۱-۲ بیان مسأله
هر چقدر که سیستم حساس­تر باشد و در معرض مشکلات بیشتری قرار گیرد، مدیریت وقایع و رخدادها واجب­تر می­گردد. تحمل خطا یک نگرانی عمده برای تضمین در دسترس بودن و قابلیت اطمینان خدمات حیاتی و همچنین کارکرد درست سیستم­های نرم­افزاری و سخت افزاری است. به منظور به حداقل رساندن تأثیر خرابی بر روی سیستم و کارکرد صحیح و موفق سیستم، خرابی باید پیش ­بینی شده و فعالانه مدیریت و کنترل گردد. روش­های تحمل خطا در واقع برای پیش ­بینی این خرابی­ها و انجام یک اقدام مناسب قبل از خرابی می­باشد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

سه­تایی فناوریهای روز شامل محاسبات پوشیدنی، محاسبات موبایل و محاسبات ابری پایه بسیاری از کاربردها و فناوری­های روز است. از جمله این فنآوری­ها محاسبات فراگیر مراقبت­های پزشکی است. علاوه بر محدودیت­ها و خطرهای موجود در ذات فن­آوری­های موبایل و پوشیدنی، کاربرد­های سلامت نیز نیازمند توجه بسیار خاص است که بدون خطا بودن سیستم یکی از ضروریات آنها است. لذا می­بایست تحمل خطا در این سیستم­ها، مورد مطالعه قرار داد.
این درحالیست که تاکنون از این جنبه به موضوع نگاه نشده بود که سه فناوری ذکر شده به شرط در نظر گرفتن تحمل خطا، به کمک یکدیگر ایفای نقش کنند.
۱-۳ اهمیت و ضرورت تحقیق
پدیده ­های 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 می­ کنند. 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 قابلیت ­های کامپیوتری بر مبنای اینترنت است. در واقع قابلیت ­های کامپیوتری به صورت یک سرویس اینترنتی به کاربر عرضه می­ شود. ایده اصلی رایانش ابری را می­توان چنین بیان نمود: ارائه خدمات نرم­افزاری و سخت افزاری از طریق اینترنت، به کاربران و سازمان­ها در تمام سطوح. نرم­افزار، 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 می­ کنند 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، صرفه­جویی 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 دستگاه­های متحرک را بخواهیم پشتیبانی کنیم گزینه محاسبات ابری موبایل مطرح می­ شود. قابلیت حرکت یکی از ویژه­گی­های محیط محاسباتی است که باعث می­ شود 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 می­ شود، نیاز به تحمل­خطا بیش از پیش حائز اهمیت است. اگر سیستم­های 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 سیستمهاباید 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 تحمل­خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه سلامت، نیاز است که در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار می­گیرد.
۱-۴ اهداف تحقیق
محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی به دلیل طبیعت­شان دارای توان بالای پردازشی نیستند. از طرفی انجام کارهای محاسباتی بدون داشتن سخت­افزار قدرتمند و نرم­افزار گران قیمت، یک نیاز است که توسط رایانش ابری برطرف می­ شود. لذا رایانش ابری به منظور رفع محدودیت­های محاسبات سیار و محاسبات فراگیر می ­تواند بهترین گزینه باشند. بنابراین ارائه یک معماری برای همکاری سه تکنولوژی محاسبات ابری، محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی، اولین هدف این تحقیق می­باشد.
شبکه ­های حسگر بی­سیم درحال استفاده شدن در محاسبات فراگیر از قبیل: حوزه سلامت، نظارت محیطی، مدیریت ساختمان، نظارت سازمانها و دستگاه های بزرگ هستند. اما اغلب به دلیل عوامل طبیعی و غیرطبیعی مانند زیاد گرم شدن، رسوب شیمیایی سطح سنسور، توان کم باتری و غیره دقت قرائتهای سنسورهای الکترونیکی کاهش می­یابد و یا حتی عملکرد سیستم مختل می­ شود. دیگر هدف این تحقیق بررسی خطاهای پایدار و ناپایدار در شبکه ­های پوشیدنی می­باشد.
تشخیص و مکان­ یابی خطا یکی از کلیدی­ترین اقدامات ابتدایی در برخورد با خطا می­باشد. تا زمانیکه یک خطا تشخیص داده نشود نمی­ توان آنرا برطرف کرد به علاوه نمی­ توان اقدامات جبرانی را در سیستم به منظور کاهش اثر خطا انجام داد. به بیانی بعد از تشخیص و مکان­ یابی خطا می­توان به صورتی کارا آنرا مدیریت کرد. لذا تکنیک­های تشخیص و مکان­ یابی خطا در شبکه ­های پوشیدنی و مدیریت­شان به عنوان یک هدف کلیدی، مورد بررسی قرار می­گیرند.
همواره امکان ظهور خطا و خرابی در سیستم­های مختلف وجود دارد. سیستمی موفق است که بتواند با وجود خطاها و خرابی­ها بیشترین سرویس­ها را ارائه دهد. به عبارتی در کاربردهای حیاتی از جمله کاربردهای حوزه سلامت، تحمل­پذیر بودن سیستم ضروری است. همواره سیستم­های مختلف روش­های متفاوتی از تحمل ­خطا را مورد استفاده قرار می­ دهند. بررسی روش­های مختلف تحمل خطا در محاسبات پوشیدنی و فراگیر، از دیگر اهداف این تحقیق می­باشد.
در زمینه تحمل خطا الگوریتم­ها و راهکارهای مختلفی ارائه شده است. پژوهشگران مختلف به منظور حل مسأله تحمل خطا راه­ حل­های مختلفی را ارائه داده­اند و از جهات مختلفی به موضوع نگاه کرده ­اند. به چالش کشیدن این راه­حل­ها از اهداف مهم این تحقیق می­باشد به عبارتی سعی بر این است که از دیدگاهی متفاوت به ارزیابی الگوریتم­ها و راه­ حل­های ارائه شده، پرداخته شود.
حوزه سلامت یک حوزه حیاتی است که از محاسبات پوشیدنی استفاده می­ کند. عواقب خطا و خرابی در این حوزه ممکن است قابل جبران نباشد از اینرو در این حوزه ریسک معنا ندارد. اما متأسفانه با توجه به اهمیت موضوع در فصل دوم از این تحقیق مشخص می­ شود که در این زمینه تحقیق زیادی صورت نگرفته است. لذا مهم­ترین هدف این پایان نامه ارائه یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه سلامت می­باشد.
۱-۵ فرضیه ­های تحقیق
محاسبات پوشیدنی دارای مزایای بیشماری می­باشند اما این واقعیت را نمی­ توان کتمان کرد که کامپیوترهای پوشیدنی بدون در نظر گرفتن محدودیت­ها و خرابی­های ممکن قابل استفاده نیستند. همچنین محاسبات سیار دارای محدودیت­های فراوانی هستند که قابلیت اطمینان آنها را برای کاربردهای حساس کاهش می­دهد. به علاوه محاسبات ابری بر بستر اینترنت بوده و اگر توسط محاسبات موبایل مورد استفاده قرار بگیرد ممکن است در عملکرد آنها مشکلاتی پیش آید.
این سه فناوری به کمک هم می­توانند بسیاری از مشکلات بیماران را حل کنند. اما محدودیت­های آنان، خطری برای انجام صحیح عملکرد آنها است. لذا برای عملکرد صحیح این سه فناوری و همکاری آنها با هم، نیاز به یک چارچوب تحمل خطا است.
۱-۶ ساختار پایان نامه
در ادامه در فصل دوم تعاریف و مفاهیم اولیه به تفضیل شرح داده می­شوند و همچنین تحقیقات انجام شده توسط محققان پیشین به صورت مفصل مورد بررسی قرار می­گیرد. در فصل سوم که مهمترین فصل این پایان نامه است نتایج حاصل شده در قالب یک چارچوب تحمل­خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه محاسبات فراگیر مراقبت­های پزشکی، ارائه می­ شود. سپس یک جمع­بندی و نتیجه ­گیری در فصل چهارم مطرح می­ شود. در انتها فصل پنجم به بیان پیشنهادات و کارهای آتی می ­پردازد.
فصل دوم
ادبیات و سابقه پژوهش
۲-۱ مقدمه
خرابی در سیستم­های با کاربردهای حساس، می ­تواند فاجعه­های جبران­ناپذیری 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 گرفته­اند. به عنوان مثال خطای این سیستم­ها برای بیماری که کیلومترها از دکتر خود یا بیمارستان فاصله دارد می ­تواند عواقب جبران ­ناپذیری را به همراه داشته باشد. لذا تحمل­پذیری محاسبات پوشیدنی^[۱۲] در برابر خطا ضروری است و باید به صورت جدی مورد مطالعه قرار گیرد.
برای مطالعه تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی، نیاز به در نظر گرفتن محیط عملیاتی و غیر عملیاتی است. کامپیوترهای پوشیدنی برای غلبه بر برخی مشکلات و کاستی­ها، از امکانات سایر تکنولوژی­ها بهره می­برند. یک معماری سه لایه برای فعالیت محاسبات پوشیدنی در [۱] ارائه شده است که این معماری از سه فناوری محاسبات پوشیدنی، محاسبات سیار^[۱۳] و محاسبات ابری^[۱۴] بهره می­برد.
محاسبات پوشیدنی و محاسبات سیار دارای محدودیت­های زیادی از قبیل محدودیت­های محاسباتی و محدودیت­های منبع هستند، ولی به دلیل مزایای زیادی که در اختیار هم قرار می­ دهند، نمی­ توان آنها را در دنیای آینده محاسبات بدون دیگری تصور کرد . از طرفی برای رفع محدودیت پردازشی آنها از رایانش ابری استفاده شده است. لذا با توجه به محبوبیت و مزایای زیاد این سه تکنولوژی، هیچکدام را نمی­ توان از چرخه­ی محاسبات حذف کرد و از سوی دیگر آینده به تنهایی متعلق به هیچکدام از این سه تکنولوژی نیست. شکل ۲-۱ معماری سه لایه­ای پیشنهاد شده در [۱] را نشان می­دهد.

شکل ۲-۱: یک معماری کلی برای محاسیات پوشیدنی [۱]
در این معماری کلی، کامپیوترهای پوشیدنی اطلاعاتشان را از محیط می­گیرند و به کامپیوترهای سیار می­فرستند. سپس کامپیوترهای سیار به منظور گرفتن سرویس­های مورد نیاز می­توانند با ابرها ارتباط برقرار کنند.
خدمات حیاتی باید در برابر خطا تحمل­پذیر باشند، و سیستم باید تحت هر شرایطی به فعالیتش ادامه دهد. لذا با بهره گرفتن از روش­های تحمل خطا باید خرابی­ها را پیش ­بینی کرد و اقدامات لازم را قبل از خرابی انجام داد. بنابراین در ادامه برای سازماندهی این مطالعه، از این معماری کلی استفاده می­ شود.
۲-۲ ادبیات تحقیق
محاسبات پوشیدنی امکان اتصال دستگاه­های محاسبه­گر سیار^[۱۵] را به محیط پیرامون یا بدن جاندار فراهم می­ کند [۲][۳]. امکان انجام محاسبات به صورت سیار و همچنین اتصال دستگاه سیار به سایر شبکه­ ها یا ابزارها در هر زمان و هر مکان، توسط محاسبات سیار فراهم می­ شود [۴]. انجام کارهای محاسباتی و تحلیل داده ­ها با بهره گرفتن از سخت­افزار قدرتمند و نرم­افزار گران قیمت، یک نیاز است که توسط رایانش ابری برطرف می­ شود [۵]. در رایانش ابری سرویس­ها بنا به تقاضای سرویس­گیرنده، توسط مراکز داده و از طریق اینترنت ارائه می­شوند [۶][۷]. محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی برای برقراری توازن بین سیار بودن و قدرت محاسباتی، خواهان توان بالای پردازشی نیستند. لذا می­توان از رایانش ابری برای رفع این محدودیت­ها استفاده کرد.
۲-۲-۱ کاربردهای محاسبات پوشیدنی