در IOT سیستم های WSN کاربردهایی از قبیل اتوماسیون خانه، اینترنت صنعتی و مراقبت بهداشتی را دارند. و این سیستم ها با فناوری های ارتباطی از قبیل MIFI و Zigbee همراه هستند.با این حال این پروتکل های نمی توانند به عنوان برجسته ترین گزینه در زمینه مراقبت بهداشتی استفاده شوند. به دلیل اینکه برنامه های مراقبت بهداشتی مشکلاتی از قبیل مصرف بالای انرژی، سازگاری پایین،مقیاس پذیری کم را در بر میگیرند به همین دلیل به ۶LOWPAN روی آورده اند. سیستم های WSN برای به حداکثر رساندن زمان عمل خودشان از ۶LOWPAN که ارتباطات کارآمدتری را برای آنها فراهم کرده است استفاده می کنند.
۶LOWPAN مخففip v6low power wire less personal area network می باشد که برای گسترش IP برای شبکه های کم قدرت WSN ارائه شده است که از قابلیت اطمینان بالاو سازگاری و بهره وری انرژی و هزینه پایین بر خوردار است.
اما بحث Fault Tolerant یا تحمل خطا در این سیستم ها بسیار مورد توجه است.در واقع بیشتر سیستم های ارائه شده بحث Fault Tolerant را در ۶lowpan در نظر نگرفته اند به همین دلیل محققان دانشگاه Turku فلاند یک معماری ۶LOWPAN برای e healthcare (مراقبت بهداشتی به صورت الکترونیکی ) طراحی کرده اند که تمام وضعیت های خطا را از قبیل عملکرد بد sink node ( گلوگاه های ترافیکی) با توجه به نرخ بالای داده ها در node ها را پوشش می دهد. و این روش برای node های حسگرهای سنجش پزشکی در یک gate way پیاده سازی شده است.
نکاتی که در این طرح وجود دارد عبارتند از
۱-نرخ بالای Bio سیگنالها را پوشش می دهد. این سیستم تمامی Bio سیگنالها از قبیل Electroencephalography (EEG)و Electrocardiogram (ECG)و Electromyography (EMG) را پوشش می دهد.
۲-طراحی یک gate way پیشرفته با مقیاس پذیری بالا و Fault Tolerant
۳- این gate way بسته ها را ازگره ها به سمت سرور هدایت می کند.
معماری ارائه شده در شکل زیر نمایان است
معماری ارائه شده که برای مانیتور کردن بیمار استفاده می شودو بر اساس star based 6LOWPAN می باشد.سنسور های ۶LOWPAN برای به دست آوردن bio سیگنال ها توسط AEF ها یک پارچه شده اند. AFE شامل MCU وADC ودیگر اجزا است که برای بدست آوردن سیگنالی که توسط الکترودی که در بدن انسان کار گذاشته شده است و نیز تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال برای انتقال از node به sink node استفاده می شود. این node ها می توانند اطلاعاتی را ازقبیل دما و موقعیت بیمار به پزشک بدهند.
ساختار عملیاتی gate way در شکل زیر نمایان شده است.
Gateway ها نقش به سزایی را در معماری بازی می کنندو bio سیگنال ها را از ۶LOWPAN Node ها جمع می کنند وآنها را به remote server ها انتقال می دهند و سرویس های زیادی را برای حفظ اتصال و بالابردن کارایی سیستم فراهم می کنند. ساختار آن شامل یک لایه سخت افزار،سیستم عامل و یک لایه سرویس است.
Local storage قسمتی است که به عنوان سیستم ذخیره سازی هم زمان استفاده می شود و برای bio data های موقتی که از سنسور ها می آید استفاده می شود تا از up date بودن آنها اطمینان حاصل کند.
Notification Mechanism تضمین می کند که bio سیگنال ها کیفیت لازم را دارند.
Ip tunneling برای ارتباط بین ۶LOWPAN و IPv4 وIPv6 استفاده می شود.
قسمت Fault Tolerant برای بالا بردن خاصیت رباتیک معماری IOT طراحی شده است تا مطمئن شوند تمامی node هایی که به gateway متصل هستند فعال می باشند به این طریق که اگر gateway سیگنالی را از یک node دریافت نکرده باشد پیامی را برای sink node مبنی بر خراب بودن node ارسال می کند وقتی که sink node این پیغام را دریافت کرد پیام را از طریق node های سالم به node خراب انتقال می دهد و بعد جواب را به gateway بر می گرداند اگر gateway بعد از یک مدتی این پیام را دریافت نکرد به صورت broadcast پیام هشدار را به تمام sink node ها ارسال می کند.
در شکل زیر ساختار فیزیکی gate way نشان داده شده است.و ارتباط بین(SOC) system on chip و sink node را فراهم می کند. و SOC از component های مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:SOC processor و SD card و USB و…
SOC می تواند توسط WIFI یا Ethernet به شبکه متصل شود.
هسته اصلی سیستم سنسور TI CC2538 به همراه TI ADS1292 در شکل زیر نمایان است
پیاده سازی gateway در شکل بالا نشان داده شده است
منبع:
- N. Gia, A. M. Rahmani, T. Westerlund, P. Liljeberg and H. Tenhunen, “Fault tolerant and scalable IoT-based architecture for health monitoring,” Sensors Applications Symposium (SAS), 2015 IEEE, Zadar, 2015
