امروزه بحث سيستمهاي كنترل و نظارت از راه دور يكي از مباحث پرچالش در زمينه علوم الكترونيك و كامپيوتر مي باشد. لذا تحقيقات در هر زماني به دنبال راه حلي مي باشد تا شرايط خاص و انتظارات مدنظر را پاسخ دهد؛ در شرايط و كيفيت كاري يكسان هر چه نسبت هزينه به كارائي پائينتر باشد، همان قدرمحبوبيت آن شيوه بالاتر خواهد رفت.

براي آگاهي از تغييرات محيط اطراف و يا وضعيت هر مجموعه نيازمند يكسري تجهيزاتي هستيم كه بعنوان حسگر شناخته مي شوند و اينها تغييرات مدنظر ( تغييرات فيزيكي يا شيميائي ) را در قالب يك پاسخ ، به منظور اندازه گيري ميزان تغييرات و يا وجود آن، ارائه مي دهند. پس از جمع آوري اطلاعات مورد نياز مي توان ساير عمليات را بر اساس پاسخ ارائه شده انجام داد.

پيشرفتهاي اخير در زمينه الكترونيك و مخابرات بي سيم باعث شده بتوانيم گره هاي حسگر چند كاره ، با توان مصرفي پائين و هزينه كم داشته باشيم كه از نظر اندازه خيلي كو چك هستند و براي مسافت هاي كوتاه مي توانند با هم ارتباط برقرار كنند. اين گره هاي حسگر كوچك طبق نظريه شبكه هاي حسگر، داراي تجهيزات حس كردن، پردازش داده ها و مخابره آنها می باشند.

  شبكه هاي حسگر امروزه به عنوان يكي از مباحث بسيار داغ علمي مطرح است و تحقيقات بسياري بر روي بهبود عملكرد اين شبكه ها صورت مي گيرد. شبكه هاي حسگر نسل جديدي از شبكه ها هستند كه به طور معمول، از تعداد زيادي گره ارزانقيمت تشكيل شده اند و ارتباط اين گره ها به صورت بيسيم صورت مي گيرد. هدف اصلي در ا ين شبكه ها، جمع آوري اطلاعا تي در مورد محيط پيرامون حسگرهاي شبكه است . نحوه عملكرد كلي اين شبكه ها به ا ين صورت است كه گره ها اطاعات مورد نياز را جمع آوري مي كنند و سپس آنها را به سمت گيرنده ارسال مي كنند. نحوه انتشار اطلاعات در اين شبكه ها، تا حد زيادي مشابه انتشار اطلاعات در شبكه هاي موردي (Ad-hoc) است. به ا ين معني كه انتقال اطلاعات به صورت گره به گره، صورت مي پذ يرد.  

تا كنون كارهاي زيادي در جهت بهبود و افزا يش كارايي در زمينه پخش اطلاعات در شبكه هاي حسگر، صورت گرفته است. يكي از روشهاي مطرح در اين زمينه، روش انتشار مستقيم (directed diffusion) است. که در این روش از ايده نامگذاري سطح پايين اطلاعات استفاده شده است و كليه داده ها در اين روش به صورت زوجهاي صفت –مقدار نامگذاري مي شود. اين روش ، پايه بسياري از روشها ي مطرح شده بعد ي در زمينه انتشار اطلاعات در شبكه هاي حسگر را تشكيل مي دهد.  

تفاوت عمده شبكه هاي حسگر با شبكه هاي موردي، منابع انرژي محدود و قابليت پردازشي نسبتا پايين آنهاست كه اين موارد باعث شده تا انتشار اطلاعات، يكي از مسائل عمده و قابل بحث در اين شبكه ها باشد.

تفاوت اصلي شبكه هاي حسگر با ساير شبكه ها در ماهيت داده –محور (data-centric) و همچنين منابع انرژي و پردازشي بسيار محدود مي باشد.   كه موجب شده تا روش هاي مطرح شده جهت انتقال داده ها در ساير شبكه ها و حتي شبكه هايي كه تا حد زيادي ساختاري مشابه شبكه هاي حسگر دارند (مانند شبكه هاي موردي)، در اين شبكه ها قابل استفاده نباشند. روند توسعه اين شبكه ها در حدي است كه مطمئنا اين شبكه ها در آينده نزديك، نقش مهمي را در زندگي روزمره ما ايفا خواهند كرد . از كاربرد هايي كه در حال حاضر براي شبكه حسگر مطرح مي شود و روز به روز بر تعدادشان افزوده مي شود، مي توان به كاربرد هايي نظير عمل رديابي در محيط هاي گسترده جغرافيايي، سيستم هاي امنيتي، نظارت بر سازه هاي بزرگ، نظارت بر بيماران داراي وضعيت حساس، نظارت بر پارامتر هاي محيطي در مناطقي كه حضور انسان در آنها خطرناك است و بسياري كاربرد هاي ديگر اشاره كرد.

شبكه هاي حسگر در واقع تجمع تعداد زيادي از گره هاي حسگر مي باشند كه در محيط پراكنده شد ه اند و هر كدام به طور خودمختار و با همكاري ساير گره ها هدف خاصي را دنبال مي كنند. گره ها به هم نزديك هستند و هرگره اي با گره ديگري مي تواند ارتباط برقرار كند و اطاعات خود را در اختيار گر ه ديگري قرار دهد و در نهايت وضعيت محيط تحت نظر، به يك گره مركزي گزارش مي شود.

تكنيك ها و شيوه هاي مورد استفاده در چنين شبكه هایي وابستگي شديدي به ماهيت كاربرد شبكه دارد و ساختار توپولوژي شبكه، شرايط جوي و محيطي ، محدوديتها و ... عوامل موثري در پارامترهاي كارايي و هزينه شبكه مي باشند. لذا امروزه در سرتاسر دانشگاه هاي معتبر و مراكز تحقيقاتي كامپيوتري ، الكترونيكي و بخصوص مخابراتي ، شبكه هاي حسگر بيسيم، يك زمينه تحقيقاتي بسيار جذاب و پرطرفدار محسوب مي شود. تحقيقات و پيشنهادات زيادي در مباحث مختلف ارائه شده است و همچنان حجم تحقيقات در اين زمينه سير صعودي دارد.

هدف اصلي تمامي اين تلاش ها و ارائه راهكارها، داشتن سيستمي با شيوه هاي كنترلي ساده، آسان و با هزينه پائين مي باشد كه در نهايت با پاسخگويي به نيازمنديهاي ما بتواند در مقابل محدوديتها (پهناي باند، انرژي، دخالت هاي محيطي، فيدينگ و ...) ايستادگي كند و شرايط كلي را طبق خواسته ها و تمايلات ما (انتقال حجم زياد اطلاعات پر محتوا، بقاء پذيري و طول عمر بالا، هزينه پائين و ...) را فراهم سازد . لذا محققين جنبه هاي مختلف را تحليل و بررسي مي نمايند و سعي مي كنند ايده هاي بهينه و كارا را استخراج كنند . اين ايده ها مي توانند از محيط اطراف الهام گرفته شده باشند و با استفاده از قوانين رياضي و نظريات تئوري و آماري مي توان آنها را تحليل نمود.

كاربرد ها و مزاياي استفاده از شبكه هاي حسگر: همانطور كه مطرح شد، امروزه كاربردها ي بسياري براي شبكه هاي حسگر مطرح شده است و روز به روز هم بر تعداد آنها اضافه مي شود. برخي از كاربردهايي كه تا كنون بر روي اين شبكه ها مورد ارزيابي قرار گرفته اند، عبارتند از:

- ميدان هاي جنگي : در ميدان هاي جنگي ، مي توان جهت شناسايي و بررسي آماري تجهيزات و نيروي دشمن و همينطور كلاس بندي و نحوه آرايش و مسير حركت نيروهاي دشمن يا نيروهاي خودي ، از شبكه هاي حسگر استفاده كرد و در نهايت وضعيت نيروهاي خودي را در قبال نيروهاي دشمن بررسي نمود.

- شناسايي محيطهاي آلوده : در محيط هاي مختلف امكان وجود آلودگيهاي مختلف وجود دارد . لذا با استفاده از چنين شبكه هايي، مي توان وجود آلودگي هاي مشخصي را در سطح محيط تحت نظر ، بررسي كرد و حتي ميزان غلظت آلودگي در قسمتهاي مختلف را مشاهده نمود و در نهايت با استفاده از اطلاعات آماري بدست آمده ، درخروجي سيستم مي توان نمودار سه بعدي وضعيت آلودگي در سطح محيط زير نظر را بدست آورد . نوع آلودگي نيزمي تواند يكتا نباشد و با توجه به امكانات ، هر گره در شبكه حسگر مي تواند شناسايي چندين نمونه آلودگي را پشتيباني كند.

- مانيتور كردن محيط زيست : مجموعه اي از تحقيقات در زمينه محيط زيست نيازمند انجام مطالعات مكرر و متمركز و صرف زمان زيادي جهت جمع آوري اطلاعات مي باشد كه معمولا از حوصله و توانايي چشمان انسان خارج است و در چنين موارد ي از دستگاه هاي مانيتورينگ ، تحليلگر و ذخيره كننده نتايج استفاده مي شود. از طرفي ديگر ، به خاطر وجود برخي شرايط محيط زيست ، اكثر كارهاي تحقيقاتي بايستي در سكوت و آرامش صورت گيرد تا وجود انسان و تجهيزات در محيط اثر منفي در عملكرد غريزه اي و واقعي موجودات نداشته باشد تا موجب كاهش كيفيت تحقيق گردد . از اين رو معمولا تمام سيستم هاي مانيتورينگ ، قابليت كنترل از راه دور را دارند . در عين حال اين سيستم ها طوري انتخاب مي گردند كه وجود آن ها در محيط محسوس نباشد . با در نظر گرفتن تمام موارد فوق ،ملاحظه مي شود كه شبكه هاي حسگر، علاوه بر بحث هزينه پايين مصرفي ، درزمينه مانيتور كردن محيط زيست ، از توانايي بالايي برخودار مي باشند. در مواردي همچون بررسي وضعيت آب وهواي جوي محيط و بررسي وضعيت ظاهري آن، بخصوص محيط سرسبز و جنگلي ، بررسي رشد و نمو گياهان و موجودات و موقعيت يابي و پيگردي موجودات زنده در محيط زيست ميتوان از قدرت بالاي شبكه هاي حسگر استفاده كرد.

- بررسي و تحليل وضعيت بناهاي ساختماني : بسياري از سازمانها و موسسات تحقيقاتي در زمينه عمران و مسكن براي انجام مطالعات و تحقيقات خود از وضعيت بناهاي مدنظر ، در طول زمان يا در هنگام بروز حوادث طبيعي بخصوص زلزله ، نيازمند استفاده از تجهيزات مانيتورينگ مي باشند تا اطلاعاتي مانند ميزان فشار و تحمل مصالح، وجود ترك ، ميزان آ سيب وارده ، وضعيت فرسودگي ، امنيت و حفاظت ساختمان و يا ساير جزئيات مرتبط با هدف تحقيقات در مورد بناها يي مثل ساختما ن هاي قديمي ، پل ها، سدها، موز ه ها و ... را جمع آوري كنند و با توجه به توانايهاي شبكه هاي حسگر، مي توان از اين شبكه ها براي دست يافتن به اهداف مطرح شده در بالا استفاده كرد.

- در جاده ها و بزرگرا ه هاي هوشمند : يكي از مشكلات جامعه و راهنمايي و رانندگي، كنترل وضعيت ترافيك درسطح شهر می باشد. با بر پايي شبكه اي از گره هاي حسگر در سطح شهر و قرار دادن گره ها در بزرگراه ها و خيابان هاي شهر، مي توان بزرگراه ها و خيابانها را هوشمند ساخت و از وضعيت تراكم عبور و مرور وسايل نقليه و يا بروز حوادثي مانند برخورد چندين وسيله نقليه ، در نقاط زير نظر گره هاي سنسور، اطلاع يافت و در نهايت در كل سطح شهر وضعيت ترافيك و تصادفات را شناسايي و پيگيري نمود.

 كاربردهاي مختلف د ر زمينه پزشكي : در زمينه بررسي و مطالعات پزشكي در مورد گياهان و يا انسان ها ، جهت آگاهي از وضعيت جسماني آنها، مي توان از گره هاي حسگر استفاده نمود و در موارد مختلف ، از جمله قراردادن گره ها در لايه هاي زير پوست براي انجام مطالعات مكرر در طي مدت زمان نسبتاً طو لاني، دستگاه هاي پزشكي و بخصوص در زمينه فيزيك پزشكي، مي توان از شبكه هاي حسگر استفاده نمود.

همچنين با توجه به ماهيت شبكه هاي حسگر، مي توان مزايايي مانند برپايي سريع در مواقع اضطراري و فوري ، استفاده در محيطهاي كه بايستي پارازيت و اختلال در آنها وجود نداشته باشد، اجتناب از قرار گرفتن در محيطهاي خطرناك و غير عاقلانه براي مطالعات مكرر، شيوه اقتصادي مقرون به صرفه براي جمع آوري اطلاعات در طولاني مدت و ... نام برد.

می توانیم ساختار کلی شبکه های حسگر بیسیم را در شکل زیر مشاهده کنیم: