1يناير

شبكات الاستشعار اللاسلكية WSN

تشكّل شبكات الاستشعار اللاسلكية Wireless Sensors Network والتي يشار لها اختصاراً WSN، ثورةً علميةً في مجال الاتصالات اللاسلكية والنظم المدمجة، ذلك أنها فتحت المجال أمام ابتكار جيلٍ  جديدٍ من التطبيقات في مجالات متنوعة مثل البيئة ورصد الأحوال الجوية، والمراقبة الصحية، وفحص سلامة الأبنية والمنشئات، والأمن مثل اكتشاف المتطفلين وعمليات اقتحام المناطق المحظورة، وحركة المرور وكشف الحرائق.

تتعلق هذه التطبيقات أساساً بعمليات المراقبة والتحكم عن بعد لأحداث حسية (أو فيزيائية) مختلفة ومتعددة مثل الحرارة, والضغط، والضوء، والصوت وما إلى غير ذلك من خلال أجهزة لاسلكية صغيرة الحجم، إذ تحتوي هذه الأجهزة على مستشعرات تقوم بالتقاط وجمع المعلومات المتحَسّسة في البيئة المراقَبَة، ومن ثم تقوم بإرسالها لاسلكيا من جهاز إلى آخر بالتعاون فيما بينها إلى محطة مراقبة، وهي عبارة عن حاسوب يقوم بتجميع المعلومات من أجهزة الحسّاسات اللاسلكية المتناثرة ومعالجتها وتحليلها، كما يوضح الشّكل 1 الذي يقدّم نموذجاً عاماً لشبكات الاستشعار اللاسلكية.

الشكل 1 نموذج عام عاماً لشبكات الاستشعار اللاسلكية WSN

مكونات عقدة الاستشعار  (Sensor Node):

إن عقدة الاستشعار (Sensor node) هي عبارة عن جهاز يحتوي على معالج دقيق وذو قدرة على الرصد والاتصال اللاسلكيّ، وهو يعاني من صغر حجم الذاكرة  بالإضافة لمحدودية مخزون الطاقة.

تتكون عقدة الاستشعار كما في الشكل رقم 2 الوحدات التالية:

  • وحدة الاستشعار (Sensor unit).
  • وحدة تخزين البيانات (Memory)  ومعالجتها (Micro-controller).
  • وحدة الإرسال و الاستقبال (Transmitter & Receiver unit)

الشكل 2 مكونات عقدة الاستشعار Sensor Node

الطاقة :

إن التطبيقات الحديثة في مجالات أجهزة الاستشعار اللاسلكية تتطلّب من جهة أجهزة ذات عمر افتراضي كبير، ومن جهة أخرى تحتوي هذه الأجهزة عادة على مصدر محدود للطاقة وعادة ما يتم تزويد كل جهاز استشعار -عادة- ببطاريتين من نوع AA قابلتين لإعادة الشحن،تؤثر عدة عوامل في استهلاكها للطاقة

  • عدد مدخلات الجهاز.
  • عدد الخدمات.
  • مدة الإرسال والاستقبال
  • الظروف البيئيّة المحيطة كدرجة الحرارة .
  • دقة القراءات المطلوبة .
  • موجات الراديو المستخدمة.

حجم الذاكرة

تحتوي أجهزة الاستشعار على وحدات ذاكرة ذوات حجم صغير، مما يؤدي إلى قصر الفترة الزمنيّة المطلوبة لتخزين البيانات قبل تحليلها أو إرسالها إلى الأجهزة المجاورة، كما  تستخدم الأنواع القديمة من أجهزة الاستشعار تقنيات الذاكرة بنوعيها SRAM و SDRAM، بينما تحتوي أجهزة الاستشعار الجديدة على هذين النوعين من الذاكرة معاً ولكنهما مدمجان مع رقاقة الجهاز نفسه بالإضافة إلى استخدام ذاكرة خارجيّة.

معالجة البيانات

يلعب المعالج في جهاز الاستشعار دورًا مهماً في تحليل ومعالجة البيانات المرصودة من قبل الجهاز نفسه أوالمستقبلة من قبل أجهزة أخرى، وبعد الانتهاء من عملية تحليل هذه البيانات ترسل في رسالة -قد تكون مشفرة- إلى الأجهزة المجاورة، وهذا يتطلّب التّحكّم في موجات الرّاديو والتعامل مع شيفرة الرسالة وتخزينها.

يقوم المعالج بوظيفة أخرى ألا وهي تجميع البيانات، وهذا التجميع –عادة- يكون مسؤولية جهاز استشعار معين يقوم بالدمج بين البيانات المحلية والمستقبلة ،  بعض هذه البيانات المجمعة قد يرْفَض والبعض الآخر قد يرسل إلى الأجهزة المجاورة.

الاتصال

يعد جهاز البث من أهمّ مكونات جهاز الاستشعار، وهو أيضًا أكثر الوحدات استهلاكاً للطاقة، حيث أنه تتعلق 97 % من الطّاقة المستهلكة متعلّقة بالإرسال والاستقبال إمّا بالاستخدام المباشر لوحدة البث وإما نتيجة انتظار المعالج لوحدة البث من الإنتهاء من الإرسال أو الاستقبال.

تطبيقات شبكات الاستشعار اللاسلكية

لعل أهم استخدامات شبكات الاستشعار اللاسلكية التطبيقات العسكرية، لكنها تستخدم أيضا في المجالات الطبية والصناعية والتجارية، ومن تطبيقاتها المناسبة استخدامها في مجال الزراعة والري،   إذ إن هناك شبكات تعتمد على حساسات (مستشعارات) تقيس رطوبة التربة ومستوى المياه في الخزانات . وفي ظل الظروف التي نمر بها في بلادنا نظراً لقلة الماء والأمطار، فإنها قد تكون ذات جدوى اقتصادية عالية،كما يمكن الاستفادة من استخدام شبكات  الاستشعار اللاسلكية لكشف حرائق الغابات، من خلال نشركمية كبيرة من أجهزة الاستشعار خلال فصل الصيف ضمن الغابات للتنبؤ بالحرائق وقت حدوثها.

 تعتبر إدارة ومراقبة حركة المرور من التطبيقات المناسبة لهذه الأجهزة من خلال وضع هذه الأجهزة على تقاطعات الشوارع الرئيسة للحد من المخالفات المرورية، وتسهيل حركة السير. ومن الأمثلة على ذلك وضع شبكة الاستشعار اللاسلكية تعتمد على نقاط استشعارية (sensor nodes)، لرصد ومتابعة المخالفات المرورية عند إشارات المرور الضوئية .

المصادر

  • مقدِّمة في شبكات الإِستشعار اللاسلكيّة – بحث بالمشاركة – د.ربيع رضوان من موقعه على الانترنت –  الرابط على الانترنت  –  http://rabieramadan.org/papers/sensnet.doc
  • صحيفة الاقتصادية الالكترونية  – مقال شبكات الاستشعار اللاسلكية ..فوائد عظيمة ومخاطر أمنية –  الكاتب عوض آل سرور الأسمري –  العدد 2008/05/09 – الرابط   على الانترنت: http://www.aleqt.com/2008/05/09/article_12392.html

* نشرت هذه المقالة في مجلة كلية الهندسة المعلوماتية

شارك التدوينة !

4 تعليقات

  1. شكرا على هذا الشرح المميز
    اسمحلي انا عندي هذا العام مذكرة تخرج حول “evaluation et simulation d’image dans les réseau de capteurs sans fil” ياريت لو تساعدني ببعض الكتب .
    وربي يحفظك وشكرااا جزيلا .

  2. السلام عليكم مشروع المناقشه للعام المقبل الذي اخترته لرساله الماجستير هو انواع شبكات الإِستشعار اللاسلكيّة Wireless Sensor Network ارجو من حضرتكم المساعده قدر المستطاع واكون شاكر لك

    • لم أعمل على الموضوع للأسف وغيرت اختصاصي منذ 2009 للإقتصاد التجريبي، أعتذر منك.

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

*

يمكن الإقتباس شرط الإشارة للمصدر.