تعريف بشبكات المستشعرات اللاسلكية

شبكة المستشعرات اللاسلكية هي عبارة عن مجموعة من أجهزة الاستشعار ( Sensors ) التي تستخدم لقراءة بيانات الظواهر الفيزيائية أو الكيميائية ( كالحرارة والرطوبة والاهتزاز وضغط السوائل وغيرها ), و نقلها عبر الشبكة لا سلكيا إلى مركز المعلومات للاستفادة منها و إجراء البحوث و الدراسات على هذه الظواهر.

إنشبكة المستشعرات اللاسلكیةتعتبر أحد أبرز التقنیات الحدیثة و التي فتحت المجال أمام ابتكار جیلٍ جدیدٍ من التطبیقات في مجالات متنوعة, ومن هذه التطبيقات:

– التطبيقات العسكرية : مثل/ مراقبة الهدف, و اكتشاف هجمات العدو.

– التطبيقات المدنية  : مثل/ مراقبة حركة السير, و تتبع ومراقبة السيارات.

– تطبيقات عمليات الطوارئ :مثل/ كشف الحرائق والفيضانات والزلازل و كذلك كشف التلوث في الماء والهواء.

– و لها تطبيقات عديدة المجالات الطبیة والصناعیة والتجاریة ومنها ما هو في مجال الزراعة والري، إذ إن ھناك شبكات تعتمد على مستشعرات تقیس رطوبة التربة ومستوى المیاه في الخزانات, وتكون ذات جدوى اقتصادیة عالیة في البلاد التي تعاني من قلة الماء والأمطار.

و كما نشاهد من تعريف هذه الشبكة فإن مكونات نقطة الاستشعار الواحدة (Sensor Node) في هذه الشبكة هي: وحدة الاستشعار (Sensing unit), و وحدة تخزين البيانات (Memory), و وحدة المعالجة (Processor), وحدة الإرسال والاستقبال (Transmitter & Receiver unit) بالإضافة إلى الهوائي (antenna) , و أخيرا مصدر الطاقة (Power Source) – انظر الشكل (1) – .

ولنبدأ بالحديث عن وحدة الاستشعار فهي تتكون من جهاز للاستشعار وأداة تحويل البيانات من تناظرية إلى رقمية، والمهمة الرئيسية لهذه الوحدة هي تحويل البيانات المرسلة أو المستقبلة إلى صيغة تتناسب مع طبيعة البيانات المستخدمة في وحدة التخزين والمعالجة، ففي البداية يتم تقوية الإشارة المستقبلة من جهاز الاستشعار ثم يتم تحويلها إلى شكل رقمي عن طريق أداة تحويل البيانات، أما وحدة التخزين والمعالجة فهي عبارة عن رقاقة دقيقة فيها وحدة ذاكرة ومعالج بيانات محدودان, و استكمالا للوحدتين السابقتين توجد وحدة الإرسال والاستقبال، وتتكون هذه الوحدة من جهاز لإرسال واستقبال موجات الراديو من خلال الهوائي المثبت بجهاز الاستشعار, أما بالنسبة لمصدر الطاقة فعادة تزود كل نقطة استشعار ببطاريتين ذات عمر افتراضي طويل.

ننتقل الآن لشرح مكونات شبكة المستشعرات اللاسلكية، إذ تتكون من ثلاثِ مكونات أساسية وهي: نقاط الاستشعار (Sensor Nodes) والتي سبق شرحها قبل قليل, نقاط التوجيه (Router Nodes), و كذلك الأجهزة المستقبلة للبيانات في مركز المعلومات (Servers) – انظر الشكل (2) .

تستخدم هذه الشبكة عدة بروتوكولات للإرسال والاستقبال, من أهم هذه البروتوكولات بروتوكول يسمى (SPIN) وهو اختصار لـ ( Sensor Protocol for Information via Negotiation  ) وتعني بروتوكول استشعار البيانات وتبادلها عن طريق التفاوض. في هذا البروتوكول تقوم نقطة الاستشعار بعد قراءة البيانات بإرسال بيانات إعلانية (Advertise data) لنقاط الاستشعار المجاورة قبل إرسال البيانات المقروءة؛ وذلك لتوفير الطاقة و للتأكد من أن البيانات المقروءة لم يتكرر وصولها إلى النقاط المجاورة.  بعد ذلك تقوم النقاط المجاورة التي لم تصلها البيانات من قبلُ بإرسال رسالة طلب البيانات (Request for data) ومن ثم تقوم النقطة الأولى بإرسال البيانات المقروءة إلى كل نقطة تـُرسل في طلب البيانات. وهكذا يستمر الإرسال إلى أن تصل البيانات المقروءة إلى نقطة التوجيه والتي تقوم بدورها بتقوية إشارة هذه البيانات و من ثم توجيهها إلى نقطة التوجيه المجاورة أو إلى مركز المعلومات مباشرة إذا كانت المسافة بينهما في نطاق الارسال. الشكل (3) يعطي مثال توضيحي لطريقة إرسال و استقبال البيانات في شبكة المستشعرات اللاسلكية باستخدام البروتوكول (SPIN).

ختاما .. نجد أن التطور السريع الحاصل في التقنية سيجعلنا نشاهد في المستقبل القريب – بإذن الله – نظام شبكة المستشعرات اللاسلكية ملامسا لحياتنا العملية بشكل أكبر و ذو قدرة و كفاءة أعلى مما يوفر التقدم والتطور للفرد ومجتمعه.

تنبيه : الكتاب هم الطالبين عبدالرحمن الرصيص ومحمد القريعي

هذا المقال هو بالتعاون مع الدكتور باسل السدحان أستاذ مقرر شبكات الاتصالات بقسم الهندسة الكهربائية بكلية الهندسة بجامعة الملك سعود في نشر مقالات الطلاب في الموقع