شبكة استشعار لا سلكية باستخدام الهوائيات الكثيفة للمراقبة المتعددة في المشاعر المقدسة خلال موسم الحج

Abstract

جذبت تقنية الهوائيات المتعددة في الدخل والخرج (MIMO) في أنظمة الاتصالات اللاسلكية اهتمام كثير من الباحثين في المجالات الأكاديمية والصناعية؛ نظراً لقدرتها على زيادة سعة قنوات الاتصال والرفع من موثوقيتها. إن استخدام عدد كبير جدًّا من الهوائيات في أنظمة الـ (MIMO) -والمعروفة بأنظمة الهوائيات الكثيفة (Massive MIMO)- يعتبر إحدى التقنيات الرئيسة المرشحة للجيل الخامس (5G) في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، وهذه التقنية تعِد باستخدام عدد كبير من الهوائيات -ربما مئات أو حتى آلاف- لتعمل معاً لنقل مقدار كبير من البيانات المختلفة لعدد من المستخدمين في نفس الوقت، ولها القدرة على زيادة سرعة الاتصالات اللاسلكية إلى قيم كبيرة، ومن التطبيقات التي يتوقع استخدام هذه التقنية فيها شبكات الاستشعار اللاسلكية Wireless Sensors Network والتي يشار لها اختصاراً بــــ WSN. تمثل هذه الشبكات ثورةً علميةً في مجال الاتصالات اللاسلكية والنظم المدمجة، ذلك أنها فتحت المجال أمام ابتكار جيلٍ جديدٍ من التطبيقات في مجالات متنوعة مثل البيئة ورصد الأحوال الجوية، والمراقبة الصحية، وفحص سلامة الأبنية والمنشئات، والأمن مثل اكتشاف المتطفلين وعمليات اقتحام المناطق المحظورة، وحركة المرور، وكشف الحرائق. وتتعلق هذه التطبيقات أساسًا بعمليات المراقبة والتحكم عن بعد لأحداث حسية (أو فيزيائية) مختلفة ومتعددة مثل الحرارة، والضغط، والضوء، والصوت وغير ذلك من خلال أجهزة لاسلكية صغيرة الحجم، إذ تحتوي هذه الأجهزة على مستشعرات تقوم بالتقاط وجمع المعلومات المتحَسّسة في البيئة المراقَبَة، ومن ثم تقوم بإرسالها لاسلكيًّا من جهاز إلى آخر بالتعاون فيما بينها إلى محطة مراقبة. وفي هذا البحث يطرح فكرة استخدام شبكة استشعار لا سلكية (WSN) ذات نقاط كثيرة موزعة على مساحة واسعة تستخدام تقنية الهوائيات الكثيفة (Massive MIMO) في أجهزة الاستشعار الثابتة والمتحركة، لنقل كمية كبيرة من البيانات بسرعة وجودة عالية، تمكن من المراقبة والرصد متعدد الأغراض في المشاعر المقدسة خلال موسم الحج. Multiple-input, multiple-output (MIMO) communications have attracted significant research interests lately because of their ability to improve the capacity and reliability of wireless channels. An aggressive version of MIMO communications technology using hundreds of antennas, known as large-scale or massive MIMO systems, has also recently emerged and became a candidate for the fifth-generation (5G) cellular system. This emerging technology holds great potential for scaling up the wireless data rates to the Gigabit range targeted in the 5G cellular systems. In massive MIMO systems, large number of antenna elements, possibly hundreds or even thousands, work together to deliver huge data to multiple users on the same time-frequency resources. Massive MIMO can be employed to build a distributed Wireless Sensor Network (WSN). WSNs could be used to monitor the urban environment in real time, to facilitate automated control and to collect information for decision making. Large-scale WSNs can use thousands (or even more) of nodes, which is the case if we consider the context of smart cities. In this paper, a distributed massive MIMO based collaboration between the sensors is proposed to be used over the Holy places in Makkah in order to improve the performances of large-scale wireless sensor networks. This configuration is expected to provide fast transmission, and high-quality dealing with huge and various data gathered from different places over the Holy places in Makkah, for various purposes including safety and monitoring from different nodes.