بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر مسئله ایجاد شهر هوشمند به یکی از ضروریات مهم جامعه تبدیل شده که در این میان، سامانههای حمل و نقل هوشمند یکی از بخشهای شهر هوشمند نیازمند توجه و برنامهریزی دقیق است. استفاده از وسایل نقلیه متحرک به عنوان "مولدهای داده" برای جمعآوری دادههای تولید شده توسط تعداد زیادی از دستگاههای سنجش که در سراسر شهر هوشمند پخش میشوند، به عنوان یک روش اقتصادی و موثر برای به دست آوردن دادهها در مورد شهرهای هوشمند محسوب میشود. با این حال، در حال حاضر بخش عمدهای از تحقیقات در مورد امکان سنجی روشهای پیشنهادی به جای عملکرد نهایی آنها تمرکز دارد.
در این مقاله، یک طرح جمعآوری اطلاعات بهنگام و پوشش داده شده - LCODC - برای جمعآوری دادهها در شهرهای هوشمند از طریق مسیریابی فرصتطلبانه پیشنهاد شده است. این طرح در مقایسه با سایر طرحها، کارایی جمعآوری دادهها را بهبود میبخشد، زیرا جریان دادهها در طرح LCODC شامل وسیله نقلیه برای انتقال دستگاه - V2D - ، انتقال وسیله نقلیه به وسیله نقلیه - V2V - است. علاوه بر این، از طریق دادهکاوی بر روی الگوهای پنهان در شهر هوشمند، تلفات و افزونگی در استفاده از منابع عمومی کاهش مییابد و منجر به اجرای آسان طرح ما میشود.
از یک مجموعه داده در مقیاس بزرگ و دنیای واقعی در شهر پکن برای ارزیابی طرح LCODC استفاده میشود. نتایج نشان میدهد که با هزینههای بسیار محدود، طرح LCODC میتواند میانگین تاخیر را از چندین ساعت به حدود 12 دقیقه کاهش دهد. با توجه به طرحهایی که انتقال V2V در آن غیر فعال است، در حالی که میزان پوشش میتواند بیش از 30 باشد.
-1مقدمه
اینترنت اشیاء - IoT - آیندهی امیدوار کنندهای را برای صنعت اینترنت و جامعه سنتی پیشبینی میکند - . - Zanella et al. 2014 هوشمندسازی کامل میتواند به عنوان هدف نهایی اینترنت اشیاء - Sun et al. 2016 - در نظر گرفته شود. با این حال، یکی از مسائل کلیدی مربوط به دستیابی به چنین اطلاعات هوشمندانه، این است که چگونه قدرات نفود و فراگیری همهی دستگاه مجهز به سنسور ر را به وجود آورد تا جمعآوری دادهها با هزینه کم و در مقیاس وسیع انجام شود.
- . - Tang el al 2016 سازماندهی، ادغام و مدیریت دادههای بزرگ جمعآوری شده - Sun et al. 2014 - ساختن سیستمهای تصمیمگیری مبتنی بر دانش را قادر میسازد،که ارائهی یک پارادایم هوشمند برای حل برنامههای پیچیده با نیازهای فوری مانند سیستمهای نظارتی، سیستم مراقبت بیمار از راه دور، مدیریت ترافیک هوشمند و وسایل نقلیه خودکار در سیستم های حمل و نقل هوشمند را فراهم میسازد - Su el al, 2016; Sun et al. 2016 - شهر هوشمند یک نمود دقیق هوش مصنوعی در اینترنت است، که قادر به نظارت و شناسایی انواع مختلف اشیاء از طریق تعداد زیاد دستگاههای سنجش کم هزینه در شهر است .
- Bonola et al. 2016 - این دستگاههای حسگر - به عنوان مثال گرههای حسگر بیسیم - دارای ساختار ساده، انرژی محدود و فاصلههای انتقال کوچک هستند - Wang el al 2017 - ، از سوی دیگر، برخی از مسائل امنیتی - Huang et al. 2017; Liu et al. 2016 - همچنان در میان آنها وجود دارد که به راحتی مورد حمله توسط کلون یا حمله DDOS قرار میگیرند. - Liu et al . 2016 - با این وجود، با توجه به قیمت پایین و راحتی استقرار - Su el al 2017 - ، همچنان از آنها در بسیاری از برنامههای کاربردی برای جمعآوری دادهها و نظارت بر محیط زیست استفاده میشود. - - Xu el al 2016
پس از فرایند جمعآوری دادهها از دستگاهها، شهر هوشمند دادهها را پردازش و پالایش میکند و در نهایت تصمیمات هوشمندانه را برای بهبود کیفیت کلی شهر هوشمند - Sun et al. 2014; Zanella et al. 2014 - فراهم میکند. با توجه به انواع غنی دستگاههای حسگر و پروتکلهای ارتباطی، مردم اعتماد زیادی به تحقق شهرهای هوشمند دارند. با این حال، یک فرض کلیدی برای تحقق آن، بدست آوردن موفقیتآمیز دادههای حساس - سنجش شده - توسط دستگاه است . - Sun et al. 2016; Bonola et al. 2016 - به عبارت دیگر، به اصطلاح هوش در شهر هوشمند، به شدت به اطلاعات جمعآوری شده وابسته است.
با پیشرفتهای مداوم در دستگاههای سنجش، شاهد افزایش قابل توجهی در تعداد روشهای مرتبط با جمعآوری دادهها هستیم - - Dong el al 2016; Liu et al . 2016 به عنوان مثال، برخی از دستگاههای سنجش از طریق شبکههای سیمی به موسسات تصمیمگیری در شهرهای هوشمند - به نام مراکز داده زیرمراجعه کنید - متصل هستند. قابلیت اطمینان و سرعت بالا شبکههای سیمی، نظارت و مانیتورینگ بلادرنگ و به موقع و جمعآوری دادهها از دستگاههای حسگر را محقق میکند. با این حال، بسیاری از مشکلات مواجه با یک شهر هوشمند را نمیتوان به راحتی با استفاده از دستگاههای حسگر با اتصالات سیمی حل کرد.
در بسیاری از موارد، اشیا تحت نظارت و یا حساس به طور موقت یا در مناطق دور دست بدون زیرساختها هستند که اجازه انتقال سیمی را میدهند. ایجاد زیرساختهای تخصصی برای نظارت و ارزیابی این اشیا میتواند بسیار پرهزینه باشد - - Tang el al 2016; Liu el al 2017 با در نظرگرفتن توسعه یک شهر به قالب یک مثال، ساخت و ساز و بازسازی زیرساختهای اساسی در شهر - به عنوان مثال، چراغهای خیابانی، سطلهای زباله - تمایل دارند با مشکلات بالا روبرو شوند. به منظور بررسی وضعیت این زیرساختها، دستگاههای حسگر معمولا درون آنها تعبیه و قرار میگیرند.
به عنوان مثال، از طریق تعبیه دستگاههای حسگر در سطلهای زباله، مردم قادر به رد کردن سطوح سطل زباله خود و گزارش دادن وضعیت خود به یک مرکز داده هستند؛ از طریق دستگاههای حساس مستقر در چراغهای خیابانی، مردم میتوانند بدانند که آیا آنها آسیب دیدهاند - . - Tang el al 2016 در نتیجه، استقرار دستگاههای حسگر باعث میشود شهر هوشمند به طور موثر تعداد زیادی از زیرساختهای اساسی برای فراهم آوردن محیط بهتر برای مردم نظارت و مدیریت کند.
با این حال، به غیر از تعداد زیادی از این زیرساختها، آنها نیز به طور گسترده در شهر هوشمند توزیع شده و به صورت پویا با توسعه شهر مستقر شدهاند. بنابراین، ساخت اتصالات سیمی برای سنجش دستگاههایی که در چنین زیرساختهایی مستقر هستندو محافظت از آنها در آینده میتواند گران و سخت باشد. نوع دیگری از روش مربوط به جمعآوری دادهها در یک شهر هوشمند، استفاده از اتصالات بیسیم است، که یکی از راهحلهای مناسب، تجهیز هر یک از دستگاههای حسگر به سیمکارت است. با کمک سیمکارت، دستگاههای حسگر قادر به ارسال اطلاعات حساس به صورت مستقیم به مراکز داده میباشند.
با این حال، چنین راهحلهایی نیز دارای معایب هستند. به طور کلی هزینه یک سیمکارت حدود یک دلار است که تقریبا برابر با هزینه یک دستگاه اندازهگیری است. مهمتر از همه، جدا از هزینه سیمکارت، هزینه خدمات انتقال نیز باید مورد توجه قرار گیرد. بنابراین، سرمایهگذاری در سیمکارتها و انتقال دادههای بعدی آنها میتواند به راحتی از دستگاههای حسگر خود فراتر رود .علاوه بر این انتقال بی سیم با سیم کارت انرژی بیشتری را مصرف می کند که طول عمر دستگاه های حسگر را کاهش می دهد .
در نتیجه، به دست آوردن دادههای لحظهای واقعی در یک شهر هوشمند نیاز به سرمایهگذاریهای بزرگ، صرف نظر از اینکه آیا دستگاههای سنجش با اتصالات سیمی یا اتصالات بیسیم استفاده میشود. با این حال، بخش بزرگی از دادهها در یک شهر هوشمند، ویژگی قابل اعتماد بودن یا تحمل در برابر تاخیر را دارد. به عنوان مثال، دستگاههای سنجش مورد استفاده برای نظارت بر گیاهان سبز در شهر، هیچ نیاز به ارسال دادههای مربوط به رطوبت خاک به مراکز داده به صورت فوری وجود ندارد. به طور خلاصه، زمان انتقال دادههای مقاوم به تاخیر ممکن است طولانیتر از یک روز در یک شهر هوشمند باشد، اما این تاخیر هنوز قابل قبول است. علاوه بر این، برخی از انواع دادهها در شهر هوشمند، بدون مقاومت هستند.
برای مثال، با سنسورهای آلودگی هوا که در وسایل نقلیه متحرک مستقر هستند، این وسایل نقلیه میتوانند هنگام جمعآوری اطلاعات در مورد آلودگی هوا - مثلا - 2, 5 در زمان حرکت در اطراف شهرسایر اطلاعات پیرامون را نیز - Lin el al 2016 - جمعآوری کنند. سپس میتوان اطلاعات پیرامون آلودگی هوا را با استفاده مراکز داده از طریق ارتباطات بیسیم نزدیک زمین، زمانی که وسایل نقلیه متحرک از کنار مراکز داده عبور میکنند، کسب کرد.
با توجه به این واقعیت که اطلاعات مربوط به آلودگی هوا مرتبط با یک ناحیه خاص توسط تمام وسیله نقلیهای که وارد این منطقه میشوند، گردآوری خواهد شد، احتمال این که دادهها توسط شهر هوشمند به دست میآیند، حتی اگر ارتباط بین وسایل نقلیه متحرک و مراکز داده وجود نداشته باشد، همانطور که تعداد زیادی کپی از این اطلاعات در میان وسایل نقلیه موبایل وجود دارد - اتصال قابل اعتماد بدان معنی است که طرحها ارسال مجدد میشود هنگامی که فقدان داده اتفاق میافتد - . حتی در بدترین حالت که هیچ اطلاعات از منطقه در دسترس نیست، هنوز هم میتوان برآورد کرد که دادههای مربوط به مناطق همسایه از طریق مراکز داده به دست آمده است.
با در نظر گرفتن ویژگی تحملپذیری تاخیر و تحمل و از دست دادن، انتقال این نوع اطلاعات جمعآوری شده از طریق روشهای فوری واقعی، هدر رفت بسیار زیادی از منابع عمومی را نشان میدهد. یک راهحل موثر و مقرون به صرفه که با این دادهها سازگار است، استفاده از وسایل نقلیه متحرک به عنوان "مولد داده"1 است - . - Li et al . 2016 به طور کلی، وسایل نقلیه متحرک به عنوان حامل اطلاعات جمعآوری شده عمل میکنند. هنگامی که این وسایل نقلیه با دستگاههای سنجش عبور میکنند، دادههای جمعآوری شده به آنها منتقل و ذخیره میشوند.
از سوی دیگر، مراکز داده همچنین قادرند دادههای جمعآوری شده را زمانیکه وسایل نقلیه متحرک از مرکز دادهها عبور میکنند، دریافت کنند. از طریق تجزیه و تحلیل مسیرهای واقعی تاکسیها، امکانپذیری این نوع راهحلها - Bonola et al. 2016 - ، که در بخش بعد توضیح داده خواهد شد، را بیان میکنند. اگر چه تحقیقات در مورد استفاده از وسایل نقلیه متحرک به عنوان »موش دادهها« برای جمعآوری دادهها انجام شده است، اما چندین مسئله کلیدی مستلزم مطالعه بیشتر است:
- 1 - در مطالعات قبلی، دادههای جمعآوری شده تنها زمانی به مراکز داده منتقل میشود که وسایل نقلیه متحرک از کنار مراکز داده عبور کنند. با این حال، در یک شهر هوشمند در مقیاس بزرگ، تعداد زیادی از وسایل نقلیه متحرک تمایل و گرایش برای عبور از مراکز داده در یک مدت زمان نسبتا کوتاه ندارند. با توجه به اینکه، اطلاعات جمعآوری شده توسط آنها نمیتواند به طور کامل مورد استفاده قرار گیرد.
