شبكات الاستشعار اللاسلكية وتطبيقاتها

جرب أداة القضاء على المشاكل





في السنوات الأخيرة ، أصبح التصميم الفعال لشبكة الاستشعار اللاسلكية مجالًا رائدًا للبحث. المستشعر عبارة عن جهاز يستجيب ويكتشف نوعًا من المدخلات من كل من الظروف المادية أو البيئية ، مثل الضغط والحرارة والضوء وما إلى ذلك. يكون خرج المستشعر عمومًا إشارة كهربائية يتم إرسالها إلى وحدة تحكم لمزيد من المعالجة .

شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs)

يمكن تعريف شبكة أجهزة الاستشعار اللاسلكية على أنها شبكة من الأجهزة التي يمكنها توصيل المعلومات التي تم جمعها من مجال مراقب من خلال الروابط اللاسلكية. يتم إعادة توجيه البيانات من خلال عقد متعددة ، وباستخدام بوابة ، يتم توصيل البيانات بشبكات أخرى مثل شبكة إيثرنت لاسلكية .




شبكات الاستشعار اللاسلكية

شبكات الاستشعار اللاسلكية

WSN هي شبكة لاسلكية تتكون من محطات أساسية وعدد من العقد (أجهزة استشعار لاسلكية). تُستخدم هذه الشبكات لمراقبة الظروف المادية أو البيئية مثل الصوت والضغط ودرجة الحرارة وتمرير البيانات بشكل تعاوني عبر الشبكة إلى الموقع الرئيسي كما هو موضح في الشكل.



طبولوجيا شبكة WSN

بالنسبة لشبكات الاتصالات الراديوية ، يشتمل هيكل الشبكة اللاسلكية (WSN) على طبولوجيا مختلفة مثل تلك الموضحة أدناه.

طوبولوجيا شبكة الاستشعار اللاسلكية

طبولوجيا شبكة المستشعر اللاسلكي

طبولوجيا النجوم

طوبولوجيا النجوم هي طوبولوجيا اتصال ، حيث تتصل كل عقدة مباشرة ببوابة. يمكن لبوابة واحدة إرسال أو استقبال رسالة إلى عدة عقد بعيدة. طبولوجيا Instar ، لا يُسمح للعقد بإرسال رسائل إلى بعضها البعض. يتيح ذلك اتصالات بزمن انتقال منخفض بين العقدة البعيدة والبوابة (المحطة الأساسية).

نظرًا لاعتمادها على عقدة واحدة لإدارة الشبكة ، يجب أن تكون البوابة ضمن نطاق الإرسال الراديوي لجميع العقد الفردية. تشمل الميزة القدرة على الحفاظ على استهلاك الطاقة للعقد البعيدة عند الحد الأدنى وببساطة تحت السيطرة. يعتمد حجم الشبكة على عدد الاتصالات التي يتم إجراؤها بالمحور.


طبولوجيا الشجرة

يُطلق على طوبولوجيا الشجرة أيضًا اسم طوبولوجيا نجمة متتالية. في طبولوجيا الشجرة ، تتصل كل عقدة بالعقدة الموضوعة أعلى الشجرة ، ثم بالبوابة. الميزة الرئيسية لطوبولوجيا الشجرة هي أن توسيع الشبكة يمكن أن يكون ممكنًا بسهولة ، وكذلك يصبح اكتشاف الأخطاء أمرًا سهلاً. عيب هذه الشبكة هو أنها تعتمد بشكل كبير على كبل الناقل في حالة تعطله ، ستنهار كل الشبكة.

طبولوجيا الشبكة

تسمح طبولوجيا الشبكة بنقل البيانات من عقدة إلى أخرى ، والتي تقع ضمن نطاق الإرسال اللاسلكي الخاص بها. إذا أرادت العقدة إرسال رسالة إلى عقدة أخرى خارج نطاق الاتصال اللاسلكي ، فإنها تحتاج إلى عقدة وسيطة إعادة توجيه الرسالة إلى العقدة المطلوبة. تشتمل ميزة الهيكل الشبكي هذا على سهولة العزل واكتشاف الأعطال في الشبكة. العيب هو أن الشبكة كبيرة وتتطلب استثمارات ضخمة.

أنواع WSNs (شبكات الاستشعار اللاسلكية)

اعتمادًا على البيئة ، فإن ملف أنواع الشبكات يتم تحديدها بحيث يمكن نشرها تحت الماء وتحت الأرض وعلى الأرض وما إلى ذلك. تشمل الأنواع المختلفة من WSNs:

  1. شبكات WSN الأرضية
  2. WSNs تحت الأرض
  3. WSNs تحت الماء
  4. الوسائط المتعددة WSNs
  5. شبكات WSN المحمولة

1. شبكات WSN الأرضية

شبكات WSN الأرضية قادرة على توصيل المحطات الأساسية بكفاءة ، وتتكون من مئات إلى آلاف من عقد الاستشعار اللاسلكية المنتشرة إما بطريقة غير منظمة (مخصصة) أو منظمة (مخطط مسبقًا). في الوضع غير المنظم ، يتم توزيع عقد الاستشعار بشكل عشوائي داخل المنطقة المستهدفة التي يتم إسقاطها من مستوى ثابت. يأخذ الوضع المخطط أو المهيكلة في الاعتبار الموضع الأمثل ، ووضع الشبكة ، ونماذج التنسيب ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد.

في هذا WSN ، فإن ملف طاقة البطارية ومع ذلك ، فإن البطارية مزودة بخلايا شمسية كمصدر ثانوي للطاقة. يتم تحقيق الحفاظ على الطاقة لشبكات WSN هذه باستخدام عمليات دورة تشغيل منخفضة وتقليل التأخيرات والتوجيه الأمثل وما إلى ذلك.

2. WSNs تحت الأرض

تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية تحت الأرض أكثر تكلفة من شبكات WSN الأرضية من حيث النشر والصيانة واعتبارات تكلفة المعدات والتخطيط الدقيق. تتكون شبكات WSN من عدة عقد استشعار مخفية في الأرض لمراقبة الظروف تحت الأرض. لترحيل المعلومات من عقد المستشعر إلى المحطة الأساسية ، توجد عُقد حوض إضافية فوق الأرض.

WSNs تحت الأرض

WSNs تحت الأرض

يصعب إعادة شحن شبكات الاستشعار اللاسلكية المنتشرة تحت الأرض. من الصعب إعادة شحن عُقد بطارية المستشعر المزودة بطاقة بطارية محدودة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البيئة تحت الأرض تجعل الاتصال اللاسلكي يمثل تحديًا نظرًا للمستوى العالي من التوهين وفقدان الإشارة.

3. تحت الماء WSNs

أكثر من 70٪ من الأرض مشغولة بالمياه. تتكون هذه الشبكات من عدة وحدات استشعار ومركبات منتشرة تحت الماء. تُستخدم المركبات ذاتية التحكم تحت الماء لجمع البيانات من عقد الاستشعار هذه. يتمثل أحد تحديات الاتصال تحت الماء في تأخير الانتشار الطويل وعرض النطاق الترددي وفشل أجهزة الاستشعار.

تحت الماء WSNs

تحت الماء WSNs

تحت الماء ، تم تجهيز شبكات WSN ببطارية محدودة لا يمكن إعادة شحنها أو استبدالها. تتضمن مسألة الحفاظ على الطاقة للشبكات WSNs تحت الماء تطوير تقنيات الاتصال والشبكات تحت الماء.

4. WSNs للوسائط المتعددة

تم اقتراح شبكات استشعار لاسلكية للوسائط المتعددة لتمكين تتبع الأحداث ومراقبتها في شكل وسائط متعددة ، مثل التصوير والفيديو والصوت. تتكون هذه الشبكات من عقد استشعار منخفضة التكلفة ومجهزة بميكروفونات وكاميرات. هذه العقد مترابطة مع بعضها البعض عبر اتصال لاسلكي لضغط البيانات واسترجاع البيانات والارتباط.

الوسائط المتعددة WSNs

الوسائط المتعددة WSNs

تشمل التحديات التي تواجه WSN الوسائط المتعددة استهلاكًا عاليًا للطاقة ومتطلبات نطاق ترددي عالي ومعالجة البيانات وتقنيات الضغط. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب محتويات الوسائط المتعددة نطاقًا تردديًا عاليًا حتى يتم تسليم المحتويات بشكل صحيح وسهل.

5. شبكات WSN المتنقلة

تتكون هذه الشبكات من مجموعة من عقد الاستشعار التي يمكن نقلها من تلقاء نفسها ويمكن تفاعلها مع البيئة المادية. يمكن للعقد المتنقلة حساب الإحساس والتواصل.

تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية المتنقلة أكثر تنوعًا من شبكات الاستشعار الثابتة. تشمل مزايا MWSN على شبكات الاستشعار اللاسلكية الثابتة تغطية أفضل ومحسّنة ، وكفاءة أفضل للطاقة ، وسعة قناة فائقة ، وما إلى ذلك.

حدود شبكات الاستشعار اللاسلكية

  1. تمتلك سعة تخزين قليلة جدًا - بضع مئات من الكيلو بايت
  2. تمتلك طاقة معالجة متواضعة - 8 ميجا هرتز
  3. يعمل في نطاق اتصال قصير - يستهلك الكثير من الطاقة
  4. يتطلب الحد الأدنى من الطاقة - يقيد البروتوكولات
  5. احصل على بطاريات ذات عمر محدود
  6. توفر الأجهزة السلبية القليل من الطاقة

تطبيقات شبكات الاستشعار اللاسلكية

تطبيقات شبكات الاستشعار اللاسلكية

تطبيقات شبكات الاستشعار اللاسلكية

  • تُستخدم هذه الشبكات في التتبع البيئي ، مثل اكتشاف الغابات ، وتتبع الحيوانات ، واكتشاف الفيضانات ، والتنبؤ والتنبؤ بالطقس ، وكذلك في التطبيقات التجارية مثل التنبؤ بالنشاط الزلزالي والمراقبة.
  • التطبيقات العسكرية ، مثل تطبيقات المراقبة والتتبع ومراقبة البيئة التي تستخدم هذه الشبكات. يتم إسقاط عقد الاستشعار من شبكات الاستشعار في مجال الاهتمام ويتم التحكم فيها عن بُعد بواسطة المستخدم. تتبع العدو ، يتم إجراء عمليات الكشف عن الأمن أيضًا باستخدام هذه الشبكات.
  • تستخدم التطبيقات الصحية ، مثل تتبع ومراقبة المرضى والأطباء هذه الشبكات.
  • تستخدم تطبيقات شبكات الاستشعار اللاسلكية الأكثر استخدامًا في مجال أنظمة النقل مثل مراقبة حركة المرور وإدارة التوجيه الديناميكي ومراقبة ساحات الانتظار وما إلى ذلك ، هذه الشبكات.
  • الاستجابة السريعة للطوارئ ، مراقبة العمليات الصناعية ، والتحكم الآلي في مناخ المبنى ، ومراقبة النظام البيئي والموائل ، ومراقبة الصحة الهيكلية المدنية ، وما إلى ذلك ، استخدم هذه الشبكات.

هذا كل شيء عن شبكات الاستشعار اللاسلكية وتطبيقاتها. نعتقد أن المعلومات حول جميع أنواع الشبكات المختلفة ستساعدك على التعرف عليها بشكل أفضل وفقًا لمتطلباتك العملية. بصرف النظر عن هذا ، للحصول على معلومات إضافية حول SCADA اللاسلكي والاستفسارات والشكوك حول هذا الموضوع أو المشاريع الكهربائية والإلكترونية ، وأي اقتراحات ، يرجى التعليق أو الكتابة إلينا في قسم التعليقات أدناه.

اعتمادات الصورة

  • شبكات الاستشعار اللاسلكية بواسطة دولسيرا
  • طبولوجيا شبكة المستشعرات اللاسلكية بواسطة ني
  • WSNs تحت الأرض بواسطة أمريتا
  • تحت الماء WSNs بواسطة جرداك
  • WSNs للوسائط المتعددة بواسطة غير الملموسة