پروژه ها

پروژه های انجام شده

بهبود فشرده‌سازی بسته‌های داده در پروتکل امنیت شی در اینترنت اشیا

ظهور اینترنت اشیا نتیجه‌ی افزایش دستگاه‌هایی است که همزمان با محیط و اینترنت در ارتباط هستند. از جمله چالش‌های اصلی در اینترنت اشیا محدودیت منابع و حفظ محرمانگی اطلاعات است. پروتکل امنیت شی در لایه کاربرد برای رفع این مشکل طراحی شده است اما از نظر مصرف انرژی و طول بسته سربار زیادی دارد. در این پژوهش با ارائه یک کدگذاری که مبتنی بر EXI است دو هدف دنبال شد: کاهش طول بسته‌های XML و کاهش مصرف انرژی با کم کردن سربار رمزنگاری. در روش ارائه شده با استفاده از یک تجزیه‌کننده، محتوا به واحدهای کوچکتر به نام Event تبدیل شده است و سپس با استفاده از چندین درخت دودویی (به کمک کد هافمن) هر Event با یک کد باینری کدگذاری شده است. این کدها حداقل یک بیت و در بیشترین حالت دو بیت دارند. همچنین محتوای XML در هنگام کدگذاری درون جدول‌هایی با ساختاری شبیه دیکشنری قرار گرفته است به این منظور که از کدگذاری یک Event تکراری جلوگیری شود. نتایج شبیه‌سازی در سیستم‌عامل کانتیکی به کمک کوجا نشان داد بسته‌هایی که کدگذاری شدند حداقل ۳۸ درصد فشرده‌تر بودند. همچنین مقایسه مصرف انرژی نشان داد استفاده از روش کدگذاری ارائه شده نسبت به پیاده‌سازی اولیه انرژی مصرفی را تا ۴۰ درصد کاهش داده است.

ارائه یک لایه چرخه وظایف رادیو (RDC) تطبیقی در اینترنت اشیاء

اینترنت اشیاء نظریه اتصال اینترنتی دستگاه های فیزیکی شبکه های ناهمگن است که انقلابی جهانی در شبکه های بی سیم پدید آورده است. شبکه های کم-قدرت و پر اتلاف هسته اصلی تکنولوژی اینترنت اشیاء هستند که در پروتکل ها و استاندارد های آن ها می بایست محدودیت¬هایی از قبیل انرژی، حافظه ذخیره‌سازی و قدرت پردازشی را در نظر گرفت. لایه چرخه وظایف رادیو لایه‌ای بین لایه فیزیکی و لایه کنترل دسترسی به رسانه جهت کاهش انرژی مصرفی شبکه می‌باشد که پروتکل کانتیکی مَک بهترین پروتکل ارائه شده برای این لایه می‌باشد. کانتیکی مَک تا حد ممکن گره ها را خاموش نگه می دارد ولی با استفاده از یک فرکانس RDC ثابت آن ها را به‌موقع بیدار می کند تا بسته های موجود روی کانال را دریافت کنند. استفاده از این فرکانس RDC ثابت ممکن است باعث هدر رفتن انرژی شود. در این پژوهش مکانیزمی جهت ارائه یک لایه چرخه وظایف رادیو تطبیقی ارائه شده است که گره ها به‌صورت خودمختار بر اساس سطح ظرفیت باتری و فعالیت رادیویی کانال که آیا بسته ای روی کانال موجود است یا خیر به‌صورت پویا فرکانس RDC خود را تنظیم می کنند. مکانیزم پیشنهادی که توسعه ای از مکانیزم کانتیکی مَک می باشد در سیستم‌عامل کانتیکی پیاده¬سازی شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های صورت گرفته توسط شبیه ساز کوجا با دو مکانیزم کانتیکی مَک و مکانیزم مبتنی بر ظرفیت که در آن فرکانس RDC تنها بر اساس ظرفیت باتری گره تنظیم می شود، مقایسه شده است. ارزیابی ها نشان‌دهنده بهبود چشمگیر میانگین انرژی مصرفی و چرخه وظایف رادیو در شبکه های کم‌ترافیک می باشد.

ارائه یک روش جدید جهت بهبود تحرک در پروتکل RPL

شبکه‌های توان‌کم و پراتلاف دامنه وسیعی از برنامه‌ها، مانند تجارت، نظارت بر سلامتی، نظارت محیطی و موارد دیگر را پوشش می‌دهند. در این شبکه‌ها، برنامه‌ها نیازمند ارتباطات مطمئن و به صرفه هستند تا بتوانند مسیریابی بسته‌ها را انجام دهند. IETF در سال ۲۰۱۲ پروتکل مسیریابی RPL را برای شبکه‌های توان‌کم و پراتلاف استاندارد کرد. RPL یکی‌ از بهترین پروتکل‌های مسیریابی است که مبتنی بر IPv6 می‌باشد و به منظور استفاده در شبکه‌های اینترنت اشیا طراحی گردیده است. ولی این پروتکل زمانی که نود متحرک در شبکه باشد، عملکرد مناسبی ندارد و باعث کاهش چشم‌گیر کارآیی شبکه می‌گردد. در این پایان‌نامه پروتکل RPL، با استفاده از روش دست‌دهی، تایمرهای اضافه و کاهش پیام‌های کنترلی بهبود داده شده است. به منظور ارزیابی روش پیشنهاد شده از سیستم‌عامل Contiki و شبیه‌ساز COOJA بهره گرفته شده است. روش پیشنهاد داده شده، پروتکل RPL را از لحاظ معیارهای نرخ تحویل بسته و مصرف انرژی بهبود می‌بخشد.

ارائه یک تابع هدف جهت موازنه انرژی و بهبود زمان حیات شبکه در پروتکل مسیریابی شبکه‌های کم‌توان و پراتلاف

اینترنت اشیاء به شبکه‌ای گفته می‌شود که در آن تمامی اجزاء یک محیط به صورت هوشمند در آمده و بهم وصل می‌شوند. در لایه شبکه اینترنت اشیاء جهت مسیریابی از پروتکل RPL استفاده می‌شود. RPL پروتکلی است که با استفاده از تابع هدف و متریک‌های به کار گرفته شده در آن مسیریابی را بین نودهای شبکه انجام می‌دهد. یکی از مشکلات این پروتکل عدم موازنه انرژی می‌باشد که باعث می‌شود برخی از نودهای شبکه زودتر از موعد مقرر خاموش شوند. جهت بهبود زمان حیات شبکه در اینجا تابع هدفی ارائه شده است که علاوه بر متریک ETX، متریک انرژی مصرفی را هم در نظر می‌گیرد. علاوه بر متریک‌های گفته شده در اینجا یک متریک جدید به نام NOCS تعریف شده است. NOCS بیانگر مجموع تعداد نودهای فرزند و برادر یک نود می‌باشد. همچنین به منظور مشخص کردن مدت زمانی که تاثیر متریک انرژی مصرفی از دو متریک ETX و NOCS بیشتر شود یک مقدار α تعریف شده که مقدار بهینه آن ۰۸/۵۲ می¬باشد. تابع هدف ارائه شده T-OF از بین تمام نودهای همسایه نودی را به عنوان والد انتخاب می‌کند که اولا مرتبه‌ی آن از نود مورد نظر کوچکتر باشد، ثانیا مجموع متریک‌های ETX، انرژی مصرفی و NOCS آن کمینه باشد. مقایسه نتایج با سه تابع هدف OF0، MRHOF و EN-OF انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که زمان حیات شبکه در تابع هدف ارائه شده نسبت به سه تابع هدف دیگر بهبود یافته است و در عین حال میزان تاخیر در شبکه را در حد قابل قبولی نگه داشته است.

نظارت بر پارامترهای حیاتی بیمار با استفاده از اینترنت اشیا

با ورود فناوری‌های نوین مانند اینترنت اشیا و با ارائه تجهیزات سبک و قابل حمل خود در حوزه سلامت، ارتباط بین پزشک و بیمار از حالت سنتی خارج شده است. از بین رفتن محدودیت زمانی و مکانی در این ارتباط، امکان نظارت پیوسته بر وضعیت بیمار و دسترسی دائم به داده‌های او از تحولات ایجاد شده است. در این پایان نامه جهت نظارت بر پارامترهای حیاتی بیمار با استفاده از اینترنت اشیا مدلی ارائه شده است. این مدل از ده جزء تشکیل شده که از مهم‌ترین اجزای آن‌ می‌توان به سنسورها و ماژول‌ها، بستر ارتباطی، فضای ابری، پروتکل‌های ارسال داده، برنامه کاربردی و ... اشاره کرد. در این مدل داده‌ها از طریق سنسورهای متصل به بیمار، دریافت گردیده و از طریق یک بستر ارتباطی مانند وای فای به فضای ابری ارسال شده است. در فضای ابری داده بصورت بلادرنگ نمایش داده شده و برخی پردازش‌های لازم روی آن انجام شده است. امکان دسترسی به داده‌ها از طریق وب و برنامه کاربردی برای کادر درمان و خانواده بیمار وجود دارد. بر اساس مدل ارائه شده بصورت عملی یک نمونه آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری برخی از پارامترهای حیاتی بیمار ساخته شده است. در این نمونه داده‌ها از طریق وای فای به فضای ابری Thingspeak ارسال شده است. برنامه کاربردی بکار گرفته شده توسط سرویس MIT App Inventor2 توسعه یافته است. جهت ارسال داده به فضای ابری از دو پروتکل HTTP و MQTT استفاد شده است و مقیاس‌پذیری فضای ابری با ابزار Jmeter اندازه‌گیری شده است. طبق نتایج بدست آمده این فضا با استفاده از پروتکل MQTT مقیاس پذیرتر بوده است.

ارائه رویکرد مدیریت انرژی جدید در خانه هوشمند با استفاده از پروتکل ۶lowpan

سیستم هوشمند مدیریت انرژی در خانه هوشمند را می توان به عنوان یک سیستم بهینه که ارائه دهنده خدمات مدیریت انرژی به منظور مانیتور کردن مؤثر، مدیریت تولید انرژی، ذخیره سازی و مصرف توان دانست. خانه هوشمند با سیستم مدیریت انرژی خانگی خود نقش مهمی در بهبود بهره وری انرژی، اقتصاد، قابلیت اطمینان و حفاظت از انرژی را ایفا می کند. یکی از چالش های اساسی در خانه هوشمند، کاهش توان مصرفی، کاهش هزینه برق و افزایش بهره وری انرژی می باشد. در همین راستا، در این تحقیق یک رویکرد مدیریت انرژی جدید در خانه هوشمند ارائه شده است، که از شبکه بی سیم بر اساس پروتکل ۶LOWPAN در سیستم ارتباطات و شبکه محلی خانه هوشمند برای برقراری ارتباط بین لوازم خانه و سیستم هوشمند مدیریت انرژی استفاده کرده است. الگوریتم زمان بندی پیشنهادی برای مانیتور و کنترل کردن لوازم برقی در خانه، زمان مناسب برای شروع به کار لوازم را زمان بندی و برنامه ریزی می کند. در این الگوریتم همچنین در صورتی که لوازم برقی پر مصرف و غیر ضروری درخواست شروع به کار در زمان اوج مصرف داشته باشند و سیستم ذخیره انرژی توانایی فراهم کردن توان کافی برای شروع به کار وسایل برقی را نداشته باشد، شروع به کار آنها به زمان های کم باری موکول می شود. در این پروژه از سیتم عامل contiki و شبیه ساز Cooja برای شبیه سازی و پیاده سازی الگوریتم استفاده شده است. نتیجه شبیه سازی نشان دهنده ی توانایی الگوریتم زمان بندی پیشنهادی در کاهش میزان مصرف توان و کاهش هزینه مصرف برق در نتیجه باعث افزایش بهره وری انرژی شده است.

توسعه ی پروتکل مسیریابی RPL به منظور مسیریابی مبتنی بر محتوا در شبکه های اینترنت اشیا

شبکه های اینترنت اشیا در حوزه های کاربردی زیادی شامل تجارت، سلامت، فرایند اجتماعی، نظارت محیطی و کاربردهای امنیتی مورد استفاده قرار گرفته اند. با این وجود انتقال مقادیر زیاد داده توسط مسیرهای متشکل از چندین گره اغلب باعث ازدحام در ترافیک به ویژه در حوزه ی شبکه های با توان پایین و با اتلاف( LLN) شده است. در این پایان نامه به صورت اساسی بر روی RPLتمرکز کرده ایم که پروتکلی مناسب برای برآورده کردن انتظارات اینترنت اشیا و ویژگی های توان پایین است. یک راه حل مسیریابی توزیع شده برای بهینه سازی گذرگاه های مسیریابی مطابق با نوع محتوا و کاهش ترافیک شبکه پیشنهاد شده است. در مکانیزم پیشنهاد شده از پردازش درون شبکه ای برای حذف ارسال اضافی داده و ذخیره ی انرژی محدود استفاده شده است. علاوه بر این یک مدل زمان بندی سازگار برای کنترل سربار ارتباطات و کاهش ازدحام ارائه شده است. راه حل پیشنهاد شده با بهره گیری از سیستم عامل Contiki و شبیه ساز Cooja پیاده سازی و ارزیابی شده است. نتایج ارزیابی کارایی نشان داده است که روش پیشنهادی باعث بهبود کارایی RPL پیش فرض از نظر انرژی مصرفی،تاخیر شبکه و قابلیت اطمینان شده است.

ارائه یک روش زمان‌بندی چکه‌ای انطباقی برای پروتکل آر-پی-ال در اینترنت

در حال حاضر، توجه دنیای شبکه به ایدهای جدید به نام اینترنت اشیاء (IoT) معطوف شده است. اینترنت اشیاء، شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی متنوع است که قادر به جمع‌آوری و مبادله داده‌ها است و همچنین ارتباطی مستقیم بین سیستم‌های کامپیوتری و دنیای فیزیکی را فراهم می‌کند. در این نوع شبکه‌ها به دلیل ماهیت کم انرژی بودن و پر اتلاف بودن (LLNs ) از پروتکل‌های متفاوتی در معماری لایه‌ای آن‌ها استفاده‌شده است. پروتکل مسیریابی RPL، پروتکل استاندار مسیریابی در لایه شبکه آن می‌باشد. الگوریتم Trickle Timer یکی از اجزای اصلی این پروتکل است. این الگوریتم دارای یک مکانیسم کنترل و برنامه‌ریزی جهت نشر پیام‌های کنترلی در سرتاسر شبکه می‌باشد. بااین‌حال یکی از ضعف‌های این الگوریتم وجود بازه شنود طولانی در آن است. بازه شنود طولانی باعث ایجاد مشکلات توازن بار و تأخیر گره‌ها در ارسال پیام می‌گردد. الگوریتم پیشنهادی به نام الگوریتم Trickle Timer انطباقی، قادر است با تعیین پویای بازه شنود در ابتدای هر بازه زمانی برحسب فاصله گره‌ها از گره ریشه، عملکرد این الگوریتم را بهبود بخشد. جهت بررسی عملکرد روش پیشنهادی، این روش با شبیه‌ساز ۲.۷ Cooja و در شبکه‌ای با توپولوژی تصادفی با چگالی‌های کم و متوسط، ۲۰، ۴۰ و ۶۰ گره تحت مقادیر مختلف نرخ پذیرش موفق (RX) ۲۰٪، ۶۰٪ و ۱۰۰٪، مورد شبیه‌سازی قرار گرفت و درنهایت نتایج با نتایج حاصل از الگوریتم Trickle استاندارد و الگوریتم Trickle منعطف مورد مقایسه قرار گرفت. با توجه به اینکه بازه شنود بر روی توان مصرفی و مدت‌زمان همگرایی شبکه تأثیر می‌گذارد، نتایج بررسی نشان داد که الگوریتم پیشنهادی توانسته مدت‌زمان همگرایی را بسیار بهبود ببخشد و ازنظر مصرف انرژی و نرخ دریافت بسته‌ها عملکرد بهتری را از خود نشان دهد.

پروژه های در دست انجام

هوشمند سازی شهری

بطور خلاصه، در یک شهر هوشمند از ICT (اطلاعات و فناوری های ارتباطی) برای دستیابی به اهداف زیر استفاده می شود: افزایش کیفیت و کارایی خدمات شهری کاهش هزینه ها و مصرف منابع تسهیل ارتباط مابین شهروندان و نهادهای حاکمیتی در این راستا، اینترنت اشیا می‌تواند یک میان‌افزار مشترک برای توسعه سرویس‌های آینده‌گرا در حوزه شهرهای هوشمند ، جمع‌آوری و تجمیع اطلاعات از سنسورهای مختلف و بعضا ناهمگن، دسترسی به انواع گوناگونی از فناوری‌های IoT و موقعیت‌یابی (همچون برچسب‌گذاری جغرافیایی و ارایه تصویر سه بعدی از طریق سنسورهای RFID) و عرضه اطلاعات به شکل یکدست و یکنواخت (برای مثال، از طریق نقشه‌ای که بطور پویا برچسب‌گذاری می‌شود)، را فراهم آورد. چارچوب‌ها، نوعا شامل یک پلتفرم سنسور (با APIهایی که برای حسگری و عملگری استفاده می‌شوند) و یک پلتفرم (بستر) ابری (که منابع پردازشی و ذخیره‌سازی مقیاس‌پذیر را فراهم می‌آورند) می‌باشند. چارچوب‌های مبتنی بر رویکرد جمع‌سپاری نیز وجود دارند. مرجع چارچوبی مبتنی بر پارادایم سنسور به عنوان سرویس (SaaS) پیشنهاد می‌کند که به امنیت عمومی در حوزه شهر هوشمند می‌پردازد. مراجع میان‌افزاری ابری، با مدل نشر/اشتراک، برای توسعه کاربردهای حسگری جمعی از طریق سنسورهای گوشی‌های موبایل معرفی می‌کنند. برخی از راهکارهایی که اخیرا معرفی شده‌اند شامل بکارگیری معماری‌های ابری برای شناسایی، اتصال و یکپارچه‌سازی سنسورها و عملگرها و در واقع توسعه پلتفرم‌هایی که از کاربردهای فراگیر و بلادرنگ حوزه شهر هوشمند پشتیبانی می‌کنند، می‌باشند . برای مثال، بکارگیری سیستم روشنایی عمومی هوشمند در شهر و ارتباطات فراگیر . همچنین پلتفرم‌های مبتنی بر ابر، توسعه کاربردهایIoT درحوزه شهری را، ازطریق پنهان‌کردن پیچیدگی و غیریکنواختی زیرساخت سخت‌افزاری، تسهیل می‌کنند. البته در مقابل با نیازمندی‌های یک بستر ابری همچون فراهم کردن مقیاس‌پذیری، امنیت، پیکربندی آسان و انعطاف‌پذیری روبرو هستیم. بکارگیری بستر ابری در کاربردهای IoT نیازمندی‌های جدیدی در‌ مدیریت منابع به همراه خواهد داشت که علاوه بر بهینه‌سازی منابع پردازشی، ذخیره‌سازی و ورود/خروج، شامل سیکل خواندن اطلاعات سنسورها، ارسال درخواست به چندین سنسور و دسترسی مشترک به منابع IoT می‌باشند. در برخی از منابع، تحقیقات در زمینه سنسورها، عملگرها و IoT در حوزه شهری به سمت تفسیر معنایی کارا از داده‌ سنسورها هدایت شده است. در نهایت لازم است به لزوم توسعه زیرساخت‌، متدولوژی و پروتکل‌های لازم برای اشتراک‌گذاری اطلاعات درون شهرها و مابین آنها اشاره کرد . در حال حاضر با همکاری و نظارت واحد پژوهشی دانشگاه و جناب دکتر رضاجاویدان مسئول محترم آزمایشگاه اینترنت اشیاء دانشگاه صنعتی شیراز ،طی قراردادی با سازمان حمل و نقل و ترافیک شهرداری شیراز، تیم نرم افزاری کدیاک به عنوان ارائه دهنده طرحی در حوزه حمل و نقل هوشمند شهری و همچنین به عنوان مجری این طرح، گام مهمی را در جهت پیاده سازی شهر های هوشمند برداشته اند.