What is Wireless Sensor Network in hindi और WSN के प्रकार क्या हैं? - SwaadSangam

आजकल वायरलेस सेंसर नेटवर्क का कुशल डिजाइन अनुसंधान का नंबर एक क्षेत्र बन गया है। एक वायरलेस सेंसर नेटवर्क एक ऐसी तकनीक है जो भौतिक या पर्यावरणीय दोनों स्थितियों, जैसे गर्मी, दबाव, प्रकाश, आदि से किसी प्रकार के इनपुट का जवाब देती है और उसका पता लगाती है।

सेंसर का आउटपुट एक विद्युत संकेत है जो आगे की प्रक्रिया के लिए नियंत्रक को प्रेषित किया जाता है। आप इस लेख में वायरलेस सेंसर नेटवर्क के अवलोकन, प्रकार और अनुप्रयोग को समझेंगे।

वायरलेस सेंसर नेटवर्क क्या है? 

WSNs का मतलब वायरलेस सेंसर नेटवर्क है जिसे भौतिक या पर्यावरणीय परिस्थितियों, जैसे तापमान, दबाव, गति, ध्वनि, कंपन या प्रदूषकों का निरीक्षण करने के लिए एक स्व-कॉन्फ़िगर और बुनियादी ढांचे-रहित वायरलेस नेटवर्क के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, और सीधे अपने डेटा या जानकारी को इसके माध्यम से पारित करने के लिए। एक सिंक के लिए नेटवर्क जिसे मुख्य स्थान भी कहा जाता है जहां सूचना को अक्सर देखा और विश्लेषण किया जाता है।

बेस स्टेशन या सिंक उपयोगकर्ताओं और नेटवर्क के बीच एक इंटरफेस की तरह लगता है। यह कुछ प्रश्नों को इंजेक्ट करके और सिंक से परिणाम एकत्र करके नेटवर्क से कुछ आवश्यक जानकारी को वापस परिवर्तित कर सकता है। आमतौर पर एक वायरलेस सेंसर नेटवर्क में हजारों सेंसर नोड होते हैं।

संवेदी नोड्स रेडियो संकेतों का उपयोग करके एक दूसरे के साथ संचार कर सकते हैं। वायरलेस सेंसर नोड्स सेंसिंग और रेडियो ट्रांसीवर, कंप्यूटिंग डिवाइस और पावर घटकों से लैस हैं।

एक वायरलेस सेंसर नेटवर्क में एक सेंसर नोड स्वाभाविक रूप से संसाधन-विवश है, इसमें सीमित प्रसंस्करण गति, भंडारण क्षमता और संचार बैंडविड्थ भी है। सेंसर नोड्स स्थापित होने के बाद, वे अक्सर उनके साथ मल्टी-हॉप संचार के साथ एक उपयुक्त नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर को स्व-व्यवस्थित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं।

फिर ऑनबोर्ड सेंसर अपनी रुचि की जानकारी एकत्र करना शुरू करते हैं। और फिर वायरलेस सेंसर नेटवर्क के विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए डिवाइस विशिष्ट निर्देशों को निष्पादित करने या सेंसिंग नमूने प्रदान करने के लिए "नियंत्रण साइट" से भेजे गए प्रश्नों का उत्तर देते हैं।

सेंसर नोड्स का कार्य मोड या तो निरंतर या घटना-संचालित हो सकता है। जीपीएस या ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम और एलपीए या लोकल पोजिशनिंग एल्गोरिदम का इस्तेमाल लोकेशन और पोजिशनिंग की जानकारी हासिल करने के लिए किया जा सकता है।

वायरलेस सेंसर डिवाइस अक्सर कुछ शर्तों पर "कार्य" करने के लिए एक्चुएटर्स से लैस होते हैं। इन नेटवर्कों को कभी-कभी या सामान्य रूप से वायरलेस सेंसर नेटवर्क और एक्चुएटर नेटवर्क कहा जाता है। 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के प्रकार 

पर्यावरण के आधार पर पांच प्रकार के वायरलेस सेंसर नेटवर्क हैं। WSN के विभिन्न प्रकार हैं:

1. टेरेस्ट्रियल वायरलेस सेंसर नेटवर्क: टेरेस्ट्रियल डब्ल्यूएसएन का उपयोग बेस स्टेशनों को कुशलतापूर्वक संचार करने के लिए किया जाता है, और इसमें हजारों वायरलेस सेंसर नोड्स शामिल होते हैं जो या तो असंरचित (तदर्थ) या संरचित (पूर्व-नियोजित) तरीके से तैनात होते हैं।

एक असंरचित मोड (तदर्थ) में, सेंसर नोड्स को लक्ष्य क्षेत्र के भीतर बेतरतीब ढंग से वितरित किया जाता है जो एक निर्धारित विमान से गिरा दिया जाता है।

WSNs में, बैटरी की शक्ति सीमित होती है, हालाँकि, बैटरी को द्वितीयक शक्ति स्रोत के रूप में सौर कोशिकाओं के साथ प्रदान किया जाता है। WSNs की ऊर्जा का संरक्षण कम शुल्क चक्र संचालन, इष्टतम रूटिंग, देरी को कम करने, आदि का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। 

2. भूमिगत वायरलेस सेंसर नेटवर्क: तैनाती, रखरखाव, उपकरण लागत विचार, और सावधानीपूर्वक योजना के मामले में, भूमिगत वायरलेस सेंसर नेटवर्क स्थलीय WSNs की तुलना में अधिक महंगे हैं।

अंडरग्राउंड वायरलेस सेंसर नेटवर्क UWSN में कई संवेदी नोड शामिल होते हैं जो भूमिगत स्थितियों का निरीक्षण करने के लिए जमीन में छिपे होते हैं।

 अतिरिक्त सिंक नोड्स सेंसर नोड्स से बेस स्टेशन तक जानकारी स्थानांतरित करने के लिए नीचे से ऊपर स्थित हैं, जमीन में तैनात इन भूमिगत डब्ल्यूएसएन को रिचार्ज करना मुश्किल है।

सीमित बैटरी पावर से लैस सेंसर बैटरी नोड्स को भी रिचार्ज करना मुश्किल है। इसके अतिरिक्त, उच्च क्षीणन और सिग्नल हानि स्तर के कारण भूमिगत वातावरण वायरलेस संचार को एक चुनौती बना देता है। 

3. अंडरवाटर वायरलेस सेंसर नेटवर्क: पृथ्वी के लगभग 70% से अधिक ग्रह पर पानी भरा हुआ है। इन नेटवर्कों में कई सेंसर नोड और पानी के भीतर तैनात वाहन होते हैं। इन सेंसर नोड्स से डेटा एकत्र करने के लिए स्वायत्त पानी के नीचे के उपकरणों और वाहनों का उपयोग किया जाता है।

पानी के भीतर संचार की एक चुनौती लंबी प्रसार देरी, और बैंडविड्थ और सेंसर विफलताएं हो सकती हैं। पानी के नीचे, WSN एक सीमित बैटरी से लैस होते हैं जिन्हें रिचार्ज या बदला नहीं जा सकता है।

पानी के भीतर डब्लूएसएन के लिए ऊर्जा संरक्षण की कठिनाई में पानी के नीचे संचार और नेटवर्किंग तकनीकों का विकास शामिल है। 

4. मल्टीमीडिया वायरलेस सेंसर नेटवर्क: मल्टीमीडिया वायरलेस सेंसर नेटवर्क का प्रस्ताव है कि वीडियो, इमेजिंग और ऑडियो जैसे मल्टीमीडिया में घटनाओं की ट्रैकिंग और निगरानी को सक्षम किया जा सके।

इन नेटवर्कों में कैमरे और माइक्रोफ़ोन से लैस कम लागत वाले सेंसर नोड होते हैं। मल्टीमीडिया WSNs के ये संवेदी नोड्स डेटा पुनर्प्राप्ति, डेटा संपीड़न और सहसंबंध के लिए एक वायरलेस कनेक्शन पर एक साथ जुड़े हुए हैं।

मल्टीमीडिया WSNs के साथ चुनौतियों में उच्च बैंडविड्थ आवश्यकताएं, उच्च ऊर्जा खपत, प्रसंस्करण और संपीड़ित तकनीक शामिल हैं। इसके अतिरिक्त, सामग्री को ठीक से और आसानी से वितरित करने के लिए मल्टीमीडिया सामग्री को उच्च बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है।

5. मोबाइल वायरलेस सेंसर नेटवर्क MWSNs: मोबाइल WSN नेटवर्क में सेंसर नोड्स का एक समूह होता है जिसे अपने आप स्थानांतरित किया जा सकता है और भौतिक वातावरण के साथ इंटरैक्ट किया जा सकता है। मोबाइल नोड्स क्रमशः अर्थ की गणना और संचार भी कर सकते हैं।

मोबाइल वायरलेस सेंसर नेटवर्क स्थिर सेंसर नेटवर्क की तुलना में कहीं अधिक बहुमुखी हैं। स्टैटिक WSN पर मोबाइल WSN के लाभों में बेहतर और बेहतर कवरेज, बेहतर चैनल क्षमता, बेहतर ऊर्जा दक्षता आदि शामिल हैं।

वायरलेस सेंसर नेटवर्क का वर्गीकरण 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क का वर्गीकरण इस प्रकार है:

1. स्थिर और मोबाइल WSN: सभी सेंसर नोड बिना गति के जुड़े हुए हैं और ये कई अनुप्रयोगों में स्थिर नेटवर्क हैं। विशेष रूप से जैविक प्रणालियों में कुछ अनुप्रयोगों- मोबाइल सेंसर नोड्स की आवश्यकता होती है। इन्हें मोबाइल नेटवर्क कहा जाता है। मोबाइल नेटवर्क का एक उदाहरण पशु निगरानी है। 

2. नियतात्मक और गैर नियतात्मक WSN: नियतात्मक वायरलेस सेंसर नेटवर्क में, सेंसर नोड स्थिति की गणना और निश्चित की जाती है।

सीमित संख्या में अनुप्रयोगों में सेंसर नोड्स की तैनाती संभव है। कठोर वातावरण या प्रतिकूल परिचालन स्थितियों जैसे कई कारकों के कारण सेंसर नोड्स का निर्धारण संभव नहीं है। इस तरह के नेटवर्क गैर-नियतात्मक होते हैं और उन्हें एक जटिल प्रणाली की आवश्यकता होती है। 

3. सिंगल बेस स्टेशन और मल्टी बेस स्टेशन WSN: सिंगल बेस स्टेशन WSN में, केवल एक बेस स्टेशन का उपयोग किया जाता है जो सेंसर नोड क्षेत्र के करीब पाया जाता है।

सभी नोड इस बेस स्टेशन के साथ संचार करते हैं, मल्टी-बेस स्टेशन WSN के मामले में, एक से अधिक बेस स्टेशन का उपयोग किया जाता है और एक सेंसर नोड डेटा को निकटतम बेस स्टेशन में स्थानांतरित कर सकता है। 

4. स्टेटिक बेस स्टेशन और मोबाइल बेस स्टेशन WSN: यह सेंसर नोड्स के समान है, यहां तक ​​कि WSN के बेस स्टेशन भी अक्सर स्थिर या मोबाइल होते हैं। एक स्थिर बेस स्टेशन में आमतौर पर संवेदन क्षेत्र के करीब एक निश्चित स्थिति होती है।

एक मोबाइल बेस स्टेशन WSN सेंसिंग क्षेत्र के चारों ओर घूमता है क्योंकि सेंसर नोड्स का भार संतुलित होता है। 

5. सिंगल-हॉप और मल्टी-हॉप WSN: सिंगल-हॉप WSNs में, सेंसर नोड्स सीधे बेस स्टेशन से जुड़े होते हैं। और मल्टी-हॉप WSN के मामले में, ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए सूचना को रिले करने के लिए पीयर नोड्स और क्लस्टर हेड्स का उपयोग किया जाता है। 

6. सेल्फ रिकॉन्फिगरेबल और नॉन-सेल्फ कॉन्फिगरेबल WSN: नॉन-सेल्फ कॉन्फिगरेबल WSN में, सेंसर नेटवर्क खुद को नेटवर्क में व्यवस्थित नहीं कर सकते हैं और डेटा इकट्ठा करने के लिए एक कंट्रोल यूनिट पर विचार कर सकते हैं।

कई WSNs में, सेंसर नोड कार्य को पूरा करने के लिए कनेक्शन को व्यवस्थित और बनाए रखने और अन्य सेंसर नोड्स के साथ सहयोगात्मक रूप से काम करने में सक्षम हो सकते हैं। 

7. सजातीय और विषम WSN: सजातीय WSN के मामले में, सभी सेंसर नोड्स में समान ऊर्जा खपत, भंडारण क्षमता और कम्प्यूटेशनल शक्ति होती है।

और विषम WSN के मामले में, कुछ सेंसर नोड्स में दूसरों की तुलना में उच्च कम्प्यूटेशनल शक्ति और ऊर्जा की आवश्यकताएं होती हैं और साथ ही प्रसंस्करण और संचार कार्यों को तदनुसार विभाजित किया जाता है। 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क की संरचना 

WSNs की संरचना में रेडियो संचार नेटवर्क के लिए विभिन्न प्रकार के टोपोलॉजी शामिल हैं।

1. स्टार नेटवर्क: एक स्टार नेटवर्क को सिंगल पॉइंट-टू-मल्टीपॉइंट भी कहा जाता है, एक संचार टोपोलॉजी है जहां एक बेस स्टेशन विभिन्न रिमोट नोड्स को संदेश भेज और प्राप्त कर सकता है। दूरस्थ नोड्स को संदेश भेजने की अनुमति नहीं है।

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के लिए इस प्रकार के नेटवर्क के लाभ में सरलता, रिमोट नोड की बिजली की खपत को न्यूनतम रखने की क्षमता शामिल है। यह रिमोट नोड और बेस स्टेशन के बीच कम-शक्ति संचार की अनुमति देता है।

ऐसे नेटवर्क का नुकसान यह है कि बेस स्टेशन सभी अलग-अलग नोड्स के रेडियो ट्रांसमिशन रेंज के भीतर होना चाहिए और पूरे नेटवर्क को प्रबंधित करने के लिए एक नोड पर निर्भरता के कारण अन्य नेटवर्कों की तरह मजबूत नहीं होना चाहिए। 

2. मेश नेटवर्क: एक मेश नेटवर्क नेटवर्क में एक नोड से दूसरे नोड में डेटा ट्रांसमिट करने की अनुमति देता है जो कि इसके रेडियो ट्रांसमिशन रेंज के भीतर है।

यह सक्षम करता है जिसे मल्टी-हॉप संचार कहा जाता है, अर्थात यदि कोई नोड किसी भिन्न नोड को संदेश भेजना चाहता है जो रेडियो संचार सीमा से बाहर है, तो वह विशेष नोड को संदेश अग्रेषित करने के लिए एक मध्यवर्ती नोड का उपयोग कर सकता है।

इस टोपोलॉजी में अतिरेक और मापनीयता की शक्ति है। जब एक व्यक्तिगत नोड काम करने में विफल रहता है, तो एक दूरस्थ नोड अभी भी अपनी सीमा में दूसरे नोड से संचार कर सकता है, जो क्रमिक रूप से संदेश को निर्दिष्ट स्थान पर अग्रेषित कर सकता है।

इसके अतिरिक्त, नेटवर्क की सीमा आवश्यक रूप से एकल नोड्स के बीच की सीमा तक सीमित नहीं है, इसे केवल सिस्टम में अधिक नोड्स जोड़कर बढ़ाया जा सकता है। 

3. हाइब्रिड स्टार: हाइब्रिड स्टार स्टार नेटवर्क और मेश नेटवर्क के बीच का एक संयोजन है जो वायरलेस सेंसर नोड की बिजली की खपत को न्यूनतम रखने की क्षमता को बनाए रखते हुए एक मजबूत और बहुमुखी संचार नेटवर्क प्रदान करता है।

नेटवर्क टोपोलॉजी में, सबसे कम पावर वाले सेंसर नोड्स संदेशों को अग्रेषित करने की क्षमता के साथ सक्षम नहीं होते हैं। यह न्यूनतम बिजली की खपत को बनाए रखने की अनुमति देता है।

इसी तरह, नेटवर्क पर कई अन्य नोड्स में मल्टी-हॉप क्षमता होती है, जिससे वे नेटवर्क पर कम पावर नोड्स से संदेशों को अग्रेषित कर सकते हैं।

जिन नोड्स में मल्टी-हॉप क्षमता होती है, वे उच्च शक्ति के होते हैं, और यदि संभव हो तो, अक्सर विद्युत मेन लाइन में प्लग किए जाते हैं। 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के अनुप्रयोग 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क का दुनिया भर में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। वायरलेस सेंसर नेटवर्क के अनुप्रयोग हैं: 

सैन्य अनुप्रयोग: सैन्य डोमेन न केवल मानव गतिविधि का प्राथमिक क्षेत्र है जिसका उपयोग WSNs द्वारा किया जाता है, बल्कि इसे सेंसर नेटवर्क अनुसंधान की शुरुआत के लिए प्रेरित भी माना जाता है।

ट्रैकिंग और पर्यावरण निगरानी निगरानी अनुप्रयोग इस प्रकार के नेटवर्क का उपयोग करते हैं। सेंसर नेटवर्क से सेंसर नोड्स को रुचि के क्षेत्र में छोड़ दिया जाता है और उपयोगकर्ता द्वारा दूर से नियंत्रित किया जाता है।

इन नेटवर्कों का उपयोग करके सुरक्षा का पता लगाने और दुश्मन की ट्रैकिंग भी की जाती है।

स्वास्थ्य अनुप्रयोग: ये नेटवर्क आमतौर पर डॉक्टरों द्वारा रोगियों को ट्रैक और मॉनिटर करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

ट्रांसपोर्ट सिस्टम: सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले वायरलेस सेंसर नेटवर्क ट्रांसपोर्ट सिस्टम में होते हैं जैसे डायनेमिक रूटिंग मैनेजमेंट, ट्रैफिक की निगरानी और पार्किंग स्थल की निगरानी आदि, इन नेटवर्क का उपयोग करते हैं।

पर्यावरण ट्रैकिंग: वायरलेस सेंसर नेटवर्क का व्यापक रूप से पर्यावरण परिवर्तन और उनकी ट्रैकिंग के क्षेत्र में उपयोग किया गया है।

वनों का पता लगाना, पशु ट्रैकिंग, मौसम की भविष्यवाणी, बाढ़ का पता लगाना, पूर्वानुमान, और भूकंपीय गतिविधि की भविष्यवाणी और निगरानी जैसे वाणिज्यिक अनुप्रयोग भी इन नेटवर्कों का उपयोग कर रहे हैं जैसे वायु प्रदूषण निगरानी, ​​​​पानी की गुणवत्ता की निगरानी, ​​​​आदि।

खतरे का पता लगाना : वाइड एरिया ट्रैकिंग सिस्टम ( वाट्स ) एक उपकरण और एक प्रोटोटाइप नेटवर्क है जो जमीन पर आधारित परमाणु उपकरण जैसे कि परमाणु बम का पता लगाने के लिए है, और कई अन्य WSN भी खतरे का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

औद्योगिक प्रक्रिया की निगरानी, ​​​​तेजी से आपातकालीन प्रतिक्रिया, स्वचालित भवन जलवायु नियंत्रण, क्षेत्र की निगरानी, ​​​​नागरिक संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी, ​​​​पारिस्थितिकी तंत्र, और आवास निगरानी, ​​​​आदि चीजों की निगरानी के लिए इन नेटवर्क का उपयोग करते हैं। 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के लक्षण  

वायरलेस सेंसर नेटवर्क की कुछ बुनियादी विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• ऊर्जा संचयन या मुख्य रूप से बैटरी का उपयोग करने वाले नोड्स के लिए बिजली की खपत बाधाओं का उपयोग किया जाता है।
• आपूर्तिकर्ताओं के उदाहरण हैं ReVibe Energy और Perpetuum
• नोड विफलताओं (लचीलापन) से निपटने की क्षमता होना
• नोड्स की कुछ गतिशीलता (अत्यधिक मोबाइल नोड्स के लिए मोबाइल वायरलेस सेंसर नेटवर्क देखें)
• बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए मापनीयता
• कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों का विरोध करने की क्षमता
• नोड्स की विषमता
• नोड्स की एकरूपता
• प्रयोग करने में आसान
• क्रॉस-लेयर ऑप्टिमाइज़ेशन

वायरलेस सेंसर नेटवर्क में समस्याएं 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क WSNs में विभिन्न समस्याएँ उत्पन्न हो रही हैं जैसे डिज़ाइन समस्याएँ, टोपोलॉजी समस्याएँ, और अन्य समस्याएँ।

विभिन्न प्रकार के वायरलेस सेंसर नेटवर्क में डिजाइन की जटिलताओं में शामिल हैं:

• कम विलंबता
• प्रेषक मीडिया
• दोष
• कवरेज की समस्या
• अनुमापकता

वायरलेस सेंसर नेटवर्क की टोपोलॉजी में जटिलताओं में निम्नलिखित शामिल हैं।

• सेंसर छेद
• कवरेज टोपोलॉजी
• भौगोलिक रूटिंग

वायरलेस सेंसर नेटवर्क WSNs के बड़े मुद्दों में निम्नलिखित शामिल हैं। ये मुद्दे मुख्य रूप से वायरलेस सेंसर नेटवर्क के डिजाइन और प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

• WSN . के लिए ऑपरेटिंग सिस्टम और हार्डवेयर
• मध्यम पहुंच के लिए योजनाएं
• तैनाती
• मध्यस्थ
• वायरलेस रेडियो संचार के लक्षण
• आर्किटेक्चर
• कैलिब्रेशन
• डेटाबेस केंद्रित और पूछताछ
• नेटवर्क परत
• स्थानीयकरण
• सेंसर नेटवर्क प्रोग्रामिंग मॉडल
• तादात्म्य
• ट्रांसपोर्ट परत
• डेटा प्रसार और डेटा एकत्रीकरण 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के फायदे और नुकसान: 

वायरलेस सेंसर नेटवर्क WSNs के लाभ इस प्रकार हैं:

• यह समुद्र, पहाड़ों, ग्रामीण क्षेत्रों या गहरे जंगलों जैसे गैर-पहुंच योग्य स्थानों के लिए उपयुक्त है।
• यह बहुत सारे तारों से बचाता है।
• यह किसी भी समय नए उपकरणों को समायोजित कर सकता है।
• इसे केंद्रीकृत मॉनिटर का उपयोग करके भी एक्सेस किया जा सकता है।
• वैकल्पिक कार्य केंद्र की आवश्यकता होने पर यादृच्छिक स्थिति होने पर लचीला।
• कार्यान्वयन मूल्य निर्धारण सस्ती है।
• भौतिक विभाजन से गुजरना लचीला है।

वायरलेस सेंसर नेटवर्क के नुकसान इस प्रकार हैं:

• कम सुरक्षित क्योंकि हैकर्स एक्सेस प्वाइंट में प्रवेश कर सकते हैं और सभी डेटा प्राप्त कर सकते हैं।
• वायर्ड नेटवर्क की तुलना में कम गति।
• हैकर्स के लिए इसे हैक करना आसान है हम तरंगों के प्रसार को नियंत्रित नहीं कर सके।
• वायर्ड नेटवर्क की तुलना में यह और भी जटिल है।
• परिवेश से आसानी से परेशान (दीवारें, माइक्रोवेव, सिग्नल क्षीणन के कारण बड़ी दूरी, आदि)।
• संचार की अपेक्षाकृत कम गति।
• ब्लू टूथ जैसे विभिन्न तत्वों से विचलित हो जाता है।