Bežične mikrosenzorske mreže su prepoznate kao jedno od najvažnijih područja tehnologija 21st. Njihov razvoj je povezan s dva projekta agencije Defence Advanced Research Project Agency (DARPA), a to su: the Distribuited Senzor Networks(DSN) odn. Distribuirane senzorske mreže i Sensor Information Technology (SensIT) odn. Senzorske informacijske tehnologiji. Mrežna mikrosenzorska tehnologija je opisana kao, skup jeftinih, malih, pametnih uređaja, koji na sebi imaju mnoštvo senzora, a komuniciraju bežičnim vezama i internetom, a rasprostrti su u velikom broju i pogodni su za nadziranje prostora, gradova, domova. Vrlo su pogodni i za najrazličitije vojne primjene, kao što su izviđanje i nadzor. Pametni mikrosenzori mogu biti razvijeni na tlu, u zraku, vodi, na tijelu, vozilima, u zgradama... .Senzorske mreže mogu otkriti i procesirati zbivanje, mogu također locirati naoružanje. Svaki senzorski čvor sadržava sposobnost procesiranja podataka, te ima potencijalno veliki broj senzora koji rade u akustičnom, infracrvenom, seizmičkom ili magnetskom modu, te mogu sadržavati mikroradare te različite predočnike. Također imaju na sebi ugrađenu memoriju za pohranu podataka, linkove na susjedne čvorove, te informaciju o poziciji koju dobivaju preko GPS-a. Mrežni mikrosenzori pripadaju skupini Senzorskih mreža, koje koristi distribuirane senzore za prikupljanje informacija na objektima od interesa.
Trenutne i potencijalne senzorske mreže su sadržane u slijedećim primjenama: u vojnoj industriji, osiguranju fizičkih objekata, zračnoj kontroli, nadzoru prijevoza, video nadzoru, industrijskoj i proizvodnoj automatizaciji, distribuiranoj robotici, nadzoru okoliša, nadzoru zgrada i objekata. Senzorske mreže u ovim primjenama mogu biti bežične ili ožičene, senzori mogu biti manji ili veći, ali bitno je da oni ispunjavaju zadaću i unose napredak u ovom sektoru.
Razvoj senzorskih mreža potpomognut je razvojem triju zasebnih znanstvenih područja: osjetila, komunikacije i kompjuterska znanost (hardver, softver i algoritmi). Razvoj svake od ove tri znanosti, zasebno i zajednički, usporedo su razvijale i područje senzorskih mreža. Primjer prvih senzorskih mreža je radarski sustav za nadzor neba u zračnom prometu. Nacionalni energetski sustavi se mogu također promatrati kao velike senzorske mreže Ovi sustavi su bili izgrađeni pomoću posebnih kompjuterskih i komunikacijskih rješenja, puno prije uglavljivanja izraza „senzorske mreže“.
Rana vojna istraživanja na WSN
Kao i u mnogim drugim tehnologijama, vojna industrija je bila pokretač istraživanja u mrežnim senzorskim sustavima. Za vrijeme hladnog rata koristili su se akustični senzori Sound Surveillance System (SOSUS), postavljeni na strateška mjestima, na dnu oceana kako bi se moglo pravovremeno otkriti dolazak tihih sovjetskih podmornica u određeno područje. Tjekom godina razvijeni su novi sustavi akustičnih senzorskih mreža, a SOSUS se danas koristi u podmorskim istraživanjima. Slijedeći rani mrežni sustav je bila mreža zračnih radarskih sustava korištenih u obrambene svrhe za motrenje zračnog prostora iznad Sjeverno Američkog kontinenta. Ovaj obrambeni sustav se razvijao tijekom godina, i sada uključuje i bezpilotne letjelice kao senzore te Airborne Warning and Control System(AWACS) zrakoplove. Ovi sustavi su u osnovi prihvatili hijerarhiju, gdje se procesiranje zbiva na posljedičnoj razini, dok informacija od interesa seže do korisnika. U mnogo slučajeva ljudi igraju ključnu ulogu u sustavu.
Distribuirane senzorske mreže u projektima DARPA-e
Rana istraživanja na senzorskim mrežama započela su oko 1980. god. unutar projekta Distributed Senzor Networks (DSN) od strane Defense Advanve Research Agency (DARPA). U tom trenutku Arpanet, koji je bio preteča interneta, već je bio dugo u upotrebi, i sačinjavalo ga je oko 200 host-ova na sveučilištima i institutima. Jedan od ključnih ljudi u razvoju TCP/IP protokola i jedan od suosnivača Internet-a R. Kahn, bio je ravnatelj Information Processing Techniques(IPTO) Office unutar DARPA-e. Njega je zainteresiralo da li se rad Arpanet-a može proširiti na senzorske mreže. Mreža je bila zamišljena kao mnoštvo prostorno raspodjeljenih senzorskih čvorova, koji komuniciraju međusobno, ali imaju svojevrsnu autonomiju, uz tenziju da informacija bude usmjerena prema čvoru koji ju najbolje može iskoristiti. To je bio vrlo ambiciozan projekt, koji je nastao u vrijeme kada još nije postojao PC. Procesiranje se vršilo većinom na mini kompjuterima kao što je PDP – 11 i WAX koji su na kojima se vrtio UNIX i VMS. Modemi su radili na 300 – 9600Bd a Ethernet je tek postajao popularan. Tehnologija za DSN sustave je razvijena 1978. u radionici imena Distributed Sensor Nets, i uključivala je akustičke senzore, komunikacije (protokole visoke razine koji su povezivali procese koji su se vrtili u dotičnoj aplikaciji s mrežom), procesnu tehnologiju i algoritme (uključivali su i algoritme za lociranje vlastitog položaja senzora) te distribuirani softver (dinamički modificirajući distribuirani sustav i dizajn jezika). DARPA je istovremeno počela s većim ulaganjima u istraživanje umjetne inteligencije, Artificial Intelligence (AI), te su se rezultati istraživanja počeli primjenjivati u DSN sustavima, za procjenu situacija i razumjevanje signala. kao i za rješavanje različite problematike distribuiranih sustava. Pračenje akustike je izabran kao pokazni primjer. Znanstvenici sa sveučilišta Carnegie Mellon University (CMU), Pittsburg, PA, fokusirali su svoj rad na razvoj mrežnog operacijskog sustava koji bi osigurao fleksibilni i transparentni pristup distribuiranim izvorima potrebnim za pogreškama – tolerantne DSN sustave. Razvili su komunikacijski orjentiran operacijski sustav pod imenom Accent, koji je omogućavao transparentno umrežavanje, sistemsko rekonfiguriranje te ponovno povezivanje. Polučio je znatan uspjeh u komercijanim primjenama. Daljnja nastojanja CMU sveučilišta, smjerala su internoj komunikaciji među procesima, koji bi bili podrška dinamičkim distribuiranim operacijskim sustavima, pomoću kojih bi se dinamički rekonfigurirali i povezivali aktivni komunikacijski elementi. Razvijali su i povezivački specificirani jezik, za izgrađivanje distribuiranih softverskih sustava. Sve je to bilo demonstrirano na interjernom test postolju, pomoću izvora signala, akustičnih senzora i VAX računala povezanih Ethernetom.
Znanstvenici na sveučilištu Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, koristili su pristup baziran na znanstveno - baziranim tehnikama za procesiranje signala. za praćenje helikoptera pomoću polja akustičnih mikrofona u svrhu abstrkcije signala i usporednih tehnika. Apstrakcija signala vidi signal u više nivoa, sa višim nivoima (peaks) apstrakcije dobivenih iz dobro proučenih nižih nivoa apstrakcije (spectrum). Ovo osigurava koncepcijsku platformu za razmišljanje o sustavima za procesiranje signala koji sliče ljudskom razmišljanju kada interaktivno procesiraju i interpretiraju stvarne signale. Ovaj sustav je razvijen uz korištenje znanstvenih iskustava i pogodan je za sustave u kojem je visok omjer signal – smetnja, gdje modeli postaju manjkavi. MIT je također razvio i jezik naziva Signal Processing Language te razvojnu okolinu pod nazivom Interactive Computing Environment (SPLICE) za analizu podataka u DSN sustavima te razvoj algoritama, i Pitch Director's Assistent za interaktivno rekonstruiranje fundamentalnih frekvencija koristeći znanje domena. Praćenje višestrukih ciljeva u distribuiranom okolišu je mnogo kompleksnije od centraliziranog praćenja. Godine 1980 udruženja Advance Decision Systems (ADS), Mountain View, CA, predstavili su višestruko-hipotezno praćenje, za rad u složenim situacijama s gusto raspoređanim ciljevima, propuštenom detekcijom i lažnim alarmima. Višestruko-hipotezno praćenje je danas osnova za primjene u kojima postoje složeni problemi kod praćenja ciljeva. Radi demonstracije MIT-ov Lincoln laboratorij je konstruirao model za rad u stvarnom vremenu, za praćenje nisko letećih letjelica. Senzori su bili akustično polje, koje se sastojalo od 9 mikrofona od kojih je najveći imao 6m u promjeru, a bili su smješteni u 3 koncentrična trokuta. Računalo PDP11/34 i jedno procesorsko polje su služili za procesiranje akustičnih signala. Čvorni kompjuter, sastojao se od tri MC68000 procesora koji su imali 256kB memorije i 512kB djeljive memorije, te korisnički operacioni sustav. Komunikacija se vršila putem Ethernet-a te mikrovalnog radija. Model se pokazao uspješnim u praćenju letjelice u niskom letu i s akustičnim senzorima, kao i s tv kamerama.
Drugi testni DSN sustav bio je „Vozilo za distribuirano praćenje“ izgrađen na University of Massachusetts, Amherst. Taj sustav je bio istraživački alat za empirijsko istraživanje i rješavanje distribuiranih problema unutar mreže. Pristup empirijski baziranom rješavanju distribuiranog problema, koristi se funkcijskom preciznošću, kooperativnom arhitekturom koja se sastoji od mrežnih Hearsay – II čvorova. Različita pristupi kontrole pomoću lokalnih čvorova su istraženi.
Vojne senzorske mreže u 1980-ima i 1990-ima
Iako su rani istraživači senzorskih mreža zamislili te mreže kao skupine malih senzora, tehnologija u tom trenutku nije bila spremna za takve male dimenzije. Vojni znanstvenici su vrlo brzo prepoznali prednosti senzorskih mreža, pa one ubrzo postaju krucijalne komponente u mrežno-baziranim vojnim rješenjima. Platforme u vojnim rješenjima, posjeduju specifična oružja, dok s druge strane ta oružja posjeduju senzore prilično krute arhitekture. Drugim rječima senzori i naoružanje su zajednički smješteni ali kontrolirani su s različitih platformi koje djeluju samostalno. U mrežno baziranim vojnim primjenama senzori ne pripadaju striktno oružju ili platformi, već oni komuniciraju zajednički putem mreže, te se informacija šalje određanom objektu. Senzorske mreže unapređuju karakteristike praćenja zbog višestrukog motrenja i geometrije, te fenomenološke različitosti, proširenog raspona detekcije i bržeg vremena reagiranja. Također je razvijanje takvih sustava jeftinije zbog iskorištavanja komercijalnih mrežnih tehnologija i uobičajene mrežne komunikacije.
Primjer mrežno bazirane vojne tehnologije je Cooperative Engagement Capability (CEC) razvijen od strane U.S. Navy. Ovaj sustav čini niz radara koji prikupljaju informacije o zračnim metama. Različita mjerenja su povezana preko procesnog čvora putem „with reporting responsibility“ rutine i djeljenjem informacije s drugim čvorovima koji procesuiraju sve korisne informacije. Kada su svi čvorovi došli do informacije, stvara se opća slika bitna za vojnu primjenu. Druge vojne primjene su akustična polja, Fixed Distribuited System (FDS) za otkrivanje podmornica i Advanced Deployable System (ADS), zatim zemaljski senzori za otkrivanje prisustva kao što su Remote Battlefield Sensor System (REMBASS) i Tactical Remote Sensor System(TRSS).
Istraživanja u polju senzorskih mreža u 21. stoljeću
Dolaskom 21. stoljeća, rast kompjuterske i komunikacijske tehnologije približio označio je ponovni uzlet u istraživanju područja senzorskih mreža. Nove tehnologije su dovele u realnost originalnu zamisao. Mali i jeftini senzori bazirani na mikromehaničkoj tehnologiji, bežično umreženje, jeftini i niskoenergetski procesori koji dozvoljavaju ad hoc razvoj senzorskih mreža u mnogim primjenama i aplikacijama. DARPA ponovno nastupa kao krovna organizacija za razvoj DSN tehnologije, i koristi u razvoju najnovija tehnološka postignuća. Razvija program pod nazivom Sensor Information Technology (SensIT) koji prati dve ključne odrednice. Prva odrednica označava razvoj novih mrežnih tehnika. U vojnoj primjeni se to odnosi na ad hoc primjene, odn. visoko dinamička okruženja. Današnje tehnologije su spremne za statičke primjene i za čvrstu, već postojeću infrastrukturu, te ne dostaju za takvu primjenu. Druga odrednica označava procesiranje informacija u mreži, odn. kako izdvojiti korisne, pravovremene i pouzdane informacije iz razvijene mreže.
SensIT stvara nove mogućnosti koje se odnose na današnje senzore. Trenutni sustavi kao što je Tactical Automated Security System (TASS) za sigurnosne namjene su predodređani za primjene a ne za programiranje. Koriste se samo odašiljačima i širokopojasnim detekcijskim paradigmama. SensIT mreže imaju nove mogućnosti. Interaktivne su i programabilne, te se mogu propitivati. Multitasking opcija omogućava da se više korisnika istovremeno služi sustavom. Mreže SensIT čvorova podržavaju detekciju, identifikaciju i praćenje bitnih događaja kao i pronalaženje cilja te komunikaciju unutar i izvan mreže.
