شبكة الاستشعار

الموسوعة الحرة

شبكة الاستشعار هي نوع من شبكات الاستشعار التي تستخدم شبكة الإنترنت العالمية بكثافة ، وهي مناسبة بشكل خاص لرصد البيئة . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] يحدد إطار عمل تمكين شبكة الاستشعار (SWE) التابع لـ OGC مجموعة من واجهات خدمات الويب وبروتوكولات الاتصال التي تتجاهل تباين اتصالات أجهزة الاستشعار (الشبكة). [ 4 ]

تعريف

استُخدم مصطلح "شبكة الاستشعار" لأول مرة من قِبل كيفن ديلين من وكالة ناسا عام 1997، [ 5 ] لوصف بنية شبكة استشعار لاسلكية مبتكرة ، حيث تعمل أجزاؤها الفردية وتنسق فيما بينها كوحدة متكاملة. وبهذا المعنى، يصف المصطلح نوعًا محددًا من شبكات الاستشعار : شبكة غير منتظمة من منصات استشعار موزعة مكانيًا ( وحدات استشعار ) تتواصل لاسلكيًا فيما بينها. تتميز هذه البنية غير المنتظمة بكونها متزامنة ولا تعتمد على أجهزة توجيه ، مما يجعلها مختلفة عن مخططات الشبكات التقليدية الشبيهة ببروتوكول TCP/IP . يمكن أن تكون وحدة الاستشعار، كمنصة مادية لجهاز استشعار، مدارية أو أرضية، ثابتة أو متحركة، وقد تتمتع بإمكانية الوصول إليها في الوقت الفعلي عبر الإنترنت . يتميز الاتصال بين وحدات الاستشعار بأنه ثنائي الاتجاه ومتعدد الاتجاهات، حيث ترسل كل وحدة البيانات التي جمعتها إلى جميع الوحدات الأخرى في الشبكة. وبالتالي، تسمح هذه البنية لكل وحدة بمعرفة ما يحدث مع جميع الوحدات الأخرى في شبكة الاستشعار في كل دورة قياس. كانت جميع الوحدات (العُقد) متطابقة من حيث المكونات المادية [ 1 ] ، ولم تتطلب بنية ديلين بوابات أو توجيهًا خاصًا لتواصل كل جزء منها مع الآخر أو مع المستخدم النهائي . عرّف ديلين شبكة الاستشعار بأنها كيان استشعار مستقل بذاته، قادر على تفسير البيانات المقاسة والتفاعل معها، ولا يتطلب بالضرورة وجود شبكة الإنترنت العالمية للعمل . [ 6 ] ونتيجة لذلك، يمكن دمج البيانات بشكل فوري ، مثل تحديد الإنذارات الكاذبة وتتبع أعمدة الدخان، داخل شبكة الاستشعار نفسها، ويتفاعل النظام لاحقًا كوحدة متكاملة ومنسقة مع تدفق البيانات الوارد. على سبيل المثال، بدلًا من وجود كاشفات دخان غير منسقة، يمكن لشبكة الاستشعار أن تعمل كجهاز واحد لتحديد موقع الحريق، موزع مكانيًا.

تطور مصطلح "شبكة المستشعرات" ليُستخدم أحيانًا للإشارة إلى طبقة إضافية تربط المستشعرات بشبكة الإنترنت العالمية . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] تُعرّف مبادرة تمكين شبكة المستشعرات (SWE) التابعة لاتحاد البيانات الجغرافية المكانية المفتوحة (OGC) واجهات خدمة تُتيح استخدامًا متوافقًا لموارد المستشعرات من خلال تمكين اكتشافها والوصول إليها وتخصيص المهام لها ، بالإضافة إلى إرسال الأحداث والتنبيهات . [ 11 ] من خلال تحديد واجهات خدمة موحدة، تُخفي شبكة المستشعرات القائمة على خدمات SWE عدم تجانس شبكة المستشعرات الأساسية، وتفاصيل اتصالها، ومكوناتها المادية المختلفة، عن التطبيقات المبنية عليها. [ 5 ] تُعرّف مبادرة SWE التابعة لاتحاد OGC مصطلح "شبكة المستشعرات" على أنه بنية تحتية تُتيح الوصول إلى شبكات المستشعرات وبيانات المستشعرات المؤرشفة التي يُمكن اكتشافها والوصول إليها باستخدام بروتوكولات قياسية وواجهات برمجة التطبيقات . ومن خلال هذا التجريد لتفاصيل المستشعرات، يتم تسهيل استخدامها في التطبيقات.

خصائص بنية شبكة الاستشعار الخاصة بديلين

صمم ديلين شبكة استشعار على شكل شبكة من وحدات مترابطة. جميع الوحدات في شبكة الاستشعار متطابقة من حيث المكونات المادية (لا توجد وحدات "بوابة" أو "تابعة" خاصة). ومع ذلك، توجد وظائف إضافية يمكن للوحدات القيام بها إلى جانب المشاركة في وظيفة شبكة الاستشعار العامة. يمكن لأي وحدة في شبكة الاستشعار أن تكون وحدة بوابة ، مما يتيح للمستخدمين الوصول إلى شبكة الاستشعار (للمدخلات والمخرجات). [ 12 ] يمكن توفير الوصول عبر مودم الترددات اللاسلكية ، أو اتصالات الهاتف المحمول ، أو اتصالات أجهزة الكمبيوتر المحمولة، أو حتى خادم الإنترنت . في بعض الحالات، تحتوي الوحدة على وحدة ذاكرة قابلة للإزالة (مثل ذاكرة فلاش USB أو جهاز كمبيوتر محمول) لتخزين البيانات المُجمعة. [ 13 ] [ 14 ]

يشير مصطلح " الوحدة الأم" إلى الوحدة التي تحتوي على الساعة الرئيسية لنظام شبكة الاستشعار المتزامنة. لا ترتبط الوحدة الأم بأي أجهزة خاصة، وإنما يُطلق عليها هذا الاسم نسبةً إلى رقم تعريفها. [ 15 ] غالبًا ما تُستخدم الوحدة الأم كنقطة اتصال رئيسية بالإنترنت، ولكن ذلك فقط لتسهيل عملية النشر. أشارت الدراسات السابقة إلى الوحدة الأم باسم "العقدة الرئيسية" إذا كانت تحتوي أيضًا على أجهزة خاصة لنوع معين من أجهزة الإدخال/الإخراج (مثل مودم الترددات اللاسلكية).

بسبب طبيعة انتقال البيانات المتأصلة داخل شبكة الاستشعار، يمكن نشر وحدة بدون مستشعرات متصلة بها كحلقة وصل بهدف وحيد هو تسهيل الاتصال بين الوحدات الأخرى وتوسيع نطاق الاتصال إلى نقطة نهاية محددة (مثل الوحدة الأم). [ 14 ] يمكن إضافة المستشعرات إلى حلقات الوصل لاحقًا، كما يمكن أن تعمل حلقات الوصل كوحدات بوابة.

تحتوي كل كبسولة عادةً على: [ 2 ]

  • مستشعر واحد أو أكثر يؤدي إلى قناة بيانات واحدة أو أكثر،
  • وحدة معالجة مثل وحدة تحكم دقيقة أو معالج دقيق ،
  • مكون اتصال ثنائي الاتجاه مثل جهاز راديو وهوائي (عادةً ما تكون نطاقات الراديو محدودة بمتطلبات الطيف الحكومية؛ ستسمح النطاقات غير المرخصة بالاتصال لمسافة بضع مئات من الياردات في المناطق غير المعيقة، على الرغم من أن خط الرؤية ليس شرطًا).
  • مصدر طاقة مثل بطارية مقترنة بخلية شمسية ،
  • عبوة لحماية المكونات من الظروف البيئية القاسية أحياناً،

عادةً ما تتطلب كل وحدة استشعار دعامة مثل عمود أو حامل ثلاثي القوائم. [ 14 ] قد يختلف عدد وحدات الاستشعار، حيث توجد أمثلة على شبكات استشعار تتكون من 12 إلى 30 وحدة. [ 12 ] قد يؤثر شكل شبكة الاستشعار على فائدتها، فعلى سبيل المثال، حرصت عملية نشر معينة [ 14 ] على أن تكون كل وحدة استشعار ضمن نطاق التواصل مع وحدتين أخريين على الأقل. وقد تراوحت دورات قياس شبكة الاستشعار عادةً بين 30 ثانية و15 دقيقة للأنظمة المنشورة حتى الآن. [ 16 ]

تم نشر شبكات استشعارية تتألف من وحدات استشعارية تمتد لأميال وتعمل باستمرار لسنوات. [ 17 ] وقد تم استخدام هذه الشبكات في بيئات قاسية (بما في ذلك الصحاري، والغطاء الثلجي الجبلي، والقارة القطبية الجنوبية) [ 18 ] لأغراض العلوم البيئية، كما أثبتت جدواها في عمليات البحث والإنقاذ في المناطق الحضرية وحماية البنية التحتية. [ 19 ] ولا تقتصر هذه التقنية على مراقبة البيئة فحسب، بل تشمل أحيانًا التحكم بها عن طريق تشغيل الأجهزة. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 ديلين، كيفن؛ شانون جاكسون (2000). "شبكة استشعار للاستكشاف الموضعي للبصمات الحيوية الغازية" (ملف PDF) . مؤتمر IEEE للفضاء الجوي .
  2. 1 2 ديلين، كيفن (2005). "شبكات الاستشعار في البرية" (ملف PDF) . شبكات الاستشعار اللاسلكية: منظور النظم . دار أرتيك هاوس.
  3. ↑ توريس-مارتينيز، إدواردو؛ جرانفيل بولز؛ مارك شوبرل؛ مايك كالب (أغسطس–نوفمبر 2003). "شبكة من أجهزة الاستشعار: تمكين رؤية علوم الأرض" . مجلة أكتا أسترونوتيكا . 53 ( 4–10 ): 423–428 . رمز Bibcode : 2003AcAau..53..423T . doi : 10.1016/S0094-5765(03)00133-4 .
  4. ↑ بوتس، مايك؛ جورج بيرسيفال؛ كارل ريد؛ جون ديفيدسون (2008). "تمكين شبكة مستشعرات OGC: نظرة عامة وبنية عالية المستوى". GSN 2006، LNCS، المجلد 4540. الصفحات 175-190 . {{cite web}}: مفقود أو فارغ |url=( مساعدة )
  5. 1 2 بوتس، مايك؛ أليكس روبن (أكتوبر 2007). "توحيد شبكة المستشعرات" . علوم الأرض . ص 46-53 . 
  6. ↑ ديلين، كيفن؛ شانون جاكسون (2001). "شبكة المستشعرات: مفهوم جديد للأجهزة" (ملف PDF) . ندوة SPIE حول البصريات المتكاملة .
  7. ↑ جيبونز، ب. (2003). "آيريس نت: بنية لشبكة استشعار عالمية". مجلة IEEE للحوسبة الشاملة . الصفحات 22-33 . {{cite web}}: مفقود أو فارغ |url=( مساعدة )
  8. ↑ مودلي، ديشيندران؛ إنجو سيمونيس (2006). "بنية جديدة لشبكة الاستشعار: إطار عمل SWAP". ورشة عمل شبكات الاستشعار الدلالية. ورشة عمل ضمن المؤتمر الدولي الخامس للويب الدلالي ISWC 2006، أثينا، جورجيا .{{cite web}}: مفقود أو فارغ |url=( مساعدة )
  9. ↑ مودلي، ديشيندران؛ إنجو سيمونيس؛ جول تابامو (2012). "بنية لإدارة المعرفة وديناميكية النظام في شبكة الاستشعار العالمية". المجلة الدولية للويب الدلالي ونظم المعلومات: عدد خاص حول شبكات الاستشعار المعززة بالدلالات، وإنترنت الأشياء، والأجهزة الذكية؛ 8 (1) . ص 64-88 . {{cite web}}: مفقود أو فارغ |url=( مساعدة )
  10. ↑ نيتل، سيلفيا (2009). " دراسة استقصائية لشبكات أجهزة الاستشعار الجغرافية: تطورات في الرصد البيئي الديناميكي" . أجهزة الاستشعار . 9 (7): 5664-5678 . Bibcode : 2009Senso...9.5664N . doi : 10.3390/s90705664 . PMC 3274151. PMID 22346721 .  
  11. ^ برورينج ، آرني. يوهانس إخترهوف؛ سيمون جيركا؛ إنغو سيمونيس؛ توماس إيفردينج؛ كريستوف ستاش؛ ستيف ليانغ؛ روب ليمنز (2011). "تمكين ويب أجهزة الاستشعار من الجيل الجديد" . أجهزة الاستشعار . 11 (3): 2652– 2699. بيب كود : 2011Senso..11.2652B . دوى : 10.3390/s110302652 . بمك 3231615 . بميد 22163760 .  
  12. 1 2 3 ناسا تُنشئ مستشعرات ترددات لاسلكية ذكية
  13. ↑ "شبكة الاستشعار: الاستشعار الموزع للعمل الجماعي - أجهزة الاستشعار" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مارس 2009 .
  14. 1 2 3 4 شبكة الاستشعار في القارة القطبية الجنوبية: تطوير منصة ذكية ذاتية التشغيل لتحديد مواقع الظواهر البيولوجية في البيئات شديدة البرودة
  15. ↑ «شبكة الاستشعار: الاستشعار الموزع للعمل الجماعي» - شبكة الاستشعار - وهي أداة شاملة تتكون من عناصر استشعار فردية يمكنها العمل كوحدة متكاملة - تم نشرها بالفعل في عدد من البيئات الصعبة. إليكم كيف تبرز خصائصها الفريدة في تطبيقات العالم الحقيقي. - أجهزة الاستشعار . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 مارس 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2006 .
  16. ↑ حدائق هنتنغتون النباتية – شبكة الاستشعار 5.0
  17. ↑ شبكة الاستشعار: الاستشعار الموزع للعمل الجماعي ( مؤرشف بتاريخ 11 مارس 2007 في أرشيف الإنترنت)
  18. ↑ شبكة الاستشعار: نظام مراقبة لاسلكي موزع. مؤرشف بتاريخ 12 مارس 2007 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  19. ↑ ديلين، كيفن؛ إدوارد سمول (2009). "شبكة الاستشعار: تقنية متقدمة للوعي الظرفي" (ملف PDF) . دليل وايلي للعلوم والتكنولوجيا للأمن الداخلي . جون وايلي وأولاده.

للمزيد من القراءة

  • شبكات الاستشعار، ك. أ. ديلين، س. ب. جاكسون، و ر. ر. بعض موجزات ناسا التقنية 1999، 23، 90منشور متاح للجميع .
  • شبكة الاستشعار: الاستشعار الموزع للعمل الجماعي، كيفن أ. ديلين، مجلة Sensors Online، يوليو 2006، 18منشور متاح للجميع .
  • شبكة المستشعرات: نظام مراقبة لاسلكي موزع، كيفن أ. ديلين، مجلة المستشعرات على الإنترنت، أبريل 2004، 21منشور متاح للجميع .
  • تمكين ويب أجهزة الاستشعار من الجيل الجديد، أرني برورينج، يوهانس إشترهوف، سيمون جيركا، إنجو سيمونيس، توماس إيفردينج، كريستوف ستاش، ستيف ليانج، أجهزة استشعار روب ليمنز 2011، المجلد 11، العدد 3، 2652-2699منشور متاح للجميع .
  • الدراسات البيئية باستخدام شبكة المستشعرات: المبادئ والتطبيق، كيفن أ. ديلين، شانون ب. جاكسون، ديفيد و. جونسون، سكوت س. بورلي، ريتشارد ر. وودرو، ج. مايكل مكولي، جيمس م. دوم، فيليب إيب، تاي ب. أ. فيري، ديل ف. روكر، فيكتور ر. بيكر، مجلة المستشعرات 2005، 5، 103-117منشور متاح للجميع .
  • تمكين شبكة مستشعرات OGC: نظرة عامة وبنية عالية المستوى، بوتس، بيرسيفال، ريد، وديفيدسونورقة بيضاء صادرة عن OGC، يوليو 2006، منشور متاح للجميع .
  • بنية شبكة الاستشعار المفتوحة: الخدمات الأساسية، شينغتشين تشو، توم كوبيالكا، بوهدان دورنوتا، وراجكومار بويا، وقائع المؤتمر الدولي الرابع للاستشعار الذكي ومعالجة المعلومات (ICISIP 2006)، مطبعة IEEE، بيسكاتاواي، نيو جيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية، ISBN 1-4244-0611-0، 98-103 صفحة)، 15-18 ديسمبر 2006، بنغالور، الهند.منشور متاح للجميع .
  • برنامج وسيط SensorWeb مع خدمات ذات حالة لشبكات الاستشعار غير المتجانسة، توم كوبيالكا، راجكومار بويا، كريستوفر ليكي، وراو كوتاغيري، وقائع المؤتمر الدولي الثالث حول أجهزة الاستشعار الذكية وشبكات الاستشعار ومعالجة المعلومات (ISSNIP 2007، مطبعة IEEE، بيسكاتاواي، نيو جيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية)، 3-6 ديسمبر 2007، ملبورن، أستراليا.منشور متاح للجميع .
  • أنظمة SensorWare - الشركة التي انبثقت عن وكالة ناسا لتسويق تقنية شبكة الاستشعار.
  • تحالف شبكة الاستشعار – منظمة تعمل على تطوير منصة بحثية تعاونية تُسمى تحالف شبكة الاستشعار (SWA). يهدف التحالف إلى تجميع الموارد، وتنسيق البحوث، وإتاحة الفرصة للمنظمات المشاركة لتبادل الملكية الفكرية، مما يُسهم في توزيع المخاطر وخفض تكلفة المشاركة.
  • مشروع SenseWeb – مشروع بحثي من مايكروسوفت يتيح للمستخدمين تصور البيانات في الوقت الفعلي والاستعلام عنها باستخدام واجهة جغرافية مثل Windows Live Local، ويسمح لمالكي البيانات بنشر بياناتهم المباشرة بسهولة باستخدام واجهة خدمة الويب.