img

شبکه‌ی حسگر بیسیم در اینترنت اشیاء و عصر رایانش ابری

/
/
/

چکیده
در گذشته تحولات توپولوژیکی بسیاری، شامل انتقال از عصر آنالوگ به دیجیتال و از راه‌حلهای سیمکشیشده مرکزی به سیستم های بیسیم فراگیر، مشاهده کردهایم. خصوصاً، ظهور دستگاه‌های گیرنده و فرستنده‌ی کم هزینه و کم قدرت، به همراه توسعه‌ی پشته‌هایی با اندازه‌ی جمع و جور و استاندارد باز، شبکه‌های حسگر بیسیم(WSN) را ممکن ساخته که برای خانه و دفتر کار و برنامه‌های نظارت صنعتی پذیرفته شدهاند .امروزه، هدف بلندپروازانه، نمونهبرداری، جمعآوری و تحلیل هر قسمت از اطلاعات اطرافمان، برای بهبود کارایی تولید و تأمین اعتبار مصرف منابع بهینه است .«اینترنت اشیاء۱»(IOT) یعنی توانایی اتصال هر دستگاه ممکن به وب گسترده‌ی جهانی، یک جواب عملی به این درخواست است. در نتیجه اطلاعات بسیار زیادی که تولید میشوند، میتوانند به طور مفید با استفاده از سرویسهای «ابر۲» مانند چهارچوبهای سختافزاری و نرم‌افزاری قابل انعطاف که میتوانند محاسبات را به عنوان یک سرویس اجرا کنند، کنترل شوند .هدف از این کار، از سرگیری به نفع یا بر علیه تکنولوژیهای WSN پذیرفته شده است که امتداد آنها به سمت سرویسهای ابری موجود را پیشنهاد میکند.
کلمات کلیدی: شبکه‌های حسگر بیسیم، ارتباطات زمان واقعی، مصرف توان کم.

۱٫مقدمه
در گذشته، وجود پردازنده‌ها/ریزپردازنده‌های کم هزینه اجازه‌ی ظهور حسگرهای هوشمند را داده بود، دستگاه‌ی که نه تنها قابلیت تبدیل مقدار مورد توجه را داشت، بلکه میتوانست پسپردازش هایی را روی داده‌ی خام برای استخراج اطلاعات مقید انجام دهد.
در نتیجه، ممکن بود بر برخی محدودیتهای طبیعی از عنصر حسگر (غیر خطی بودن) فائق آید و بازخوانی معیار در یک فرمت دیجیتال (مثلاً بهبود مصونیت نویز)، آمادگی برای استفاده شدن توسط کنترل کننده‌ها، عملگرها و غیره را فراهم کند .گام واضح بعدی، پذیرش یک واسط ارتباطی (دیجیتال) بود که اجازه‌ی تسهیمسازی یک واسط ارتباطی یکتا را توسط دستگاه‌های مختلف و نوع اطلاعات میدهد. راه حلهای معیار از یک روش متمرکز، که بسیاری از حسگرهای متصل آنالوگ با یک استفاده‌ی مرکزی و سیستم پردازش، به سوی یک روش توزیع شده، که »هوشمندی» به طور کامل در شبکه پخش شده است، نتیجه شدهاند. بعداً، نه تنها بازخوانی معیار، بلکه داده‌ی کمکی، مانند تشخیص، میتواند از راه دور در دسترس باشد .اما، با وجود کاهش کابلبندی ناشی از انتقالهای دیجیتال به وسیله‌ی گذرگاه ، سرحد واقعی، حذف تمام سیمها، کمینهکردن هزینه‌ی تأسیسات و تشخیص است. در واقع، وجود واسط رادیویی کم توان و کم هزینه، اجازه‌ی جایگزینی دستگاه‌های سیمدار قدیمی با دستگاه‌های بیسیم را بدون افت محسوس عملکرد قابل دستیابی میدهد. در واقع محدودیت اصلی، تعادل بین تأخیر و طول عمر اختصاص یافته توسط مقدار منابع توان مدار محدود (غلب پیادهسازی شده توسط باتریهای ابعاد کوچک)، به دلیل نیاز به یک دستگاه مستقل است .
در این مقاله یک بررسی اجمالی از WSN ها را انجام میدهیم و سپس توضیحی از سرویسهای رایانش ابری و پیوستگی آن با WSN ها را ارائه داده و در نهایت، مثالی با استفاده از «آزمایش حساسیت » شامل سناریویی که دستگاه‌های هوشمند و انسانها به عنوان حس گر استفاده می شوند، نشان داده شده است.

  1. حس گرهای بیسیم و شبکه‌های حسگر بیسیم: بررسی اجمالی
    به طور کلی یک شبکه‌ی حسگر بیسیم میتواند به عنوان مجموع حسگرهای مستقل، با فاصله‌های توزیع شده تعریف میشود که با یک نظارت فیزیکی یا کمیتهای محیطی (مانند دما، صدا، لرزش، فشار، آلودگی…) ،کار میکند(۱). در اصل، با انگیزه‌ی ایجاد شده توسط برنامه‌های نظامی، مانند نظارت در میدان جنگ ،WSN ها امروزه در بسیاری از طرحهای برنامه‌ی شخصی، شامل خانه و اتوماسیون ساختمان، نظارت سلامتی، محیط و نظارت محل سکونت، کنترل ترافیک و بسیاری از برنامه‌های دیگر به طور گسترده پراکنده شده است. حتی یک دنیای محافظهکار قدیمی، مانند یک دستگاه خودکار صنعتی، تحت تأثیر WSN ها قرار گرفتهاند[۲]. خصوصاً، دو پروتکل استاندارد (مانند HART بیسیم، ارائه شده توسط کنسرسیوم HCF و ISA100.11a ارائه شده توسط انجمن ISA) که در چند سال اخیر پیشنهاد شدهاند، عمداعمداً برای نظارت و کنترل پردازش طراحی شدهاند[۳]. هر گره در شبکه‌ی حسگر بیسیم، معمولاً مجهز به یک حسگر)کمیت فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند)، یک ریزکنترل کننده‌ی کوچک)فراهم کننده‌ی مبدل آنالوگ به دیجیتال و قابلیت ذخیرهسازی و محاسباتی)، یک دستگاه فرستنده‌ی رادیویی)برای ارائه‌ی قابلیت ارتباطات بیسیم) و یک عنصر منبع/ذخیره‌ی انرژی محلی)معمولاً به صورت باتری الکتروشیمیایی) میباشد[۱]. یک برداشتکننده‌ی توان اختیاری یا رباینده نیز میتواند نمایش داده شود، که هدف آن تبدیل انرژی یک منبع خارجی)مثًلاً خورشیدی، حرارتی، باد و انرژی جنبشی، درجه‌ی شوری) به انرژی الکتریکی و شارژ توان عنصر ذخیرهسازی است. یک دیاگرام بلوک ساده شده در شکل ۱ نشان داده شده است.
    توسعه‌ی این شبکه‌های حسگر بیسیم نیازمند تکنولوژیهایی از سه زمینه‌ی تحقیقاتی مختلف شامل تکنولوژیهایی مربوط به توسعه‌ی حسگر از دستگاه ارتباطی و دستگاه محاسباتی(نه تنها محدود به سختافزار، بلکه شامل نرم‌افزار و الگوریتمها) است .
    ترکیب و جداکردن پیشرفت هر یک از این زمینه‌ها در این فیلد بررسی شده است.
    بسته به پیادهسازی واقعی ،ابعاد یک گره‌ی حسگر میتواند از یک جعبهکفش تا یک ذره متغیر باشد. مشابهاً، هزینه‌ی یک دستگاه حسگر می تواند از هزاران دلار تا چند پنی متغیر باشد که عمدتاعمدتاً وابسته به پیچیدگی حسگر درونی و نیازهای ذخیره/محاسباتی است .برعکس، اندازه و هزینه‌ی محدودیتهای گره‌ی حسگر، توسط برنامه‌ی مورد نظر اختصاص یافته و منجر به محدودیتهای متناظر در منابع مانند انرژی، توان محاسباتی و پهنای باند و قابلیت ذخیرهسازی شده است[۴]. در واقع، اگر دستگاه‌های حسگر هوشمند، کوچک و ارزان باشند، آنها میتوانند به تعداد زیادی تولید و توسعه یابند به طوریکه «نمونهگیری بالا » پدیدار شود وعملکرد کلی را با بهره گیری از قابلیتهای همکاری بهبود یابد. چنین تعداد زیادی از چنین گره‌های حسگر بیسیم شاید با تبادل با دیگران یک شبکه‌ی حسگر تشکیل دهد. حسگرهای بسیار متفاوتی مانند فشار، لرزش، نوری، حرارتی، صوتی، حسگر و غیره ،میتوانند با توجه به نظارت همزمان شرایط محیطی در مکانهای مختلف، اتخاذ شوند. اطلاعات استخراج شده به صورت محلی ،میتوانند برای پردازش بیشتر به یک گره‌ی چاهک ارسال شوند.
    به‌علاوه، قابلیتهای حسگری دستگاه هوشمند در حال بهبود است .برای مثال، یک گوشی هوشمند شامل حسگرهایی به عنوان شتابسنج و GPS (سیستم مکانیابی سراسری) باشد و میتواند این اطلاعات را برای تجمع بیشتر و پردازش با استفاده از واسطهای بیسیم محلی، مخابره کند. در سایه‌ی این دستگاه‌ها، یک انسان میتواند احساسات و احتیاجات خود را بیان کند و همچنین به عنوان یک حسگر عمل کند (مانند سیگنال شکست در روشنایی خیابان.)
    برای تکمیل، یک خلاصه از مهمترین عبارتهایی که در یک شبکه‌ی حسگر به طور گسترده استفاده میشوند، در زیر آمده است:
    • حسگر: یک مبدل که یک اثر فیزیکی مانند گرما، نور، صدا یا حرکت را به سیگنال الکتریکی یا سیگنالهای دیگر تبدیل میکند که ممکن است توسط دستگاه‌های دیگر پردازش بیشتری روی آن انجام شود.
    • گره‌ی حسگر: واحد پایه‌ی سازنده‌ی یک شبکه‌ی حسگر است. یک پردازنده، یک حافظه، یک واسط بیسیم و یک منبع تغذیه‌ی مستقل محلی در آن وجود دارد.
    • توپولوژی شبکه: یک گراف، که گره‌های آن گره‌های حسگر هستند و یالهای آن لینکهای ارتباطی هستند.
    • مسیریابی: فرایند ارسال داده در یک مسیر شبکه از گره‌ی منبع به مقصد نهایی آن است.
    • منبع: این عبارت برای نشان دادن حسگرها، لینکهای ارتباطی، قابلیتهای محاسباتی، ذخیره‌ی داده و مقدار انرژی هر گره، استفاده میشود.
  2. رایانش ابری
    تعاریف رسمی بسیاری در دانشگاه و صنعت برای توصیف مفهوم «رایانش ابری» ارائه شدهاند .یکی از تعاریف معروف که به طور گسترده پذیرفته شده توسط NIST (بنیاد ملی استانداردها و تکنولوژی[)۲] ارائه شده، اظهار میکند که «رایانش ابری مدلی برای ایجاد سهولت و دسترسی به شبکه به موقع به یک دسته از منابع قابل تنظیم مشترک (مانند شبکه‌ها، سرورها، حافظه، برنامه‌های کاربردی و سرویسها) میباشد که میتوانند به سرعت آماده شوند و با کمترین تلاش مدیریتی یا تقابل ارائهکننده‌ی سرویس واگذار شوند»[۵]. تعریف دیگری میگوید، رایانش ابری عبارتی است که برای توصیف یک سیستم (شامل زیرساخت اساسی) و یک نوع برنامه‌ی کاربردی استفاده میشود.
    در یک سیستم رایانش ابری، به جای داشتن سرورهای محلی برای جمعآوری و مدیریت اطلاعات به دست آمده از برنامه‌ها ،سرورهای راه دور (پیادهسازی شده به وسیله‌ی ماشینهای مجازی یا فیزیکی) به صورت پویا آماده میشود و بر اساس نیازهای واقعی پیکربندی میشود. به عنوان مثال، اگر یک باد یا فرم خورشیدی را در نظر بگیریم، اطلاعات مربوط به آب و هوای جمعآوری شده توسط یک WSN (به عنوان مثال حسگرهای باد، بهرهبرداری نور و غیره) میتوانند همراه با اطلاعات مربوط به مشبکه پردازش شوند (مثلاً، به دست آمده از مبدلهای هوشمند)، تا کارایی تأسیسات را افزایش دهند و نیاز به توان را بهتر فراهم کنند.
    رایانش ابری همچنین برنامه‌هایی که میتوانند از طریق اینترنت راه دور در دسترس قرار گیرند را توصیف میکند. مراکز داده‌ی بزرگ و سرورهای قدرتمندی مشابه برنامه‌های تحت وب و سرویسهای وبی که روزانه استفاده میکنیم، روزانه از این برنامه‌ها استفاده میکنند .
    ۳٫۱٫ خصوصیات رایانش ابری
    در ادامه برای تکمیل، مهمترین خصوصیات رایانش ابری به طور خلاصه توصیف شدهاند:
  3. سرویسهای بر اساس درخواست : درخواستهای مشتریان به طور خودکار بدون دخالت اپراتور انسانی انجام میشوند.
  4. انعطاف پذیری درخواست: منابع موجود توسط مشتریان برای نیازهای آن ها برای یک دوره‌ی زمانی انعطافپذیر استفاده شدهاند (یعنی، توافق رسمی برای چنین دورهای وجود ندارد.)
  5. انتزاع : منابع واقعی (سختافزار و/یا نرم‌افزار) از نظر مشتریان پنهاناند. مشتریان سرویس، از منابع پیشنهادی توسط ارائهدهنده بدون دانستن مکانی که از آنجا داده‌ی پردازششده رسیده یا ذخیره شده، بهرهمند میشوند.
  6. سنجش سرویس: ارائهکننده، ابزارهایی برای سنجش استفاده‌ی واقعی (بر حسب معیارهای مناسب تعریف شده) سرویس پیشنهادی در اختیار میگذارد.
  7. ادغام منابع: سرویسهای موجود، مجموعهای از سرویسها را ایجاد میکنند که به طور پویا بر اساس درخواست مشتری به آنها اختصاص مییابد.
  8. دسترسی شبکه: برنامه‌ی مشتری میتواند به وسیله‌ی یک دسترسی به اینترنت (احتمالاً رمزنگاری شده) توسط گوشیهای موبایل، تبلتها، لپتاپها و غیره، روی سیستمهای متعددی اجرا شود .

۳٫۲٫ سرویسهای رایانش ابری
بر اساس پیادسازی، ابر میتواند سلسلهمراتب سطوح سرویس مختلفی که بر اساس اختصارات زیر سازمانده‌ی شدهاند را ارائه کند (شکل ۲ را ببینید:)
• IaaS (زیرشاخت به عنوان یک سرویس ): این مدل، قابلیتهای ذخیرهسازی پایه و محاسبه را به عنوان سرویسهایاستاندارد شده در شبکه فراهم می کند. در نتیجه، کاربر (در طرف مشتری) نیاز به خرید سختافزار مخصوص به خود را ندارد (سرورها، سیستمهای ذخیرهسازی، دستگاه‌های شبکه و غیره) کاربر برنامه‌های کاربردی خود را اجرا میکند و از بارکاری پیشنهاد شده توسط زیرساخت استفاده میکند. به عنوان مثال، سرویس های ارائه شده توسط آمازون EC2 را در نظر بگیرید.
• PaaS (سیستم به عنوان یک سرویس (: این مدل برنامه‌های نرم‌افزاری و/یا محیط توسعه را به عنوان یک سرویس فراهم میکند. به علاوه، برنامه‌های نرم‌افزاری سطوح بالاتر می توانند با استفاده از همان سرویس اجرا شوند .در نتیجه ،کاربر (در سمت مشتری) در ساخت برنامه‌های خود که توسط زیرساخت ارائه کننده اجرا میشوند، آزاد است. به عنوان مثال، موتور اپلیکیشن گوگل یا Window Azure را در نظر بگیرید.
• SaaS (نرم‌افزار به عنوان یک سرویس): این مدل سرویسهایی برای مشتری بر اساس درخواست آنها فراهم میکند .
یک نمونه از سرویس روی ابر اجرا میشود و می تواند توسط چندین کاربر استفاده شود. نیازی به سرمایهگذاری برای مجوز سختافزار یا نرم‌افزار در سمت مشتری وجود ندارد. به عنوان مثال ،Google Apps یا Microsoft Office 365 را به عنوان یک ارائهدهنده‌ی SaaS نوعی در نظر بگیرید.

۳٫۳٫ مدلهای رایانش ابری
بر اساس روشی که در آن زیرساخت ابر عمل میکند، مدلهای رایانش ابری مختلفی میتواند تعریف شود .برخی پذیرفتهشدهاند و تعاریف گسترده به صورت زیر است:
• ابر اختصاصی: در این مورد، زیرساخت ابر کاملاً توسط یک سازمان مدیریت شده است .هدف یک سازمان، تنظیم یک ابر اختصاصی بیشینه کردن کارایی استفاده از منابع موجود در خانه است. مزایای پیشنهادی بر اساس امنیت افزایش یافته و هزینه‌ی کم شده در داده‌ی انتقالی است .
• ابر عمومی: یک ابر عمومی مبنی بر مدل رایانش ابری استاندارد است که در آن یک ارائهدهنده‌ی سرویس ممکن است رایگان یا مبنی بر یک مدل پرداخت به ازای استفاده باشد .فایده‌ی اصلی استفاده از یک سرویس ابر عمومی، این است که هزینه‌ی پیکربندی سیستم به دلیل اینکه هزینه‌های سختافزار،برنامه‌ها و پهنای باند توسط ارائه دهنده مدیریت/کنترل میشوند، کمتر است. چون شما فقط برای چیزی که واقعاً لازم دارید، می پردازید، مقیاسپذیری وکارایی بهبود یافته است .
• ابر دورگه: یک ابر دورگه، یک سرویس ابر ترکیبی است که از ابرهای اختصاصی و عمومی استفاده میکند تا وظایف مجزایی درون یک سازمان انجام دهد .همه‌ی سرویسهای رایانش ابری باید کاراییهای خاصی را برای درجات مختلف ارائه دهند، ولی سرویسهای ابری عمومی بیشتر احتمال دارد که از نظر هزینه کارا بوده و مقیاس پذیر نسبت به ابرهای اختصاصی باشند.
• ابرهای انجمنی: یک ابر انجمنی، یک زیرساخت چند-مستأجری است که بین چندین سازمان از یک گروه خاص با مباحث محاسباتی مشترک، به اشتراک گذاشته میشود. هدف سازمانده‌ی برای انجمن باید متفاوت باشد، ولی اعضای انجمن عموماً امنیت، حریم خصوصی، عملکرد و نیازهای مطلوب مشابه‌ی را به اشتراک میگذارند.

  1. . WSNها و رایانش ابری
    قبلاً خصوصیات و مزایای هردوی WSNها و رایانش ابری مشخص شد، کاملاً روشن است که این دو پارادایم میتوانند با هم ترکیب شوند تا اجازه‌ی به اشتراک گذاری و تحلیل زمان واقعی داده‌های در حال عبور حسگرها را بدهند[۶[. به‌علاوه، این ترکیب اجازه‌ی فراهم کردن داده‌ی حسگر یا رویداد حسگر را به عنوان یک سرویس در اینترنت میدهد. بنابراین، داده‌ی حس گر میتواند به راحتی، نه تنها به صورت محلی، بلکه از هر جایی در دنیا، تحلیل شود. به این دلایل، عبارت «حسکردن به عنوان یک سرویس» و «رویداد حسگر به عنوان یک سرویس» ابداع شدند .اولی فرایند موجود کردن داده‌ی حسگر برای مشتریهای زیر ساخت ابر را توصیف میکند،برعکس، دومی، مربوط به رویدادهای مورد توجه ارائه شده توسط زیر ساخت ابر میباشد.
    ادغام این دو تکنولوژی میتواند برای تعداد زیادی از برنامه‌های کاربردی شامل موارد زیر مفید باشد:
    • نظارت بر انتقال، مثلاً برای کنترل سیستمهای کنترل ترافیک، شناسایی خودکار صفحه‌ها، مدیریت عوارض راه، اخطاروسایل نقلیه‌ی اورژانسی، مدیریت ترافیک پویا و غیره میباشد[۷]. داده‌های حسگرجمعآوری شده توسط سیستم ابر باید اجازه‌ی ساخت یک تصویر فوری از ترافیک را بدهند که بو طور پویا توسط خود کاربران آپدیت میشود. این داده‌ها میتوانند در برنامه های زیادی مانند طبقه‌بندی وسایل نقلیه، سیستمهای مقابله با تصادف، گیتهای عوارض خودکار و غیره استفاده شوند.
    • استفاده‌ی نظامی، شبکه‌های حسگر بیسیم در اصل برای برنامه‌های نظامی (مثلاً مفهوم غبار هوشمند) طراحی شدهاند[۸]. رایانش ابری اختصاصی، مانند موارد قبل، میتواند پاسخی برای نیازهای امنیتی سطح بالای این برنامه‌ها باشد، نیازهایی که نمیتوانند با استفاده از اتصالات طبیعی اینترنت فراهم شوند[۹].
    • پیش بینی آب و هوا، داده‌ی جمع آوری شده توسط حسگرهای محیطی، نمونهای از مبحث «داده‌ی بزرگ» را نمایش میدهد که نمی تواند با استفاده از روش های پایگاهداده‌ی قدیمی به راحتی پشتیبانی شود[۱۰]، ولی با توان محاسباتی زیاد و کم هزینه‌ی ابر میتواند حل شود.
    • مراقبت از سلامتی، امروزه شبکه‌های حسگر نه تنها در طرحهای بیمارستانی بلکه در برنامه‌های مراقبت از سلامتی به طور گسترده استفاده میشوند .خصوصاً، افزایش میل به توسعه‌ی دستگاه‌های شخصی و قابل حمل برای نظارت پیوسته بر سلامت افراد و در نتیجه بهبود کیفیت زندگی وجود دارد. برای مثال، ورزشکاران میتوانند از مزایای چنین سیستمهایی برای گرفتن هشدارهای زمان واقعی برای تمرین بی خطر و موثر بهرهمند شوند. عوامل حیاتی بیماران ترخیص شده میتواند به طور ثابت و از راه دور کنترل شود و به طور کلی همه‌ی افراد میتوانند مشورتهای شخصی را برای یک طول عمر سلامت دریافت کنند.پ
    در بخش بعد، یک برنامه‌ی کاربردی ایجاد شده درباره‌ی این موضوع به طور مختصر آمده است.
  2. نمونهای از حسگر ابری برای کنترل طول عمر
    همانطور که در بخش قبل گفته شد، مراقبت از سلامتی طرح برنامهای است که نویسنده برای استفاده‌ی مفید از رایانش ابری بررسی کرده است. کنترل پیوسته‌ی سیگنالهای زیستی فردی، ناشی از یک افزایش وجود حسگرهای پوشیدنی کم هزینه ،غیرتهاجمی است[۱۱]. اما مجموعه‌ی نتیجه شده از مقدار زیادی داده از منابع مختلف توزیع شده به یک ساختار مناسب برای مدیریت ذخیره و تحلیل نیاز دارد که بدین منظور، استفاده از پارادایم رایانش ابری پیشنهاد میشود. حسگرهای پوشیدنی معموًلاً به دلیل محدودیتهای زمانی به شبکه‌های بیسیم ساده سازمانده‌ی میشود، بنابراین نمی توانند به طور مستقیم به اینترنت متصل شود و به همین دلیل به دروازه‌هایی احتیاج داریم. معرفی تلفنهای هوشمند در زندگی روزمره، با در کنار بسیاری از اختیارات وسایل ارتباطی (بلوتوث ،NFC ،wifi و …)، استفاده از این نوع دستگاه‌ها برای پیادهسازی دروازه‌هایی آسان به سوی اینترنت پیشنهاد میکند. همچنین، چیزی که نویسندگان ارائه کردهاند، پذیرفتن دستگاه‌های هوشمند برای دریافت داده‌های زیستی مختلف از افرادی که از حسگرهای جاسازی شده استفاده میکنند وبرای پردازش داده‌های نتیجه شده، مبنی بر معماریهای توزیع شده‌ی ذاتی هستند .در این روش، حیطه‌ی گستردهای از تحلیل های آماری میتواند به راحتی روی داده‌های زیادی از یک جمعیت بزرگ و ناهمگن اجرا شود.
    خصوصاً، این بخش از حساسیت چهارچوب آزمایش، مبنی بر پروژه‌ی Seattle را برای توسعه‌ی یک سیستم مبتنی بر ابر را برای تحلیل اطلاعات به دست آمده توسط شتابسنجهای تلفنهای هوشمند و تبلتها و دستگاه‌های GPS، استفاده میکند تا به داده‌های مفیدی برای مطالعه‌ی طول عمر جمعیت دست یابد[۱۲]،[۱۳]،[۱۴].

۵٫۱٫ پروژه‌ی Seattle و آزمایش حساسیت
بر اساس توسعهدهندگان ،« Seatle سیستمی برای تحقیقات شبکه و سیستمهای توزیعشده است که گسترش بزرگی از سرعت کامپیوترها در دنیا پیشنهاد میدهد که منابع آن می تواند برای استفاده از وبسایت Seattle Clearinghouse در دسترس قرار گیرد.»، چهارچوب Seattle اخیراً با موبایلها، شامل آندروید، ios و دیگر سیستم علملهای تلفن همراه نیز سازگار شده است .
آزمایش حساسیت، با توجه به قابلیت دستگاه‌های هوشمندی که امروزه موجودند، یک ورژن دسکتاپ از سیستم رایانش ابری Seattle تعریف کرده که میتواند محاسباتی مانند برنامه‌های مبتنی بر PC با قابلیتهای حسگری انجام دهد .سپس سیستم از مفهوم رایانش ابری به پارادایم حسگر ابری حرکت میکند.
آزمایش حساسیت در ادامه‌ی روش پروژه‌ی Seattle شامل سه مرحله‌ی مختلف کنترل پروژه، انجام میشود که هر یک متناظر با یک «بازیکن» خاص هستند. اولین بازیکن، طرح‌ریز نام دارد، اجرای محیط را سفارشی میکند، نصبکننده را تنظیم می کند و منابع موجود را تخصیص میدهد. سپس بازیکن دوم نصب کننده را روی دستگاه مورد نظری که میخواهیم منابع را به اشتراک بگذاریم و توسط طرح ریز نصب شده، اجرا میکند .به همین دلیل، بازیکن متناظر اعطا کننده نامیده میشود. در انتها، محقق، از منابع در معرض گذاشته شده توسط طرح ریز روی سیستم اعطا کننده، برای اجرای آزمایشها استفاده میکند. در شکل ۳ سیستم Seattle نشان داده شده است.
هدف از آزمایش حساسیت، فراهم کردن یک واسط قابل برنامه‌ریزی یکپارچه برای حسگرهای جاسازی شده در دستگاه‌های هوشمند است، که محقق بتواند به راحتی و به طور یکپارچه در دستگاه از طریق نرم‌افزار سمت مشتری، به حسگرها دسترسی داشته باشد .در حال حاضر ،ماژولهای پیادهسازی شده و اطلاعات وابسته به قراین به سه دسته طبقه‌بندی میشوند: واسته به دستگاه (مثلاً پارامترهایی مانند سطح توان باتری، استفاده از حافظه و پردازنده)، وابسته به مکان (مثلاً پاراکترهایی مانند مکان جغرافیایی، دامنه و سرعت در صورت وجود) و وابسته به شبکه (نوع و عملگر شبکه‌ی موبایل، نقاط دسترسی wifi همسایه و دستگاه‌های بلوتوث نزدیک.) همه‌ی این اطلاعات توسط بیشتر گوشیهای هوشمند و تبلتهای موجود در بازار ارائه میشوند.
طرحی از معماری مطرح شده در شکل ۴ نشان داده شده است. گوشی موبایل کاربر (منابع داده‌ی مشابه) که از طریق ابر داده را در دسترس قرار میدهد، توسط سرور Seattle Clearinghouse نشان داده شده است. یک «ترمینال پژوهشگر» مثلاً مربوط به یک دکتر، میتواند به منظور بازیابی داده‌ی بیمار به ابر دسترسی داشته باشد و پردازشهای اضافی روی داده را اجرا نماید. داده‌ی ثبت شده میتواند توسط ابر با استفاده از نرم‌افزار «آزمایش حساسیت» در حال اجرا روی ترمینال پژوهشگر دریافت شود .به‌علاوه ،دستگاه هوشمند کاربر قابلیت برقراری ارتباط مستقیم بین داده و این «ترمینال پژوهشگر» را دارد و عملکرد سرور را مستقیم روی گوشی هوشمند پیادهسازی میکند (اگر یک IP عمومی موجود باشد) .اما، یک ارتباط اولیه با سرور Seattle Clearinghouse برای ارتباط دستگاه هوشمند با «گروه آزمایش» مورد نیاز است که توسط همه‌ی دستگاه‌های کنترل شده تشکیل شده است .همچنین «آزمایش حساسیت» به یک نرم‌افزار پایتون اجازه میدهد که توسعه یابد و به گوشی هوشمند کاربر دانلود/اجرا شود. همه‌ی این عملیات توسط یک کتابخانه‌ی XML-PRC اضافه شده به سیستم اندروید پیادهسازی شده است.
برنامه‌ی ثبت‌کننده در دستگاه هوشمند از طریق یک سندباکس به حسگرهای گوشی هوشمند دسترسی پیدا کرده و بنابراین همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده، خطر ات بالقوه‌ی نرم‌افزار معیوب را محدود می کند .انعطاف سیستم پیشنهادی عبارت است از امکان تغییر حسگر تعیین شده با بارگیری نرم‌افزار جدید در گوشی هوشمند کاربر، از راه دور. خصوصًاً، توانایی آزمایش حساسیت میتواند برای جمعآوری داده‌های زیاد مربوط به حرکت افراد تحت آزمایش و برای درک تحلیلهای آماری روی فعالیت فیزیکی جمعیت میباشد. کارهای زیادی در متون الگوریتمهای پیشنهادی برای طبقه‌بندی حرکت کاربر از داده‌ی شتابسنج وجود دارد[۱۵]. به علاوه، استفاده از GPS میتواند به تعیین بهتر نوع فعالیت فرد تحت آزمایش، مانند کارهای داخلی و خارجی، راهرفتن و غیره کمک کند.
برخی آزمایش های اولیه با راهحل پیشنهادی انجام شده است. یکی از گوشیهای هوشمند گروه آزمایش به یک لرزاننده‌ی تحت کنترل PC با استفاده از تنظیماتی مشابه با[ ۱۶] بسته شده است. داده‌ی به دست آمده از شتابسنج، از طریق سیستم مبنی بر ابر به ترمینال کننرل کاربر ارسال شده است. نتایج دو آزمایش پایه روی «ترمینال پژوهشگر» در شکلهای ۶ و ۷ نشان داده شده است .آزمایش ساده تأیید میکند که ممکن است از راه دور مقدار (زیادی) اطلاعات حسگر مانند به دست آمدن از شتابسنجهای جاسازی شده دریافت شود و داده در ابر موجود باشد. همه‌ی این چیزها بدون داشتن هیچ دانشی در مورد دستگاه به دست آمده، به جز اینکه آدرس آن درون «گروه آزمایش» وجود داشته است .
سیستم دارای قابلیت جمعآوری حدود دو نمونه در هر ثانیه است: متأسفانه ،جیتر (میزان اختلاف در زمان رسیدن بسته‌ها) وابسته است (در حد ده میلی ثانیه)، ولی یک برچسب زمانی به صورت خودکار ارائه شده که دریافت اطلاعات پردازش شده میتواند به طور صحیح مرتب شده و همچنان انجام پردازشهای بیشتر ممکن است.
شکل ۶در این آزمایش، گوشی هوشمند دارای آفست ۰۳ درجه بین محور y و محور اصلی و یک آفست ۰۳ درجه بین محور x و محور اصلی می باشد. محور شکل ۷در این آزمایش گوشی هوشمند با محور y عمودی موازی با محور اصلی و z عمود بر محور اصلی است lمحور محورهای افقی x و z عمود بر محوراصلی قرار گرفته اند.

۶٫نتیجه‌گیری
IOT یا توانایی اتصال هر دستگاه ممکن، طرحهای جدیدی در WSN ها باز میکند. سرویسهای رایانش ابری و وجود دستگاه‌های هوشمند ارزان و قدرتمند اجازه‌ی بهینه‌سازی مدیریت اطلاعات، به اشتراک گذاری نتایج سنجش و بهبود کیفیت سرویسها را میدهد.

منابع
[۱] I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, «A Survey on Sensor Networks», IEEE Communications Magazine, August, 102-114 (2002).
[2] P. Ferrari, A. Flammini, D. Marioli, E. Sisinni, A. Taroni, «Wired and wireless sensor networks for industrial applications»,
Microelectronics Journal, September, 2009, Vol. 40, N. 9, pp. 1322-.6331 [3] P. Ferrari, A. Flammini, M. Rizzi, E. Sisinni, «Improving simulation of wireless networked control systems based on WirelessHART»,
Computer Standards & Interfaces, November, 2013, Vol. 35, N. 6, pp. 605-.516 [4] R. Kay; F. Mattern, «The Design Space of Wireless Sensor Networks», IEEE Wireless communications, 11 (6), Pp.: 54–۶۱٫
[۵] P. Mell, T. Grance, “The NIST Definition of Cloud Computing”, NIST Special
Publication 800-145. Available on-line at
http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-145/SP800-145.pdf
[6] Sanjit Kumar Dash, Subasish Mohapatra, Prasant Kumar Pattnaik, “A survey on Application of Wireless sensor network using Cloud Computing”, IJCSET, Vol. 1,Issue 4, Pp.50-55,December 2010.
[7] P. Jaworski, T. Edwards, J. Moore, K. Burnham, “Cloud computing concept for
Intelligent Transportation Systems”, ۲۰۱۱ ۱۴th
International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), pp.391,936, 5-7 Oct. 2011.
[8] M. P. Durisic, Z. Tafa, G. Dimic, V. Milutinovic, «A survey of military applications of wireless sensor networks,» ۲۰۱۲ Mediterranean
Conference on Embedded Computing )MECO), pp.196,199, 19-21 June 2012.
[9] J.M. Reddy, J.M. Monika, «Integrate Military with Distributed Cloud Computing and
Secure Virtualization,», High Performance
Computing, Networking, Storage and Analysis )SCC), pp. 1200-1206, 10-16 Nov. 2012. [10] D.K. Krishnappa, D. Irwin, E. Lyons, M. Zink, “CloudCast: Cloud computing for short-term mobile weather forecasts”, ۲۰۱۲ IEEE 31st
International Performance Computing and Communications Conference )IPCCC), pp.61-70, 1-3 Dec. 2012
[11] A. Depari, A. Flammini, E. Sisinni, A. Vezzoli, «A Wearable Smartphone-Based System for Electrocardiogram Acquisition», ۲۰۱۴ IEEE
International Symposium on Medical Measurements and Applications Proceedings, Lisbon, Portugal, June 11-12, 2014, pp.54-.95
[12] “The Seattle platform”; available online: https://seattle.poly.edu/wiki
[13] “The Sensibility Testbed”, available online: http://seattlesensor.wordpress.com/ [14] J. Cappos, Lai Wang, R. Weiss, Yi Yang, YanyanZhuang, «BlurSense: Dynamic fine-grained access control for smartphone privacy,»Sensors Applications Symposium )SAS), 2014 IEEE, pp.329,332, 18-20 Feb.
2014
[15] S. Kaghyan, H. Sarukhanyan, “Accelerometer and GPS sensor combination based system for human activity recognition”, Computer
Science and Information Technologies )CSIT), p. 1-9, 2013
[16] E. Sisinni, C. M. De Dominicis, A. Depari, A. Flammini, L. Fasanotti, M. Tomasini,
«Performance assessment of vibration sensing using smartdevices», ۲۰۱۴ IEEE International Instrumentation and Measurement Technology
Conference )I2MTC), Montevideo, Uruguay, May
12-15, 2014, pp. 1617-.2261

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

It is main inner container footer text