منبع پایان نامه ارشد درمورد اینترنت اشیا، فناوری نانو، شبکه های حسگر

دانلود پایان نامه ارشد

باش بصورت پخش همگاني با انرژي زياد توليد مي كند باعث شود بدون دليل گره هاي همسايه از حالت خواب45 خارج شوند. ادامة اين روند باعث به هدر رفتن انرژي گره ها شده و عمر آنها را كوتاه مي كند. با توجه به محدوديت ها بايد دنبال راه حل هاي ساده و كارا مبتني بر طبيعت شبكه حس/كار بود. مثلا اينكه گره ها با چگالي بالا مي توانند توزيع شوند و هر گره داراي اطلاعات كمي است يا اينكه داده ها در يك مدت كوتاه معتبرند از اين ويژگي ها مي توان بعنوان يك نقطه قوت در رفع مشكلات امنيتي استفاده كرد. اساسا‏ً چالشهاي زيادي در مقابل امنيت شبكه حس/كاروجود دارد. و مباحث تحقيقاتي مطرح در اين زمينه گسترده و پيچيده است.
12- عوامل پیش بینی نشده: یک شبکه حسگر کارانداز تابع تعداد زیادی از عدم قطعیت هاست. عوامل طبیعی غیر قابل پیش بینی مثل سیل زلزله، مشکلات ناشی از ارتباط بی سیم و اختلالات رادیویی، امکان خرابی هر گره، کالیبره نبودن حسگرها،پویایی ساختار و مسیردهی شبکه، اضافه شدن گره های جدید و حذف گره های قدیمی، جابجایی گره ها بطور کنترل شده یا در اثر عوامل طبیعی و غيره. سؤالی كه مطرح است این است که در این شرایط چگونه میتوان چشم اندازی فراهم کرد که از دیدگاه لایه کاربرد شبکه یک موجودیت قابل اطمینان در مقیاس بزرگ دارای کارایی عملیاتی مشخص و قابل اعتماد باشد. باتوجه به اینکه شبکه های حسگر کارانداز تا حدود زیادی بصورت مرکزی غیر قابل کنترل هستند و بصورت خودکار یا حداقل نیمه خودکار عمل میکنند باید بتوانند با مدیریت مستقل بر مشکلات غلبه کنند. از این رو باید ویژگی های خود بهینه سازی46 خود سازماندهی47 و خود درمانی48 را داشته باشند. اینها از جمله مواردی هستند که بحث در مورد آنها آسان ولی تحقق آن بسیار پیچیده است. بهرحال اين موضوعات ازجمله موارد تحقیقاتی می باشند

7-3-8-2 نمونه ی پیاده سازی شده شبکه حس/كار(ذره ی میکا49 )
یک نمونه از پیاده سازی سخت افزاری گره های حسگر ذره میکا دانشگاه برکلی امریکا است.این نمونه، یک واحد حس/کار کوچک (چندین اینچ مکعب) با یک واحد پردازنده مرکزی50،منبع تغذیه،رادیو و چندین عنصر حسگر اختیاری می باشد. پردازشگر آن یک پردازنده 8- بیتی از خانواده ی اتمل51 می باشد همراه با 128 کیلو بایت حافظه ی برنامه، 4کیلوبایت RAM برای داده 512کیلوبایت حافظه ی فلش .این پردازنده فقط یک کمینه از مجموعه دستورالعمل های ریسکRISK) )را بدون عمل ضرب، شیفت با طول متغیر و چرخش پشتیبانی می کند.رادیوی آن یک رادیوی مصرف پایین916 مگاهرتز با پهنای باند40 کیلو در ثانیه روی یک کانال تسهیم شده منفرد با محدوده ی نزدیک به 12 متر می باشد. رادیو در حالت دریافت 4.8 میلی آمپر, در حالت ارسال تا 12میلی آمپر ودر حالت خواب 5 میکرو آمپر مصرف می کند.

شکل24-2 ذره میکا
ذره میکا در اندازه های مختلف وجود دارد،کوچکترین آن اغلب به عنوان غبار هوشمند52 شناخته می شود.طرح پژوهشی غبار هوشمند که به وسیله ی پروفسور پیتستر53وکان54 رهبری و هدایت می شود موفق به دستیابی حدی برای اندازه ومصرف توان55 در گره های حسگر خود مختار شده است.کاهش اندازه برای ساختن گره های ارزان و البته تسهیل گسترش آن بسیار مهم است.گروه تحقیقاتی امیدوارند که ضمن حفظ موثر توانایی های حسگری وارتباطی می توانند موارد لازم حسگری ، مخابره اطلاعات و محاسبات سخت افزاری همراه با منبع تغذیه را در اندازه ای در حدود چند میلیمتر مکعب فراهم کنند. این گره میلیمتر مکعبی غبار هوشمند نام دارد که حقیقتاَ قلمرو چیزهای ممکن شدنی است.چنان که نمونه های آتی آن می تواند به قدری کوچک باشد که معلق در هوا باقی مانده و به وسیله جریان هوا شناور شود و برای ساعت ها یا روزها موارد حس شده را ارسال کند. غبار هوشمند می تواند اطلاعات را با استفاده از یک تکنولوژی بازتابنده ی نوری جدید، به صورت غیر فعال56 ارسال کند این یک راه معقول وارزان برای پراب57 یک سنسور یا تایید دریافت اطلاعات را فراهم می کند ارسال نوری فعال58 نیز ممکن است اما اتلاف انرژی بیشتری دارد.

شکل25-2 ساختار داخلی غبار هوشمند
4-8-2فناوری نانو
در فناوری نانو به مطالعه برای به کار گیری ذرات کوچک برای بهبود محصولات پرداخته می شود این علم در سراسر تعدادی زیادی ازصنایع، از جمله دارو، انرژی وحمل و نقل کاربرد دارد. استفاده از فناوری نانو بدان معنی است که اشیاء که در تعامل با یکدیگر می تواند ارتباط برقرارکنند کوچکتر شده و این کوچک سازی اشیا تاثیرات مثبتی در پیدایش وگسترش اینترنت اشیا گذاشته است.]15[
9-2معماری اینترنت اشیا
1-9-2معماری سه لایه
اینترنت اشیا را می توان به 3 لایه تقسیم می شود(شکل26-2):
لایه ادراک59 ، لایه شبکه60، و لایه برنامه61]27[

لایه ادراک:
لایه ادراک متشکل از برچسب های دو بعدی، کد خوان، برچسب RFID و خواننده آن، دوربین،GPS، انواع حسگرها، شبکه های حسگرو سنسورها می باشد.وظیفه اصلی لایه ادراک درک و شناسایی اشیاء، و جمع آوری اطلاعات در مورد آن هاست.
لایه شبکه:
لایه شبکه عبارتند از شبکه همگرا (که تشکیل شده از همه نوع شبکه های ارتباطی واینترنت). گسترده شدن و فراگیر شدن اطلاعات مربوط به اشیا از وظایف این لایه می باشد همچنین وظیفه مدیریت ،بهبود توانایی عملیات انتقال در این لایه صورت می گیرد .این لایه همچنین زیرساخت های مورد نیاز برای جهانی شدن سرویس های اینترنت اشیا را فراهم می سازد.
لایه کاربرد:
در لایه کاربرد اینترنت اشیا با تکنولوژی درصنعت ترکیب می شود تا ما به یک مجموعه گسترده ای از راه حل های نرم افزار هوشمند دست پیدا کنیم.
از طریق لایه کاربردی، اینترنت اشیا می تواند به یکپارچه سازی اطلاعات در صنعت دست پیدا کرد که اثرات بزرگی بر توسعه اقتصادی و اجتماعی خواهد گذاشت. عملکر اصلی لایه کاربردی به اشتراک گذاری امنیت اطلاعات است.

شکل26-2معماری سه لایه اینترنت اشیا]28[

2-9-2معماری 4 لایه

شکل 27-2نمایش معماری 4 لایه اینترنت اشیا]29[
یکی دیگر از معماری اینترنت اشیا معماری 4 لایه می باشد در این معماری لایه ادراک مانند معماری های دیگر در اولین گام قرار دارد و بعد از آن لایه دسترسی قرار می گیرد و هدف آن هماهنگی بین تکنولوژی های مختلفی است که در قسمت کسب اطلاعات مورد استفاده قرار گرفته ،سپس لایه شبکه و تکنولوژی های مربوط به انتقال اطلاعات واقع شده بعد از این لایه میان افزار های برای افزایش کارایی قرار می گیرد و در نهایت لایه است که وظیفه آن ارائه سرویس به کاربران نهایی است
3-9-2معماری 5 لایه
در معماری دیگر علاوه بر سه لایه اصلی دو لایه دیگر نیز مطرح می شود]20[:

شکل 28-2معماری 5 لایه اینترنت اشیا]20[
دو لایه عبارتند از:
لایه مدیریت داده62
لایه منطق تجاری63
لایه مدیریت داده:
این لایه بین لایه ادراک و شبکه قرار می گیرد. این لایه مسئول فیلتر،تمیز کردن، پردازش داده ها و تبدیل داده ها را برعهده دارد.
اشیاء در دنیای واقعی همیشه در حال تغییر است، دستگاه که در لایه ادراک هستند تنها می توانند داده های خام از جسم از طریق برخی از فن آوری های مانند RFIDبدست آورد و نمی تواند آنها پردازش،فیلتر و منتقل کرد همچنین ممکن است مقدار داده ها و اطلاعات در یک دوره زمانی بسیار زیاد باشد و دارای افزونگی شود در این صورت مدیریت این داده ها واطلاعات نیاز حیاتی است که این لایه به انجام این وظیفه می پردازد.
لایه منطق تجاری:
این لایه دربین لایه شبکه و لایه کاربردی تعریف می شود لایه منطق کسب و کار مسئولیت پردازش و به دست گرفتن اطلاعات ارائه شده توسط لایه شبکه، و ارائه خدمات به لایه کاربرد همچنین دسترسی و کنترل و مدیریت فرآیند نیز از وظایف این لایه می باشد.
4-9-2معماری 6لایه
برپایه معماری 3 و 5 لایه مطرح شده معماری 6 لایه دیگر به صورت زیر تعریف شده است(شکل29-2):

شکل 29-2نمای از معماری 6 لایه ای اینترنت اشیا]30[
از شش لایه تشکیل شده: لایه کد ،لایه کسب اطلاعات ، لایه دسترسی به اطلاعات، لایه شبکه،لایه یکپارچه سازی اطلاعات، و لایه ارائه سرویس.
• لایه کد: این لایه پایه اینترنت اشیا است. کد ها در واقع شماره شناسه برای هریک از اشیاءاست، با کمک آن اشیاء را می توان در چرخه اینترنت اشیا به رسمیت شناخته می شوند.
• لایه کسب اطلاعات: وظیفه این لایه به جمع آوری و شناسایی داده ها اشیاء از طریق سنسورهای مختلف، RFID، کد های دو بعدی، دوربین، GPS وعاملان هوشمند است(این لایه منبع اینترنت اشیا است).
• لایه دسترسی به اطلاعات: این لایه به انتقال اطلاعات به دست آمده از لایه کسب اطلاعات به لایه شبکه مبادرت می کند.انتقال اطلاعات می تواند با استفاده از ارتباطات تلفن همراه (از قبیل، GSM، TD-SCDMA)، WiMax،تجهیزات ارتباطات WiFiو یا سایر ابزارهای ارتباطی باشد.
• لایه شبکه: این لایه بستر های شبکه (IPV6 ویا IPV4 )است که می توان آنرا به به شکل یک شبکه هوشمند بزرگ تبدیل کرد که قادر به استفاده از تمام منابع در شبکه باشد.
•لایه یکپارچه سازی اطلاعات: مدیریت و کنترل داده های گسترده و نامشخص درشبکه،تجدید داده ها ، فیلتر و یکپارچه کردن و تبدیل آنها برای ارائه یک سرویس مناسب به لایه کاربرد از جمله وظایف این لایه است .
• لایه ارائه سرویس:این لایه به ادغام سرویس های قابل دسترس و سرویس های کاربردی، به منظور ارائه سرویس مناسب به صنایع و کاربران مختلف مبادرت می کند .
10-2اینترنت اشیای زیر آب(IOUT)64
اینترنت اشیای زیر آب با عث انقلابی دیگر در محاسبات و ارتباطات گردید. آن را به عنوان شبکه بین اشیاء زیر آب سراسر جهان که به یک نهاد دیجیتال هوشمند متصل هستند تعریف کرده اند.]31[
به دلیل ترکیبی از اینترنت ،فن آوری ردیابی قدرتمند و سنسور های تعبیه شده امکان تفسیر و واکنش به محیط زیست را فراهم می کند.همچنین اتصال اشیای زیر آب با همه اشیای روی زمین ممکن می سازد (به عنوان مثال تلفن های هوشمند). هر جسم فیزیکی زیر آب حاوی اطلاعات غنی شامل اطلاعت تاریخی ،وضعیت کنونی ،خاستگاه و زمینه ها محیطی می باشد با استفاده این اطلاعات و ایجاد ارتباطات (انسان با اشیا-H2T-،اشیا با اشیا-T2T) می توان به طور چشمگیری به حفظ و مدیریت زیستگاه ها و منابع پرداخت.
تقریبا 71٪ درصد سطح زمین توسط آب ، پوشش داده شده است . این آبها به چند دسته تقسیم می شوند اقیانوس ها،دریاها و دریاچه ها.
تعیین درجه حرارت اقیانوس ها آب و هوا و الگوی بادهای اقیانوسی می تواند حیات بر روی زمین متاثیر سازدهمچنین آب شیرین موجود در دریاچه ها و رودخانه ها کمتر از 1٪ می باشد و ایجاد هر گونه آلودگی می توان خسارات جبران ناپذیری برروی اکوسیستم وارد سازد اینترنت اشیای زیر آب ما را به نظارت بر مناطق وسیع آب های ناشناخته قادر می سازد تا به کمک آن بتوان اشیای زیر آب را به منطور حفظ محیط زیست ،شناخت علمی و صنعتی محیط زیر آب و پیاده سازی اهداف نظامی و امنیتی مورد پایش و بررسی قرار داد.
1-10-2ویژگی های اینترنت اشیای زیر آب
اینترنت اشیای زیر آب از نظر برخی از ویژگی ها دارای شباهت ها با اینترنت اشیا(IOT) است) مانند ساختار و عملکرد(این ,ولی در برخی از ویژگی ها متفاوتند مانند طرز محاسبات ومحدودیت در انرژی به طور خلاصه این ویژگی های متفاوت عبارتند از:
1-تکنولوژی های متفاوت ارتباطی
امواج رادیویی خوبی زیر آب انتشار پیدا نمی کنند]32[ مهم ترین محدودیت در ازتباطات الکترومغناطیس (EM) در آب شیرین اندازه آنتن و بزرگی آن و در آب های آزاد حجم بالای آن می باشد ]33[ بنابراین، اکثرارتباطات در اینترنت اشیا با استفاده از لینک های صوتی برقرار می شود.
اگر چه امواج صوتی از نظر جامعه علمی به عنوان رسانه انتقال فیزیکی زیر آب پذیرفته شده اند اما تاخیربالا در انتشار و نرخ خطا در بیت بالا در کانال آکوستیک زیر آب از معایب این دسته از ارتباطات هستند.
در

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه ارشد درمورد شبكه های حسگر، پرسشگری Next Entries منبع پایان نامه ارشد درمورد اینترنت اشیا، حریم خصوصی، حدود پوشش