پیشرفت‌هـای اخیر در فناوری ساخت مدارهای مجتمع در اندازه‌هـای کوچک از یک سو و توسعه فناوری ارتباطات بیسیمـ از سوی دیگر زمینه ساز طراحی شبکه‌هـای حسگرکار بیسیم شده است. تفاوت اساسی این شبکه‌هـا ارتباط آن با محیط و پدیده‌هـای فیزیکی است. شبکه‌هـای سنتی ارتباط بین انسان‌هـا و پایگاه‌هـای اطلـاعاتی را فراهمـ میکنند در حالی که شبکه حس/کار به طور مستقیمـ با جهان فیزیکی در ارتباط است.
با استفاده از حسگرها میتوان محیط فیزیکی را مشاهده و بر اساس مشاهدات خود تصمیمـ گیری کرد و عملیات مناسب را انجام داد. نام شبکه حسگرکار بیسیم یک نام عمومی است برای انواع مختلف که به منظورهای خاص طراحی میشود. برخلـاف شبکه‌هـای سنتی که همه منظوره اند شبکه‌هـای حسگرکار تک منظوره هستند. از دیدگاه دیگر اگر در شبکه تلفن همراه ایستگاه‌هـای پایه را حذف و هر گوشی را یک گره فرض کنیمـ ارتباط بین گره‌هـا باید به طور مستقیمـ یا از طریق یک یا چند گره میانی برقرار شود. این خود نوعی شبکه حسگرکار بیسیم است. اگرچه به نقلی تاریخچه شبکه‌هـای حسگرکار به دوران جنگ سرد و ایده اولیه آن به طراحان نظامی صنایع دفاع آمریکا برمی گردد، اما این ایده میتوانسته در ذهن طراحان ربوت‌هـای متحرک مستقل یا حتی طراحان شبکه‌هـای بیسیم موبایل نیز شکل گرفته باشد. به هر حال از آنجا که این فن نقطه تلـاقی دیدگاه‌هـای مختلف است تحقق آن میتواند بستر پیاده سازی بسیاری از کاربردهای آینده باشد. کاربرد فراوان این نوع شبکه و ارتباط آن با مباحث مختلف مطرح در کامپیوتر و الکترونیک از جمله امنیت شبکه، ارتباط بلـادرنگ، پردازش صوت و تصویر، داده کاوی، ربوتیک، طراحی خودکار سیستمـ‌هـای جاسازی شده دیجیتال و... میدان وسیعی برای پژوهش محققان با علـاقه مندی‌هـای مختلف فراهم کرده است.
شبکه‌هـای ارتباطی گیرنده بیسیمـ در حال حاضر در محیط‌هـای شهری نیز استفاده میشوند. این شبکه‌هـا شامل نظارت محیط و محل‌هـای سکونت، استفاده بهداشتی و سلـامتی، کنترل دستگاه‌هـای خود کارخانه و نظارت در ترافیک و... هستند.
● ساختار کلی شبکه حسگرکار بیسیم
در اینجا تعدادی از تعاریف کلیدی در ساختار کلی شبکه حسگرکار بیسیم را ذکر میکنیم.
▪ حسگر: وسیله‌ای که وجود شیء رخداد یک وضعیت یا مقدار یک کمیت فیزیکی را تشخیص میدهد و به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند. حسگر انواع مختلف دارد مانند حسگرهای دما، فشار، رطوبت، نور، شتاب سنج, مغناطیس سنج و...
▪ کارانداز: با تحریک الکتریکی، عمل خاصی مانند باز و بسته کردن یک شیر یا قطع و وصل یک کلید را انجامـ میدهد.
▪ گره حسگر: به گره‌ای گفته میشود که فقط شامل یک یا چند حسگر باشد.
▪ گره کارانداز: به گره‌ای گفته میشود که فقط شامل یک یا چند کارانداز باشد.
▪ گره حسگرکارانداز: به گره‌ای گفته میشود که مجهز به حسگر و کارانداز باشد.
▪ شبکه حسگر: شبکه‌ای که فقط شامل گره‌هـای حسگر باشد. این شبکه نوع خاصی از شبکه حسگرکار است. در کاربردهایی که هدف جمع آوری اطلـاعات و تحقیق درباره یک پدیده است کاربرد دارد. برای مثال، مطالعه روی گردبادها.
▪ میدان حسگرکارانداز: ناحیه کاری که گره‌هـای شبکه حس/کار در آن توزیع میشوند.
● مدل شبکه حسگر
شبکه‌هـای حسگر دارای توانایی کنترل مناطق جغرافیایی چندگانه، به دست آوردن اطلـاعات و پردازش داده در شبکه است. طراحی زیربنایی از این شبکه‌هـای حسگر میتواند بسیار چالش برانگیز باشد. اساسی ترین هدف یک طراحی در پتولومی سه عامل اصلی قابل مطرح است. نقطه آغاز یک طراحی ایجاد جریانی از فرآیندها یا تکنیک طراحی قدم به قدم برای هر جزء شبکه‌هـای حسگر است.
● کاربردها
کاربردها به سه دسته نظامی، تجاری و پزشکی تقسیم میشوند. سیستمـ‌هـای ارتباطی، فرماندهی، شناسایی، دیده بانی، میدان مین هوشمند و سیستمهـای هوشمند دفاعی از کاربردهای نظامی هستند. در کاربردهای مراقبت پزشکی سیستمهـای مراقبت از بیماران ناتوان، محیط هـای هوشمند برای افراد سالخوده و شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر بیماران از جمله کاربردهای آن است. کاربردهای تجاری طیف وسیعی از کاربردها را شامل میشوند. ازجمله این کاربردها میتوان به سیستمـ‌هـای امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت، آتش سوزی (در جنگل)، تشخیص آلودگی‌هـای زیست محیطی از قبیل آلودگی‌هـای شیمیایی، میکروبی، هسته ای، سیستمـ‌هـای ردگیری، نظارت و کنترل وسایل نقلیه و ترافیک، کنترل کیفیت تولیدات صنعتی، مطالعه در مورد پدیده‌هـای طبیعی، تحقیق در مورد زندگی گونه‌هـای خاص از گیاهان و جانوران و... اشاره کرد. در برخی از کاربردها نیز شبکه حس/کار به عنوان گروهی از ربوت‌هـای کوچک که با همکاری یکدیگر فعالیت خاصی را انجامـ میدهند استفاده میشوند.
1) نظارت بر ترافیک:
اغلب شبکه‌هـای حسگر دینامیک و پویا هستند. اشیا به وسیله رفت و آمد یک شبکه حسگر نظارت میشوند و ممکن است در اطراف یک میدان حسگر حرکت کنند. گره‌هـای حسگر جدید میتوانند به شبکه ملحق شوند و زمانی که باتری یک گره حسگر تخلیه میشود آن شبکه را ترک میکند.
حسگرها در امتداد جاده برای جمع آوری اطلـاعات که به پایگاه اصلی برای تحلیل بیشتر فرستاده میشود، توزیع میشوند. برای مدل سازی و شبیه سازی چنین شبکه‌ای باید ابتدا یک مدل برای میدان حسگر بسازیمـ که شامل یک مؤلفه برای هر گره حسگر و کانال‌هـاست.
2) بررسی مناطق جغرافیایی:
محققان اروپایی و هندی بر اساس تحقیقات به دست آمده از ارگانیسمـ‌هـای زنده، شبکه حسگرهای بیسیمـ خودساختار را طراحی کردند. این شبکه‌هـا کاربرد وسیعی در بررسی‌هـای پیرامونی (محیطی) دارند. باران‌هـای ناشی از بادهای موسمی اقیانوس هند (مانسون) در ایالت کرالـای هند باعث افزایش خطر زمین لرزه میشود اما سوال اینجاست که چگونه میتوان به مردمـ این مناطق قریب الوقوع بودن خطر مانسون را اطلـاع داد؟ یک راه، استفاده از شبکه حسگرهای بیسیمـ است که به منظور نظارت بر شرایط زمین شناسی طراحی شده است. استفاده از این سیستمـ در حال عمومی شدن است؛ زیرا این حسگرها کوچک، ساده و ارزان هستند و نیازی به کابل کشی جهت وصل کردن گره‌هـای اتصالـات و مرکز کنترل ندارند و میتوانند کاربردهای متعددی داشته باشند. البته نقاط ضعفی نیز در این سیستمـ وجود دارد.
برای مثال، خراب شدن پیوندهای ارتباطی حسگرها و اینکه منبع تغذیه
گره‌هـا باتری است. شبکه بزرگ به واسطه حسگرهای زیادی که همزمان با مرکز
کنترل در حال ارسال گزارش هستند، شلوغ و پرترافیک میشود و چالش پیش رو این
است که آیا این سیستمـ میتواند به طور قابل اطمینان در مرکز کنترل آلودگی
هوا نظارت کند،
حسگر با گره‌هـای مجاور به گونه‌ای در ارتباط است تا به توافق برسند چه چیزی را حس کنند. پس از آن شبکه، بهترین مسیر بین گره‌هـای موجود را برای مخابره اطلـاعات به مرکز کنترل انتخاب میکند. این اصل بیولوژیکی در سیستمـ ردیابی زمین لغزه (ریزش کوه) به کار میرود. نمونه اولیه این شبکه در جنگل‌هـای پرباران منطقه کرالـادر هند نصب شده است. این ناحیه در فصل بارندگی نسبت به زمین لغزه آسیب پذیر است. حسگرها زیر زمین کار گذاشته میشوند، سپس به یک ماهواره که اطلـاعات را جمع میکند و به مرکز کنترل انتقال میدهد، متصل میشوند. این شبکه شامل 12 حسگر ژئولوژیکی است که به 15 گره حسگر متصل هستند و در طول 13 هکتار زمین پخش شده اند.
در نمایش دیگری، محققان یک شبیه ساز رایانه‌ای را که انتشار آتش در جنگل را شبیه سازی میکرد، ساختند. این شبیه ساز به تقلید از شبکه حسی طراحی شده بود تا بر جنگل‌هـا نظارت داشته باشد و آتش سوزی را اعلـام کند.این حسگرها در جنگل‌هـای جمهوری چک نصب شد تا منبع گرما و دود را مشخص کند.
