تصميم وحدة معالجة منخفضة القدرة للإشارة الرقمية في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة

اسم الباحث: نعمى يونس

المشرف :أ.د. ياسر عمله – د. حسن البستاني

العنوان : تصميم وحدة معالجة منخفضة القدرة للإشارة الرقمية في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة

العنوان باللغة الانكليزية :

Design of low power processing unit for digital signal in multimedia wireless sensor networks

العام : 2020

القسم : الهندسة الإلكترونية والاتصالات

الملخص :

تم العمل في هذه الأطروحة على تصميم وحدة معالجة للإشارة الرقمية، التي تُعدُّ خياراً مناسباً للتطبيق في شبكات الحساسات اللاسلكية (WSN) الداعمة للوسائط المتعددة التي تعاني من محدودية موارد الطاقة، والمعالجة، والاتصال. يتم فيها تحقيق المفهوم التفرعي ضمن إطار العتاد الصلب على مستوى عقدة التحسس اللاسلكية، ثم على مستوى الشبكة ضمن إطار المعالجة المحلية للإشارة الرقمية، وتقييم الحلول المقترحة لكل مرحلة من ناحية بارامترات الأداء، وتأثيرها على شروط التطبيق المعتمد في WSN.

في المرحلة الأولى بالنسبة للعتاد الصلب(Hardware) على مستوى العقدة الواحدة ضمن إطار الخوارزميات القابلة للتحويل إلى بنى، تم إضافة تعديل بنيوي على مستوى المرشح FIR قائم على مفهوم المعالجة المتوازية ومتطابقات نوبل التي تحقق زيادة في الإنتاجية وتخفيضاً في عدد عمليات الحساب، ثم استخدام البنية السابقة لتطوير بنية وظيفية لبنك المرشحات تكون مناسبة لتطبيقات DSP في WSN.

في المرحلة الثانية على مستوى الشبكة من ناحية تصميم خوارزمية معالجة محلية للإشارة الرقمية، تعتمد التنفيذ المتوازي والتوزيع المتوازن لمهام الحساب اللازمة لإنجاز التحليل الطيفي للإشارة الرقمية بما يتناسب مع شروط بيئة التطبيق في WSN، بمعنى آخر تخصيص وظيفة حوسبة لعقدة الحساس اللاسلكية تحت إطار التنفيذ الحسابي التفرعي لمهام التطبيق، بهدف تخفيض كمية الحساب على مستوى العقدة الواحدة وتخفيض زمن إنجازه بما ينعكس على زمن تشغيل البطارية.

لقد أثبت الاختبار الوظيفي للبنية المطورة ضمن المرحلة الأولى من النتائج، إمكانية تحقيق الاستعادة التامة لطيف الإشارة الرقمية مع تخفيض عدد العمليات الحسابية المنجزة في واحدة الزمن وزمن تشغيل بطارية عقدة التحسس اللاسلكية، وبناء عليه تعد خياراً مفضلاً في التجهيزات محدودة الموارد التي تعتمد بتغذيتها على البطاريات مثل عقدة التحسس اللاسلكية في WSN.

كما أثبت تقييم الخوارزمية المقترحة في منظومة تفرعية مكونة من عنقود حوسبة باستخدام شريحة الراسبيري مع تقييم أزمنة التنفيذ التي تثبت تخفيض زمن الحساب التفرعي بمقابل زمن التنفيذ التسلسلي لخوارزمية التحليل الطيفي مما ينعكس على تسريع الحساب ويحقق تحسناً في أداء تطبيقات معالجة الإشارة الرقمية في WSN.

في المرحلة الأخيرة: تم تطبيق التحليل الطيفي للإشارة الرقمية على مستوى الشبكة باستخدام الأدوات الرياضية لمعالجة الإشارة في GSP، والذي يتم فيه تمثيل شبكة WSN كمنحني تمثيل بياني، تعد كل نقطة منه كعقدة تحسس لاسلكية تساهم معاً وبالتوازي في تنفيذ المهام الحسابية لتطبيقات معالجة الإشارة الرقمية في WSN.

تحميل البحث