دانلود مقاله ترجمه شده مدل‌سازی و تحلیلِ فرآیند شناسایی اِشکال و تحمل‌پذیری در برابر آن، در شبکه‌های حسگر بی‌سیم

چکیده

دستاوردهای فناورانه در حوزه‌ی سیستم‌های ادغام یافته و ارتباطات، منجر به شیوع گسترده‌ی شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) در طیف وسیعی از دامنه‌های کاربردی گردیده است. از جمله‌ی این دامنه‌های کاربردی می‌توان به مأموریت‌های حساس (مانند دفاع، امنیت، هوا فضا، ماهواره) و یا کاربردهای مرتبط با ایمنی (مانند بهداشت و درمان، پایش آتش‌فشان‌های فعال) اشاره نمود. یکی از نقاط مشترک در بین همه‌ی دامنه‌های کاربردی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، این بوده که باید به نیازمندی‌های اپلیکیشن (مانند طول عمر، قابلیت اطمینان) پاسخ داده شود. در بسیاری از دامنه‌های کاربردی نیاز است تا این گره‌ها در برابر اشکالات مقاوم باشند. بروز اشکال در گره‌های حسگر می‌تواند نتایج فاجعه باری را برای سیستم‌های مرتبط با ایمنی و حساس به همراه داشته باشد. در همین راستا در این مقاله به مدل‌سازی و تحلیل شناسایی اشکال و تحمل‌پذیری در برابر اشکال (تلورانس اشکال) در شبکه‌های حسگر بی‌سیم می‌پردازیم. به منظور تعیین بهره‌وری و میزان صحت الگوریتم‌های شناسایی اشکال، با استفاده از شبیه‌ساز ns-2، به شبیه‌سازی این الگوریتم‌ها خواهیم پرداخت. به بررسی نقاط مشترک در بین شناسایی اشکال و تحمل‌پذیری در برابر اشکال خواهیم پرداخت و از الگوریتم‌های شناسایی اشکال در مدل‌سازی شبکه‌های حسگر بی‌سیمی که در برابر اشکال تحمل‌پذیر می‌باشند (FT) استفاده خواهیم نمود. مدل‌های مارکوف را برای توصیف قابلیت اطمینان در شبکه‌های حسگر بی‌سیم و میانگین زمان تا خطا (MTTF) ارائه خوایم داد تا بتوان اپلیکیشن های مختص به WSN را به آسانی طراحی نمود. نتایج به دست آمده از مدل‌سازی FT نشان می‌دهد که یک شبکه‌ی حسگر بی‌سیم تحمل‌پذیر در برابر خطا که متشکل از گره‌های حسگر دوپلکس می‌باشد می‌تواند منجر به افزایش صد درصدی MTTF و همچنین بهبود 350 درصدی قابلیت اطمینان نسبت به شبکه‌های حسگر بی‌سیمی که فاقد قابلیت تحمل‌پذیری در برابر خطا هستند (NFT) شوند. در این مقاله نگاهی به جهت گیری‌های آینده برای طراحی و توسعه‌ی شبکه‌های حسگر بی‌سیم قابل اطمینان و اعتماد خواهیم داشت.

1-مقدمه

شبکه‌های حسگر بی‌سیم، از یک سری گره ی حسگر مستقل که به صورت فضایی توزیع شده‌اند تشکیل شده که می‌توانند برای انجام یک وظیفه خاص با همدیگر مشارکت داشته باشند. یک گره ی حسگر متشکل از یک واحد حسی (یک واحد حسی که شامل حسگرهایی مانند حسگرهای دما و رطوبت می‌باشد)، یک واحد پردازشی، یک واحد ذخیره‌سازی، یک واحد ارتباطی، یک واحد انرژی، یک واحد محرک و یک واحد پیدا کردن محل‌های بهینه (مونیر و گوردون –روز 2010) می‌باشد.

در شکل 1، معماری شبکه‌ی حسگر بی‌سیم که در این مقاله در نظر گرفته شده است نمایش داده شده است (آکیلدیز و همکاران 2002، وینکلر و همکاران 2008، جیانگ و همکاران 2009). گره‌های حسگری که در میدان‌های حسگر توزیع شده‌اند اقدام به جمع‌آوری اطلاعاتی (داده‌ها و آمار و ارقام حس شده) در خصوص یک پدیده (مانند محیط، هدف) می‌کنند. گروهی از گره‌های حسگر که از نظر جغرافیایی نزدیک به یکدیگر قرار دارند را یک خوشه در شبکه‌ی حسگر بی‌سیم گویند. هر خوشه در این شبکه دارای یک سرآیند خوشه‌ای  (فرآیند ایجاد سرآیند خوشه‌ای و نگهداری و تعیین سرآیند خوشه‌ای از حوصله‌ی این مقاله خارج است) می‌باشد. داده‌هایی که در یک خوشه در شبکه‌ی حسگر بی‌سیم حس می‌شوند، به وسیله‌ی سرآیند خوشه‌ای جمع‌آوری شده و از طریق شبکه‌ی اد هاک گره‌های حسگر، برای گره ی سینک (و یا ایستگاه پایه) ارسال می‌شود. گره ی سینک نیز اطلاعات دریافتی را از طریق یک گره ی درگاه که به یک شبکه‌ی کامپیوتری متصل می‌باشد، برای طراح WSN و یا مدیر WSN ارسال می‌کند. طراح WSN، مسئولیت طراحی WSN را برای کاربردی خاص بر عهده داشته تا بتواند به نیازمندی‌های اپلیکیشن، مانند طول عمر، قابلیت اطمینان و بهره‌وری پاسخ دهد. پس از طراحی و توسعه‌ی WSN، مدیر WSN اقدام به مدیریت عملیاتی مانند تحلیل داده‌ها، پایش گره‌های حسگر زنده و مرده و شرایط آلارم (یعنی آتش‌سوزی در جنگل، وقوع آتش‌فشان) می‌کند…