مقاله طراحی و پیاده سازی دو روش ذخیره ساز داده ها در شبکه های حسگر

بخشی از مقاله

چکیده:

شبکه حسگر، متشکل از مجموعهای از حسگرها را که عموما دارای هدفی خاص همانند نظامی و صنعت هستند،است. حسگرها بایستی بدون دخالت انسان و بصورت خودمحور با یکدیگر هماهنگیهای لازم را در جهت نیل به هدف، انجام دهند.حسگرها مقادیری را اندازهگیری میکنند مثل دما،فشار. این دادهها جهت پردازشهای آتی همانند پاسخ به پرس و جوها، بایستی در محلی نگهداری شوند.نوع ذخیرهساز دادهها نقش بسزایی در طول عمر مفید شبکه دارد. این مقاله به طراحی و پیادهسازی دو روش پیشنهاد شده در ارتباط با ذخیرهسازی دادههای حسگر، Semantic Sensor web - SSW - و Semantic - SemSOS - Sensor Observation Service از لحاظ میزان مصرف انرژی در شبکه، می پردازد و نشان خواهیم داد روش اول - - SSW انرژی کمتری نسبت به - SemSOS - مصرف میکند در نتیجه شبکهای که از این روش جهت ذخیرهسازی استفاده میکند،دارای طول عمر بیشتری است.

کلمات کلیدی:ذخیره ساز،شبکه حسگر،داده انتقالی،SSW،SemSOS

-1مقدمه :

پیشرفتهای اخیر در فناوری ساخت مدارات مجتمع در اندازه های کوچک از یک سو و توسعه فناوری ارتباطات بی سیم از سوی دیگر زمینه ساز طراحی شبکه های حسگر بی سیم شده است.[1,4] با استفاده از حسگرها می توان محیط فیزیکی را مشاهده کرد و بر اساس مشاهدات خود تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام داد. از دیدگاه دیگر اگر در شبکه تلفن همراه، ایستگاههای پایه را حذف نماییم و هر گوشی را یک گره فرض کنیم ارتباط بین گره ها باید بطور مستقیم یا از طریق یک یا چند گره میانی برقرار شود. این خود نوعی شبکه حسگر بی سیم می باشد. تاریخچه شبکه های حسگر به دوران جنگ سرد و ایده اولیه آن به طراحان نظامی صنایع دفاع آمریکا برمیگردد،.

به هر حال از آنجا که این فن نقطه تلاقی دیدگاه های مختلف است، تحقق آن می تواند بستر پیاده سازی بسیاری از کاربردهای آینده باشد. کاربرد فراوان این نوع شبکه و ارتباط آن با مباحث مختلف مطرح در کامپیوتر و الکترونیک از جمله امنیت شبکه, ارتباط بلادرنگ, پردازش صوت و تصویر, داده کاوی, رباتیک ,طراحی خودکار سیستم های جاسازی شده دیجیتال، میدان وسیعی برای پروهش محققان با علاقمندی های مختلف فراهم نموده است. بخش 2، به پیش زمینه می پردازد که شامل مباحث وب معنایی و XML است وبخش 3 به ارزیابی دو روش مطرح در ارتباط با ذخیره سازی داده های حسگر می پردازد و بخش 4 به نتیجه گیری و کارهای اتی می پردازد.

-2پیش زمینه

1-2 وب معنایی

وب معنایی توسعه ای از وب امروزی است، اما بجای برقراری ارتباط ساده به وسیله فراپیوند، از ارتباطات معنا دار بین صفحات استفاده می کند.[1,2,3] ایده وب معنایی آن است که اطلاعات در دسترس روی وب را، طوری بیان کنیم که علاوه بر اینکه قابل استفاده و قابل تفسیر برای انسان ها باشند، برای ماشین ها نیز قابل استفاده گردند. در این صورت محدودیتهای موجود در وب مانند محدودیت جستجو ها می توانند حل گردند.

XML 2-2

ایجاد فنّ آوری اکسامال یا زبان نشانهگذاری امتدادپذیر را باید بدون تردید یکی از بزرگترین و اساسیترین گامهایی به حساب آورد که در مسیر حلّ مشکل مقیاسپذیری در اینترنت مدرن برداشته شده است.[5,8] در واقع، پیش از عرضه استاندارد XML، یکنواختی، بیدانشی، بینظمی و بیساختاری مطلق بر تمامی فضا حاکم بود.XML یک زبان نشانه گذاری است که اجازه اضافه کردن برچسب های جدید را به کاربران به منظور اضافه کردن معنای نحوی به اطلاعات می دهد. مثال بعد یک سند XML را نشان می دهد.

در این مثال هیچ اطلاعی درباره ارتباط این <Major> با دیگر Major هایی که در دانشگاه John وجود دارد، داده نشده است.XML فقط می تواند نحو متون را تعریف کند. داده های XML فاقد اطلاعاتی اند که بتوانند برای توصیف معانی برچسب ها مورد استفاده قرار بگیرند.، برای مثال اگر فردی برروی چیزی برچسب قیمت به صورت<Price>$12.00</Price>و  فرد  دیگری  به  صورت <Cost>$12.00</Cost> قرار دهد، راهی وجود ندارد تا ماشین متوجه شود که معنی هر دو یکی است.

3-2 هستان شناسی

هستان شناسی - آنتولوژی - در وب معنایی، واژه ها و ارتباط بین آنها در دامنه ای که استفاده می شوند را، نشان می دهد.[1,3,7,8] عناصر اصلی تشکیل دهنده آنتولوژی عبارتند از: مفاهیم، ارتباط بین آنها و خصوصیات آنها.

در واقع می توان گفت:

مجموع کلمات بعلاوه ساختار تشکیل دهنده، مجموعه ای طبقه بندی شده را نتیجه می دهد.مجموعه طبقه بندی شده بعلاوه محدودیتها و ارتباط بین انها، تشکیل هستان شناسی را می دهد.هستان شناسی همراه با نمونه های ان تشکیل پایگاه دانش را خواهد داد.
 
1-3-2 زبانهای بیان هستان شناسی

دو نوع زبان برای ایجاد آنتولوژی وجود دارد.[1,3,7,8] زبانهایی که بر اساس گراف عمل می کنند مانند Topic maps, RDF Semantic networks و زبانهایی که بر اساس منطق گزاره ها عمل می کنند همانند .OWLOWL قابلیت بیشتری نسبت به بقیه زبانهای پیشنهاد شده دارد. برای مثال OWL نسبت به زبان RDFS امکان استنتاج و استدلال قوی تری را به ما می دهد.SWEموسسه ای است که رمزگذاری فراداده ها - Meta Data - و واسط های عملیاتی جهت ترکیب داده های ناهمگن حسگرها را بر عهده دارد.[1,2,3] به عبارتی دیگر ابزارهایی برای کشف، دسترس پذیر بودن و استفاده از انواع مختلف حسگرها از طریق وب فراهم می کند و به معرفی چند روش در زمینه ذخیره سازی داده ها می پردازد، از جمله:

Observations And - O&M 1-4-2 : - Measurements مدلی و شمایی XML برای کد گذاری مشاهدات حسگر- چه از نوع بلادرنگ چه از نوع تاریخی- فراهم می کند، این مدل شامل 2 بخش است که بخش اول شمای داده های مشاهده شده را، از نقطه نظر کاربر مشخص میکند و شامل خصوصیاتی از جمله رخداد مشاهده شده، خصوصیت داده مشاهده شده، مقدار اندازه گیری شده، زمان نمونه برداری است و بخش دوم آن برای ارتباط بین خصوصیات نمونه برداری، شمایی ارائه می کند از جمله مشاهدات مرتبط، خصیصه های نمونه برداری شدهمدلی مبتنی بر XML، برای توضیح سیستم حسگر و پردازشهای مرتبط معرفی می کند که این مدل می تواند برای کشف حسگر، توضیح سیستم حسگر استفاده شود، به عبارتی دیگر SensorML، یک مدل داده ای عمومی، به صورت UML برای نگهداری کلاس ها و رابطه بین آنهاست که بین حسّگرها مشترک است. XML دارای محدودیتهایی در استفاده مشترک از داده ها و قابلیت همکاری میان داده ها است، به عبارتی ساده تر، از معنا در آن استفاده نشده است. در نتیجه SensorML به تنهایی کافی نیست که بعنوان آنتولوژی برای داده های حسگر مورد استفاده قرارگیرد، اما شمایی خوب برای توسعه یک ذخیره ساز داده، بصورت پایدار برای ذخیره سازی فراداده و مقادیر اندازه گیری شده، فراهم میکند.