را با توان مـصـرفـی پـایـین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کـاربـریهای گوناگون داده است. این حسگرهای کـوچـک کـه تـوانـایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی (بر اساس نوع حسگر) و پردازش و ارسال آن اطلاعات را دارند، موجب پیدایش ایدهای برای ایجاد و گسترش شبکههای موسوم به شبکههای بیسیم حسگر1 شدهاند.
یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گرههای حسگری است که در یک محیط بهطور گسترده پخش شده و به جمعآوری اطلاعات از محیط میپردازند. لـزومـا مـکـان قـرار گـرفـتن گرههای حسگری، از قبل تعیینشده و مشخص نیست. چنین خصوصیتی این امکان را فـراهم میآورد که بتوانیم آنها را در مـکـانهـای خـطـرنـاک یـا غـیرقابل دسـتـرس رهـا کنیم این سنسورها با دریافت اطلاعات از محیط و اعمال پرداش اولیه آنها را بهسمت ایستگاههای کـنـتـرلـی مـیفـرسـتند و پس از انجام پردازش و تـصـمیمگیری عمل مورد نظر توسط قسمتهای اجرایی صورت می پذیرد.
در ایـن سـیستمها بر خلاف سیستمهای سیمی قدیمی، از یک سو هزینههای پیکربندی و آرایش شبکه کاسته میشود و از سوی دیگر بهجای نصب هزاران متر سیم فقط باید دستگاههای کوچکی را که تقریبا چند سانتیمتر مکعب هستند را در نقاط مورد نظر قرار داد. شبکه بهسادگی با افزودن چند گره گسترش مییابد و نیازی به طراحی پیکربندی پیچیده نیست.
یـک نمونه از پیادهسازی سختافزاری گرههای حـسگر ذره میکا دانشگاه برکلی امریکا است. این نمونه، یک واحد حسگر کوچک (چندین اینچ مکعب) با یک واحد پردازنده مرکزی، منبع تغذیه، رادیو و چندین عنصر حسگر اختیاری است. پردازشگر آن یک پـردازنده 8–بیتی است که همراه با 128 کیلوبایت حافظه برنامه، 4کیلوبایت حافظه اصلـی بـرای داده، 512کیلوبایت حافظه فلش کار میکند. رادیوی آن یــــک رادیــــوی کــممــصـــرف 916مگاهرتز با پهنای باند40 کیلو در ثانیه است.
رادیو در حالت دریافت 4.8 میلیآمپر و در حالت ارسال تا 12میلیآمپر و در حالت خواب 5 میکروآمپر مصرف میکند.
کاهش اندازه برای ساختن گرههای ارزان و البته تـسـهـیل گسترش آن بسیار مهم است. گروههای تحقیقاتی امیدوارند که ضمن حفظ موثر تواناییهای حسگری و ارتباطی بتوانند موارد لازم حسگری، مخابره اطلاعات و محاسبات سختافزاری همراه با منبع تغذیه را در اندازه ای در حدود چند میلیمتر مکعب فراهم کنند.
تاریخچه شبکههای حسگر بیسیم
اگرچه تاریخچه شبکه های سنسوری را به دوران جنگ سرد و ایده اولیه آن را به طراحان نظامی صنایع دفاع آمریکا نسبت می دهند ولی این ایده می توانسته در ذهن طراحان ربات های متحرک مستقل یا حتی طراحان شبکه های بی سیم موبایل نیز شکل گرفته باشد و با توجه به گستردگی این شبکه ها می توان تاریخچه آن را در زمینه های مرتبط دیگر نیز جستجو کرد.
در دوره جنگ سرد شبکه های آکوستیک در آمریکا توسعه بسیاری پیدا کرد،این شبکه ها برای نظارت بر زیـردریایی ها بکار می رفت.امروزه تعدادی از این سنسورها توسط سازمان نوآ2 جهت نظارت بر فعالیت های لرزه نگاری در اقیانوس ها استفاده می شود.
در دهه 80 با ایجاد پروتکل جدیدی در شبکه آرپانت (نسل قبلی اینترنت) ،روش ارتباطی جدیدی بر اساس مفهوم شبکه سنسوری بکار گرفته شد. شبکه سنسوری توزیع شده3 در این قضیه نقش اساسی را ایفا می کرد.
در ادامه در دهه 80 و 90 توسعه وسیعی از شبکه های سنسوری در فعالیت های نظامی صورت گرفت و اولین محصولات تجاری نیز در این زمان تولید شد.
در اواخر دهه 90 و دهه اول قرن جدید با پیشرفت های گسترده در محاسبات و ارتباطات، نسل جدیدی از تکنولوژی شبکه های سنسوری بوجود آمد.نسل جدید سنسورها با قیمت های بسیار پایین تر و اندازه های کوچکتر و قدرت محاسبات بیشتری نسبت به سنسور های قدیمی بوجود آمد.
کلید توسعه و رواج یک تکنولوژی ایجاد استاندارد هـای مـخـصوص به آن تکنولوژی می باشد.ایجاد استانداردهای
a/b/g802.11 که همگی بر مبنای شبکه های بی سـیم می باشد و دیگر سیستم های بی سیم مانند بلوتوث، ZigBeeو WiMax باعث امکان بوجود آمدن ارتباطات همه گیر وقابل اطمینان در شبکه ها شده است.
کاربرد شبکههای سنسوری
شبکههای سنسوری از لحاظ کاربردی به گروههای بـسـیـاری تـقـسـیم مـیشـود که به تعدادی از آنها میپردازیم:
کنترل محیط
شبکههای بیسیم حسگر میتوانند برای کنترل و نظارت بر محیط بهکار روند. کنترل مواد آلاینده، کشف آتشسوزی جنگل و شمارش تعداد گیاهان و حیواناتی کـه در یـک مـکان خاص زندگی میکنند از نمونه کاربردهای این سیستم است.
مراقبتهای بهداشتی و سلامت
نصب سنسورها بر بدن بیماران جهت کنترل علائم حیاتی آنها، برای زمانی که نیاز است این بیماران یک مـدت زمـان زیـادی تحت کنترل باشند. راهنمایی بیماران برای مصرف دارو (حسگرهای جاسازی شده در بستههای دارو تا زمانی که یک بیمار دارو را بهصورت اشتباه مصرف کرد، یک پیام هشدار تولید میشود) و یا نظارت و شناسایی رفتار و حرکات افراد ،بطور مثال شناسایی زمین خوردن افراد سالخورده و اعلام به بخش مراقبت از نمونه این کاربردها هستند.
کاربردهای نظامی
شـبـکـههـای سنسور بیسیم میتوانند بهعنوان بخش مهمی از سیستمهای ارتباطی، نظارتی، ناوبری و پردازش نظامی مورد استفاده قرار گیرند. گاهی اوقات در ایـن شـبـکـهها نودها با فرستنده و گیرندههای مـاهـوارهای جـهـانی GPS همراه میشوند که در موقعیتیابی دقیق مناطق جنگی مورد استفاده واقع میشود.
نـمـونـه دیـگـر کاربرد نظامی این شبکهها برای محافظت از مرزها بدون حضور انسان است. در این روش سـنـسـورهـای نـظارتی (دوربینهای کوچک هوشمند) همراه با دیگر سنسورها به گردآوری داده از محیط میپردازند و در صورت تشخیص هر وضعیتویژهای، بخش کنترل مرکزی سیستم را آگاه میسازند. سیستم مرکزی میتواند با پردازش اطلاعات رسیده واکنش مناسبی را انجام دهد؛ مانند: فعال شدن مینها بهطور خودکار در منطقه هدف و یا روشن شدن محل در تاریکی شب و یا گزارش به نزدیکترین مقر نظامی.
یکی دیگر از مزایای این روش محافظت از مناطقی است که دارای شرایط جغرافیایی سخت هستند، بهطوری که حضور انسان در آنجا مشکل یا غیرممکن باشد.
کشاورزی و دامداری
استفاده از شبکههای بیسیم حسگر در کشاورزی اجازه میدهد تا آبیاری بهطور دقیق انجام شود و بارور کردن خاک با قرار دادن سنسورها در داخل خاک انجام میشود. برای این کار تعداد سنسور نسبتا کمی نیاز است (تقریبا یک سنسور در هر صد متر مربع. ) بههمین نحو، برای کنترل آفت در زمین کشاورزی میتوان از این شبکه استفاده کرد.
کاربرد خانگی
هدف اصلی از شبکههای سنسوری در کاربردهای خانگی افزایش سطح راحتی و آرامش زندگی همراه با کاهش میزان مصرف انرژی است. از مهمترین نمونهها، کنترل دما و شرایط تهویه مطبوع، کنترل میزان مصرف برق، سیستمهای ضد سرقت و در کل ایجاد خانه هوشمند، که موضوع مورد علاقه بسیاری از محققین و شرکت های تجاری است.
کنترل رفتار و حرکات کودک و جلوگیری از ورود کودک به قسمتهای خطرناک منزل مثل آشپزخانه که امروزه با کمک فناوری بیسیم RFID پیادهسازی میشود.
دیگر کاربردها
برخی از کاربردهای شبکههای سنسوری، کاربردهای آزمایشگاهی، کاربردهای نظارتی، کاربردهای جهانگردی، کاربردهای آموزشی، کاربردهای حملونقل و کنترل ترافیک و و بسیاری موارد دیگر که هر روز بر تعداد آنها افزوده میشود.
Wireless Sensor Networks: WSN.1
National Oceanographic and Atmospheric Administration: NOAA.2
Distributed Sensor Networks: DSN.3
گفت و گو
