یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه محاسبات فراگیر مراقبت های پزشکی

یکی از رشته های زیر مجموعه فنی مهندسی که علاقمندان بسیاری در کشور ما  دارد رشته کامپیوتر و فناوری اطلاعات هستش که اتفاقا سایت دیجی لود در حال تکمیل سری جدیدی از پایان نامه های ارشد این رشته تحصیلی برای کاربران گرانقدر خود میباشد. دیجی لود در ادامه پایان نامه ” یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه محاسبات فراگیر مراقبت های پزشکی ”   با فرمت Word (قابل ویرایش) در 135 صفحه را معرفی مینماید.

چکیده پایان نامه یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه محاسبات فراگیر مراقبت های پزشکی :

خرابی در سیستم­های با کاربردهای حساس، می­تواند فاجعه­ های جبران­ ناپذیری را رقم بزند. طراحی این دسته از سیستم­ها باید به گونه­ ای باشد که در صورت رخداد خطا، قادر به انجام صحیح وظایف خود باشند، به علاوه تا حد ممکن از بروز خطا جلوگیری شود. از اینرو تحمل­پذیری در برابر خطا برای سیستم­هایی با کاربردهای حساس یک نیاز حیاتی است. کامپیوترهای پوشیدنی نمونه ­ای از این سیستم­ها هستند که امروزه به صورت گسترده در کاربردهای حساس از جمله حوزه سلامت مورد استفاده و توجه محققان قرار گرفته ­اند. به عنوان مثال خطای این سیستم­ها برای بیماری که کیلومترها از دکتر خود یا بیمارستان فاصله دارد می­تواند عواقب جبران ­ناپذیری را به همراه داشته باشد. لذا تحمل­ پذیری محاسبات پوشیدنی در برابر خطا ضروری است و باید به صورت جدی مورد مطالعه قرار گیرد.

در تحقیق حاضر مشخص می­شود که با وجود اهمیت موضوع، در این زمینه تحقیق زیادی صورت نگرفته است. از اینرو با مطالعه­ ی کارهای دیگران و بررسی معماری­های موجود، در این تحقیق یک معماری سه لایه­ای متشکل از محاسبات پوشیدنی ، محاسبات سیار و محاسبات ابری ارائه می­شود. عملکرد صحیح سیستم­های استفاده کننده از این معماری، یک چالش است. در این تحقیق به منظور حل چالش ذکر شده، یک چارچوب تحمل خطا برای معماری فوق ارائه می­شود. همچنین، اثبات می­شود که این چارچوب تحمل خطا قابلیت اطمینان را افزایش می­دهد.

 واژه­ های کلیدی: محاسبات ابری ، محاسبات سیار، محاسبات پوشیدنی، تحمل­ پذیری خطا، گره ارباب، گره بدن، گره سیار

اهمیت و ضرورت تحقیق

پدیده­های طبیعی و غیر طبیعی روزمره بشر امروزی با تکنولوژی همراه شده است. از میان این تکنولوژی­ها تلفن­های هوشمند و همراه به علاوه کامپیوترهای پوشیدنی نقش بسیار مهمی را در زندگی بشر بازی می­کنند. رایانه‌های پوشیدنی در حوزه‌های زیادیاز قبیل:ورزش، مدل کردن رفتار، سامانه‌های نظارت بر سلامت و فناوری اطلاعات کاربرد دارند. سازمان‌های دولتی، نظامی و بخش بهداشت و درمان هم‌اکنون به طور روزمره از این رایانه‌های پوشیدنی استفاده می‌کنند. از این رایانه هااکثراً برای طب از راه دور و کنترل بیماران نیز استفاده می شود، به بیان دیگر از مهمترین کاربردهای کامپیوترهای پوشیدنی استفاده از آنها در حوزه سلامت است.

به علاوه شاهد افزایش تمایل استفاده از وسایل قابل حمل سبک برای دسترسی به خدمات از طریق اینترنت بجای کامپیوترهای شخصی هستیم. کامپیوترهای پوشیدنی و همراه با محدودیت­های زیادی از جمله محدودیت­های محاسباتی و سایر منابع روبرو هستد. از آنجاییکه چنین وسایلی، امکانات پردازشی قوی ندارند (به عبارتی علاقه ای به داشتنِ چنین امکاناتی ندارند)، پس چه کسی قدرت پردازشی را تامین خواهد کرد؟ پاسخ به این سوال در رایانش ابر نهفته است.

امروزه دنیای کامپیوترها در حال حرکت به سمت ذخیره کردن و پردازش اطلاعات به صورت آنلاین است. Cloud Computing که در زبان فارسی تحت عناوین «محاسبات ابری»، «رایانش ابری»، «پردازش ابری» و «کامپیوتر ابری» شهرت یافته است، به معنی به کارگیری قابلیت­های کامپیوتری بر مبنای اینترنت است. در واقع قابلیت­های کامپیوتری به صورت یک سرویس اینترنتی به کاربر عرضه می­شود. ایده اصلی رایانش ابری را می­توان چنین بیان نمود: ارائه خدمات نرم ­افزاری و سخت افزاری از طریق اینترنت، به کاربران و سازمان­ها در تمام سطوح. نرم ­افزار، قدرت پردازشی، ظرفیت ذخیره سازی داده و پایگاه داده، از جمله خدماتی هستند که در سیستم ابری از طریق شرکت­های فراهم کننده منابع زیرساخت مثل آمازون در اختیار کاربران قرار می­گیرد. در رایانش ابری کاربران در اِزای میزان استفاده و خدماتی که دریافت می­کنند هزینه پرداخت می­نمایند یعنی سیستم (a pay-per-use) در این فناوری استفاده می­گردد.

استفاده از رایانش ابری مزایای زیادی را به همراه دارد، مزایایی از قبیل: عدم نیاز کاربران به کامپیوترهای قدرتمند و گران قیمت، کارایی بهینه و سریع کامپیوتر­های شخصی کاربران، صرفه­ جویی در هزینه خرید و آپدیت برنامه ­ها و نرم­افزارهای گران قیمت، ظرفیت نامحدود حافظه در اختیار کاربران، محافظت از تمام داده­ ها و اطلاعات کاربران(قابلیت اعتماد)، امکان دسترسی سهل و آسان به داده ­ها و اطلاعات شخصی توسط کاربران در هر لحظه و مکان، قابلیت مستقل از سخت افزار، دسترسی و کار همزمان چندین کاربر بر روی اسناد و پروژه­ ها(اشتراک آسان) و لذا گزینه­ای بسیار مناسب برای استفاده در محاسبات همراه و پوشیدنی است.

در حقیقت وقتی که تحرک کاربر و محاسبات دستگاه ­های متحرک را بخواهیم پشتیبانی کنیم گزینه محاسبات ابری موبایل مطرح می­شود. قابلیت حرکت یکی از ویژه­ گی­های محیط محاسباتی است که باعث می­شود کاربر به فعالیتش و استفاده از ابر در حین حرکت ادامه دهد.

با تمام این اوصاف، محاسبات ابری، محاسبات موبایل و کامپیوترهای پوشیدنی شامل مشکلاتی از قبیل: امنیت، تحمل­پذیری در برابر خطا، حریم خصوصی افراد و یکپارچگی داده ها هستند، که نیاز به بررسی دارند. هنگامی که از کامپیوترهای پوشیدنی در حوزه سلامت استفاده می­شود، نیاز به تحمل­ خطا بیش از پیش حائز اهمیت است. اگر سیستم­ های حوزه سلامت در برابر خطا تحمل­پذیر نباشند ممکن است مشکلات جبران ناپذیری را برای بیمار به همراه داشته باشند تا حدی که منجر به مرگ بیمار شوند. قابلیت اطمینان در سیستم­هایی با کاربردهای حساس، یک نیاز حیاتی بوده و این نوع سیستمها باید طوری طراحی شوند تا بتوانند با وجود خرابی به وظیفۀ خود به طور مناسب ادامه دهند. لذا با توجه به اهمیت موضوع، به یک چارچوب تحمل­ خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه سلامت، نیاز است که در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار می­گیرد.

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………. 1

          فصل اول – کلیات تحقیق

1-1 مقدمه…………………………………………………………………………. 3

1-1-1 تاریخچه رایانش ابری……………………………………………………………………………………. 4

1-1-2 تاریخچه محاسبات ابری موبایل………………………………………………………………………… 4

1-1-3 تاریخچه کامپیوترهای پوشیدنی………………………………………………………………………… 4

1-2 بیان مسأله……………………………………………………………………………………………………… 6

1-3 اهمیت و ضرورت تحقیق………………………………………………………………………………….. 6

1-4 اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………………………. 8

1-5 فرضیه ­های تحقیق…………………………………………………………………………………………….. 9

1-6 ساختار پایان­ نامه………………………………………………………………………………………………. 9

فصل دوم- ادبیات و سابقه پژوهش

2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………. 11

2-2 ادبیات تحقیق……………………………………………………………………………………………….. 12

2-2-1 کاربردهای محاسبات پوشیدنی………………………………………………………………………. 12

2-2-2 تحمل­ پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی…………………………………………………………… 14

2-3 اتکا­پذیری……………………………………………………………………………………………………. 16

2-3-1 ویژگی­های اتکاپذیری یک سیستم…………………………………………………………………. 17

2-3-2 تهدیدها…………………………………………………………………………………………………… 18

2-3-3 ابزارهای اتکاپذیری……………………………………………………………………………………. 21

2-4 رهیافت­های تحمل­ پذیری خطا…………………………………………………………………………… 22

2-5 جنبه­ های مختلف تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی…………………………………………. 25

2-5-1 سخت­افزار……………………………………………………………………………………………….. 26

2-5-1-1 کشف و جداسازی سنسورهای معیوب…………………………………………………………. 27

2-5-2 نرم­افزار…………………………………………………………………………………………………… 29

2-5-3 انرژی…………………………………………………………………………………………………….. 31

2-5-4 ارتباطات…………………………………………………………………………………………………. 33

2-5-5 معماری…………………………………………………………………………………………………… 37

2-6 مدیریت منبع و نحوه­ی دسترسی به آن………………………………………………………………… 37

2-7 self-healing……………………………………………………………………………………………….. 38

2-8 نتیجه­ گیری………………………………………………………………………………………………….. 39

             فصل سوم-  معماری پیشنهادی

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………. 41

3-2 معماری پیشنهادی…………………………………………………………………………………………. 41

3-3 یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی…………………………………………………. 48

3-3-1 Body Nodeها………………………………………………………………………………………….. 48

3-3-2 Master Nodeها……………………………………………………………………………………….. 64

3-3-2-1 Master Node فیزیکی……………………………………………………………………………. 64

3-3-2-2 Master Node مجازی…………………………………………………………………………….. 70

3-3-2-3 شبکه­ های چند Master Nodeی………………………………………………………………… 72

3-3-3 طراحی ارگونومی………………………………………………………………………………………. 78

3-3-4 تحمل خطای شفاف……………………………………………………………………………………. 78

3-3-5 مدیریت خطا در معماری سه لایه­ای ارائه شده………………………………………………………….. 79

3-3-6 Mobile Nodeها……………………………………………………………………………………….. 80

فصل چهارم- جمع­ بندی و نتیجه­ گیری

4-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………. 88

4-2 تعاریف پایه…………………………………………………………………………………………………. 88

4-3 اتکاپذیری……………………………………………………………………………………………………. 89

4-4 محاسبه اتکاپذیری با استفاده از بلوک دیاگرام ­های قابلیت اطمینان…………………………….. 90

4-5 افزونگی TMR……………………………………………………………………………………………… 91

4-6 افزونگی standby………………………………………………………………………………………….. 92

4-7 ارزیابی قابلیت اطمینان گره Body Node…………………………………………………………….. 95

4-8 ارزیابی قابلیت اطمینان گره Master Node…………………………………………………………. 99

4-9 ارزیابی قابلیت اطمینان معماری سه لایه­ای ارائه شده…………………………………………….. 102

فصل پنجم- پیشنهادات و کارهای آتی

5-1 نتیجه­ گیری کلی………………………………………………………………………………………….. 106

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………. 107

منابع و مآخذ…………………………………………………………………………………………………….. 110

فهرست جدول­ها

جدول 2-1: یک طبقه بندی رایج از خطاها………………………………………………………………….. 20

جدول 2-2: رویکرد افزونگی…………………………………………………………………………………. 24

جدول 2-3: رویکردهای رایج حل مسئله­ ی تحمل پذیری خطا…………………………………………… 25

جدول 2-4: معیارهای کیفیت داده در روش نشانه­ گرا…………………………………………………… 29

جدول 2-5: معیارهای کیفیت داده در روش عملگرا…………………………………………………….. 30

جدول 2-6: امواج الکترومغناطیسی…………………………………………………………………………… 34

جدول 2-7: لیست کارهای انجام شده……………………………………………………………………….. 39

جدول 4-1: قابلیت اطمینان Body Nodeها به ازای مقادیر مختلف λt………………………………… 96

جدول 4-2: قابلیت اطمینان Master Nodeها به ازای مقادیر مختلف λt………………………….. 100

جدول 4-3: قابلیت اطمینان معماری­ها به ازای مقادیر مختلف λt……………………………………. 103

فهرست نمودارها

نمودار 4-1: نمودار قابلیت اطمینان Body Nodeها……………………………………………………….. 97

نمودار 4-2: نمودار قابلیت اطمینان Master Nodeها…………………………………………………. 101

نمودار 4-3: نمودار قابلیت اطمینان در معماری­ها………………………………………………………. 104

فهرست شکل­ها

شکل 2-1: یک معماری کلی برای محاسبات پوشیدنی…………………………………………………… 12

شکل 2-2: درخت اتکاپذیری…………………………………………………………………………………. 16

شکل 2-3: رابطه­ ی علت و معلول نقص، خطا و شکست…………………………………………………. 18

شکل 2-4: جنبه­ های تحمل خطا از نظر معماری یک کامپیوتر پوشیدنی……………………………… 26

شکل 3-1: یک معماری پیشنهادی برای محاسبات پوشیدنی……………………………………………. 42

شکل 3-2: طرح کلی معماری پیشنهادی……………………………………………………………………. 43

شکل 3-3: معماری سخت­ افزاری یک Body Node………………………………………………………. 44

شکل 3-4: معماری سخت­ افزاری یک Master Node……………………………………………………. 45

شکل 3-5: معماری سخت ­افزاری یک Mobile Node……………………………………………………. 45

شکل 3-6: یک معماری برای نظارت بر سلامت………………………………………………………….. 47

شکل 3-7: یک معماری مبتنی بر ایستگاه مبنا…………………………………………………………….. 48

شکل 3-8: برقراری ارتباط بین Body Node و Master Node در حالت اول………………………. 51

شکل 3-9: برقراری ارتباط بین Body Node و Master Node در شبکه A و در حالت دوم…….. 52

شکل 3-10: افزونگی TMR برای ماژول سنسور در Body Nodeها………………………………….. 55

شکل 3-11: افزونگی standby برای ماژول سنسور در Body Nodeها………………………………. 56

شکل 3-12: الگوریتم تعویض سنسور……………………………………………………………………….. 57

شکل 3-13: برقراری ارتباط بین Mobile Node و Master Node در حالت اول…………………. 66

شکل 3-14: برقراری ارتباط بین Master Node و Mobile Node در شبکه A و در حالت دوم. 66

شکل 3-15: افزونگی standby برای ماژول گیرنده در Master Nodeها…………………………… 68

شکل 3-16: برقراری ارتباط بین Mobile Node و Body Node در شبکه A……………………….. 72

شکل 3-17: تحمل خرابی باتری Master Node در شبکه­های چند Master Nodeی که فاقد Master Node فیزیکی افزونه هستند……………. 75

شکل 4-1: دیاگرام انتقال حالت یک سیستم تک مؤلفه­ای……………………………………………… 93

شکل 4-2: یک سیستم standby با یک مؤلفه­ی افزونه………………………………………………….. 94

شکل 4-3: دیاگرام انتقال حالت یک سیستم standby با یک مؤلفه­ی افزونه………………………. 94

شکل 4-4: قابلیت اطمینان در Body Nodeها……………………………………………………………… 96

شکل 4-5: قابلیت اطمینان در Master Nodeها………………………………………………………… 100

شکل 4-6: قابلیت اطمینان در معماری­ها…………………………………………………………………. 103

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، میتوانید از کلیه کارتهای عضو شتاب  استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.