شبکه‌های حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Networks)

شبکه‌های حسگر بی‌سیم [1]، دسته خاصی از شبکه‌های موردی[2] هستند. یک شبکه حسگر بی‌سیم شامل تعداد زیادی از گره‌های حسگر است که به طور متراکم در اطراف پدیده فیزیکی مورد نظر توزیع شده‌اند. گره‌های حسگر دارای قابلیت‌های حسی، محاسباتی و ارتباط بی‌سیم می باشند. هر گره دارای یک یا گاهی اوقات چندین حسگر است. این حسگر‌ها جهت اندازه‌گیری پارامترهایی مثل دما، صدا، سرعت، فشار، رطوبت، آلاینده‌ها و ... بکار می‌روند. حسگر‌ها کوچک و ارزان بوده و با باتری کار می‌کنند. گره‌های حسگر با یکدیگر همکاری می‌کنند تا اطلاعاتی با کیفیت بالا را درباره محیط فیزیکی تولید کنند. این گره‌ها می‌توانند داده‌های جمع‌آوری شده را به گره‌های دیگر یا به ایستگاه پایه[3](BS) ارسال کنند. ایستگاه پایه ممکن است یک گره ثابت یا متحرک باشد که قادر است شبکه حسگر را به یک زیر‌ساخت ارتباطی موجود یا اینترنت متصل کند، به‌طوری که کاربر می‌تواند به داده‌های گزارش شده دسترسی داشته باشد. در حقیقت ایستگاه‌های پایه به عنوان یک دروازه[4] بین گره‌های حسگر و کاربر نهایی عمل می‌کنند و به طور معمول داده‌ها را از شبکه حسگر بی‌سیم به یک سرور ارسال می‌کنند. شبکه‌های حسگر با انگیزه استفاده در کاربرد‌های نظامی مانند نظارت بر میدان جنگ توسعه پیدا کردند، اما امروزه در صنعت و بسیاری از مقاصد غیر‌نظامی استفاده می‌شوند. به دلیل محدودیت انرژی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، یکی از مهمترین مسائل در این شبکه‌ها، کمینه کردن مصرف انرژی است. علاوه بر یک یا چند حسگر، هر گره از شبکه معمولا مجهز به یک فرستنده و گیرنده رادیویی[5]، یک میکروکنترلر[6] و یک منبع انرژی (معمولا یک باتری) است. از آنجایی که تعداد زیادی از گره‌های حسگر به طور متراکم استقرار یافته‌اند، گره‌های همسایه ممکن است به یکدیگر خیلی نزدیک باشند. از این رو انتظار می‌رود که ارتباطات چند‌گامی[7] در شبکه‌های حسگر، انرژی کمتری را نسبت به ارتباطات تک‌گامی سنتی مصرف کنند.

توپولوژی‌های بکار رفته در شبکه‌های حسگر بی‌سیم عبارتند از:

شبکه ستاره[8]

یک شبکه ستاره، یک توپولوژی ارتباطی است که در آن یک ایستگاه پایه می تواند یک پیام را به تعدادی گره راه دور ارسال کند یا پیامی را از آنها دریافت کند. گره‌های راه دور فقط می‌توانند یک پیام را از ایستگاه پایه دریافت یا پیامی را به آن ارسال کنند، اما امکان ارسال پیام به یکدیگر را ندارند. مزیت این توپولوژی برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم، سادگی و حداقل مصرف انرژی است. این توپولوژی همچنین اجازه ارتباطات کم‌‌تراکم بین گره راه دور و ایستگاه پایه را می‌دهد. عیب چنین شبکه‌ای این است که ایستگاه پایه باید در محدوده انتقال رادیویی تمام گره‌های مجزا باشد وهمچنین به دلیل وابستگی به یک گره (ایستگاه پایه) به قدرتمندی سایر شبکه‌ها نیست.

توپولوژی شبکه ستاره

شبکه توری[9]

یک شبکه توری، یک شبکه ارتباطی است که در آن هر گره موجود در شبکه می تواند پیام خود را به گره‌های دیگری که در محدوده انتقال رادیویی آن باشند، ارسال کند. این توپولوژی امکان ارتباطات چند‌گامی را فراهم می کند. از این رو، اگر یک گره بخواهد پیامی را به گره دیگری که در خارج از محدوده آن قرار دارد ارسال کند، می تواند از گره‌های میانی استفاده نماید. این توپولوژی دارای مزایای افزونگی[10] و مقیاس‌پذیری[11] است. اگر یک گره منحصر بفرد خراب شود، گره راه دور می تواند با گره دیگری در محدوده خود ارتباط بر‌قرار کند و پیام خود را به مکان مورد‌نظر برساند. به علاوه، محدوده شبکه می‌تواند به سادگی از طریق اضافه کردن گره‌های بیشتر به سیستم، گسترش یابد. عیب این نوع شبکه این است که مصرف انرژی در گره‌هایی که ارتباطات چند‌گامی را پیاده‌سازی می‌کنند، بیشتر از گره‌هایی است که این قابلیت را ندارند. به علاوه، با افزایش تعداد گام‌های ارتباطی به یک مقصد، زمان تحویل پیام نیز افزایش می یابد.

توپولوژی شبکه توری

شبکه ترکیبی ستاره-توری[12]

ترکیب شبکه ستاره و توری، شبکه قدرتمند و تطبیق‌پذیری را فراهم می‌کند. در این توپولوژی، گره‌های حسگر کم انرژی قادر به ارسال پیام‌ها نیستند و در نتیجه مصرف انرژی کمینه است. هر‌چند گره‌های دیگر شبکه دارای قابلیت چند‌گامی می باشند و می‌توانند پیام‌ها را از گره‌های کم انرژی به سایر گره‌های شبکه ارسال کنند. به‌طور کلی، گره های دارای قابلیت چند‌گامی انرژی بیشتری دارند.

توپولوژی شبکه ترکیبی ستاره-توری

تفاوت های شبکه‌های حسگر بی‌سیم با شبکه‌های موردی به شرح زیر است:

· تعداد گره‌های حسگر موجود در شبکه حسگر چندین برابر تعداد گره‌های شبکه موردی است.

· گره‌های حسگر بسیار متراکم‌تر هستند.

· گره‌های حسگر به دلیل کوچک بودن و ارزان بودن، بیشتر مستعد خرابی هستند.

· توپولوژی شبکه حسگر تقریبا حالت ایستا دارد و گره‌های حسگر به طور معمول ساکن هستند، در حالی که توپولوژی شبکه‌های موردی بیشتر به صورت پویا می باشد.

· گره‌های حسگر به طور کلی از ارتباطات پخش فراگیر[13] استفاده می‌کنند، در حالی که ارتباطات شبکه‌های موردی بر‌اساس ارتباطات نقطه به نقطه[14] است.

· محدودیت‌های انرژی در شبکه‌های حسگر شدید‌تر از محدودیت‌های موجود در شبکه‌های موردی است.

· گره‌های حسگر دارای محدودیت در توان، ظرفیت محاسباتی و حافظه می باشند.

· گره‌های حسگر دارای شناسه عمومی نمی‌باشند که این امر به دلیل تعداد زیاد گره‌ها و حجم زیاد سربار می‌باشد.

· در گره‌های حسگر، حس کردن[15] و پردازش داده‌ها ضروری است.

بعضی از کاربرد‌های شبکه‌های حسگر بی‌سیم به شرح زیر است:

· کاربرد‌های نظامی مثل نظارت بر میدان جنگ و ردیابی تانک‌ها و دیگر تجهیزات نظامی دشمن

· کاربرد‌های محیطی مثل نظارت بر آلودگی هوا، شناسایی آتش‌سوزی در جنگل‌ها، کشف و بررسی تغییرات محیطی در دشت‌ها، جنگل‌ها و اقیانوس‌ها و ...

· کاربرد‌های پزشکی و مراقبت از سلامتی مثل نظارت بر وضعیت بیماران

· خانه‌های هوشمند[16]

· کنترل ترافیک

نظارت و کنترل فرآیند‌های صنعتی

[1] ) Wireless sensor networks

[2]) Ad hoc networks

[3]) Base station

[4]) Gateway

[5]) Radio transceiver

[6] ) Microcontroller

[7]) Multi-hop

[8]) Star Network

[9]) Mesh network

[10]) Redundancy

[11] ) Scalability

[12]) Hybrid star-mesh network

[13]) Broadcast

[14] ) Point-to-point

[15]) Sensing

[16]) Smart home

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Networks)

مطالب مشابه :

تفاوت های شبکـه های حسگـر با شبـکـه های ادهاک

شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

امنيت در شبكه هاي حسگر بي سيم

بهبود کارآیی روش های انتشار اطلاعات در شبکه های حسگر بیسیم از طریق تجمیع اطلاعات

مسیریابی در شبکه های بیسیم حسگر-قسمت دوم

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Networks)

تاريخچه شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم زیر آب - شبکه های سنسور بی سیم زیر آب

بررسی شبکه های حسگر بیسیم کامل

شبکه های حسگر بیسیم