ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

تقييم أداء نواة محاكي شبكات الحساسات اللاسلكية باستخدام خوارزمية المصادقة

Performance Evaluation of the Kernel Based Wireless Sensor Network Simulator Using an Authentication Algorithm

894   0   3   0.0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2021
  مجال البحث هندسة اتصالات
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل Shamra Editor




اسأل ChatGPT حول البحث

تقدم برامج المحاكاة المستخدمة ضمن مجال شبكات الحساسات اللاسلكية تمثيلاً عن النظام الحقيقي دون الحاجة للقيام بعملية نشر فعلية للعقد وما يترافق مع ذلك من تكاليفٍ باهظة, وتكون العمليات المباشرة المعرفة ضمن الطبقة الفيزيائية في معظم هذه البرامج ضمنية وغير مقدمة بشكلٍ واضح، وهذا ما دفعنا إلى بناء نواة لنظام منصة محاكاة افتراضية، لنكون بذلك قادرين على محاكاة عمليات البروتوكولات والخوارزميات المطبقة ضمن شبكات الحساسات على مستوى وحدة المعالجة المركزية. تهدف منصة المحاكاة المقترحة إلى مراقبة تنفيذ العمليات على المستوى المنخفض للبنية الفيزيائية لعقد الحساسات مع القدرة على التعديل عند هذا المستوى. وباعتبار أن أمن التوجيه يشكل أحد أهم التحديات ضمن شبكات الحساسات، لذا سنطبق ضمن هذا العمل إحدى خوارزميات أمن التوجيه ضمن الواجهة المتعلقة بمنصة المحاكاة المقترحة ومراقبة التنفيذ على المستوى المنخفض لعمليات المعالج، الأمر الذي يتيح لنا إمكانية اكتشاف نقاط الضعف والعمل على تحسين الخوارزميات وتطويرها. طُبِّقت ثلاثة سيناريوهات لتقييم أداء منصة المحاكاة المقترحة، حيث بينت النتائج مرونة وفعالية عالية لهذه المنصة في تتبع سير العمليات المنجَزة ضمن عقد الحساسات على مستوى لغة الـ Assembly.


ملخص البحث
تقدم الورقة البحثية نواة لمنصة محاكاة افتراضية لشبكات الحساسات اللاسلكية، تهدف إلى محاكاة عمليات البروتوكولات والخوارزميات على مستوى وحدة المعالجة المركزية. تركز المنصة على مراقبة تنفيذ العمليات على المستوى المنخفض للبنية الفيزيائية لعقد الحساسات، مع إمكانية التعديل عند هذا المستوى. تم تطبيق خوارزمية المصادقة بين عقدتين مستقلتين من عقد الحساسات ضمن الواجهة المصممة للمنصة، وذلك بهدف مراقبة التنفيذ واكتشاف نقاط الضعف وتحسين الخوارزميات. تم اختبار أداء المنصة من خلال ثلاثة سيناريوهات مختلفة، وأظهرت النتائج مرونة وفعالية عالية في تتبع سير العمليات المنجزة ضمن عقد الحساسات على مستوى لغة الـ Assembly. تهدف الدراسة إلى تحسين أمن التوجيه في شبكات الحساسات اللاسلكية من خلال تطوير خوارزميات أكثر فعالية واختبارها في بيئة محاكاة افتراضية.
قراءة نقدية
دراسة نقدية: تقدم الورقة البحثية إسهاماً مهماً في مجال محاكاة شبكات الحساسات اللاسلكية، حيث تركز على مستوى منخفض من العمليات وتتيح إمكانية التعديل والمراقبة. ومع ذلك، يمكن توجيه بعض الانتقادات البناءة. أولاً، قد يكون من المفيد تضمين مقارنة مع منصات محاكاة أخرى لتوضيح الفروق والميزات الفريدة للمنصة المقترحة. ثانياً، يمكن توسيع نطاق الاختبارات لتشمل سيناريوهات أكثر تعقيداً وتنوعاً، مما يعزز من موثوقية النتائج. أخيراً، قد يكون من المفيد تقديم تفاصيل أكثر حول كيفية تحسين الخوارزميات بناءً على النتائج المستخلصة من المحاكاة، وذلك لتقديم رؤية أوضح حول الخطوات المستقبلية.
أسئلة حول البحث
  1. ما الهدف الرئيسي من بناء نواة لمنصة محاكاة افتراضية لشبكات الحساسات اللاسلكية؟

    الهدف الرئيسي هو محاكاة عمليات البروتوكولات والخوارزميات على مستوى وحدة المعالجة المركزية، مع التركيز على مراقبة وتنفيذ العمليات على المستوى المنخفض للبنية الفيزيائية لعقد الحساسات، وإمكانية التعديل عند هذا المستوى لتحسين أمن التوجيه واكتشاف نقاط الضعف.

  2. ما هي الخوارزمية التي تم تطبيقها في الدراسة؟

    تم تطبيق خوارزمية المصادقة بين عقدتين مستقلتين من عقد الحساسات ضمن الواجهة المصممة للمنصة الافتراضية.

  3. ما هي النتائج التي أظهرتها اختبارات المنصة المقترحة؟

    أظهرت النتائج مرونة وفعالية عالية للمنصة المقترحة في تتبع سير العمليات المنجزة ضمن عقد الحساسات على مستوى لغة الـ Assembly.

  4. ما هي التحديات التي تواجه شبكات الحساسات اللاسلكية والتي تم التركيز عليها في الدراسة؟

    أحد التحديات الرئيسية التي تم التركيز عليها هو أمن التوجيه، حيث أن وسط الاتصال اللاسلكي يسمح لأي عقدة خارجية بالوصول إلى المعطيات المتبادلة، مما يستدعي تطوير خوارزميات أكثر فعالية لتحسين الأمن.


المراجع المستخدمة
NAKOV,S;CO., "Introduction to Programming",InFundamentals Of Computer Programming With C#, ISBN 978-954-400-773-7,Bulgary, Sofia,2013
C. Price, "MIPS IV Instruction Set Revision".3.2ed. MIPS Technologies, Inc., USA, September,1995
SAHOO,S; MISHRA,P; SATPATHY,R, "Secure Routing in Wireless Sensor Networks",IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 9, Issue 1, No 2, January 2012
قيم البحث

اقرأ أيضاً

تتكون شبكة الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة (WMSN) من عدد كبير من العقد الحساسة صغيرة الحجم، منخفضة الطاقة، ومحدودة الموارد، تنشر في حقل الاختبار. تمتلك هذه العقد القدرة على تحسس معطيات الوسائط المتعددة من البيئة المحيطة، وتخزينها، ومعالجت ها وإرسالها في الزمن الحقيقي. تُعدّ قضية الأمن في هذه الشبكات إحدى القضايا المهمّة للدراسة، وذلك نظراً لطبيعتها الخاصّة، إضافة إلى أهمية تحقيق متطلبات الأمن الأساسية للمعلومات المُرسَلة عبر الشبكة. يُعدّ استخدام تقنيات التشفير من الأساليب الفعالة لتحقيق متطلبات الأمن الأساسية في هذه الشبكة. إنَ خوارزمية MQQ التي اقترحت حديثاً، هي إحدى خوارزميات المفتاح العام PKC، والتي حققت هذه الخوارزمية أداءً جيّداً مقارنةً مع نظيراتها من خوارزميات المفتاح العام الأخرى. نقدّم في هذا البحث دراسة تحليلية لتطبيق خوارزمية التشفير غير المتناظر MQQ في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة. لتحقيق هدفنا استخدمنا صوراً حقيقية ملتقطة من قبل عقدة حساس لاسلكي داعم للوسائط المتعددة، وتم دراسة بعض البارامترات الهامّة التي تقيم أداء هذه الخوارزمية مثل حجم المفاتيح المولدة والصور المشفرة، وزمن التنفيذ، والحيز المحجوز من ذاكرة الحساس، إضافة إلى درجة تعقيد الخوارزمية المدروسة. أظهرت النتائج أن خوارزمية MQQ-ENC قدمت أداءً جيداً، إذ أن زمن تنفيذ العمليات أفضل مما هو عليه في خوارزمية RSA. كما بينت النتائج أيضاَ ضرورة أخذ الحجم الكبير للمفتاح العام بالحسبان عند تطبيقها في شبكات الحساسات اللاسلكية الداعمة للوسائط المتعددة.
تعد عملية تحديد موقع عقد الحساسات اللاسلكية المنتشرة في الوسط ضرورية من أجل التطبيقات التي تعد فيها المعلومات المتعلقة بموقع التحسس معلومات مهمة كتطبيقات الأمن و الحماية و تتبع الأهداف و غيرها من التطبيقات. تصنف خوارزميات تحديد الموقع إلى نوعين: المع تمدة على المدى Range-based و غير المعتمدة على المدى (Range-free). ركزت الدراسة على الخوارزميات غير المعتمدة على المدى لأنها أقل كلفة من حيث متطلبات أجهزة العتاد الصلب المستخدمة. استخدم الماتلاب في محاكاة الخوارزميات، حيثُ جرى تقييم أدائها في ظل تغيير عدد العقد الشبكية، عدد العقد المرجعية، إضافة الى مجال اتصال العقد بغيةَ توضيحِ اختلافات الأداء من ناحية خطأ الموقع. أظهرت النتائج تفوق خوارزمية عدم الانتظام (Amorphous)، محققة دقة عالية في تحديد الموقع، و كلفة أقل بالنسبة الى عدد العقد المرجعية المطلوبة لتحقيق خطأ موقع صغير.
غالباً ما يتم نشر شبكات الحساسات اللاسلكية بشكل عشوائي مما يجعل إمكانية تحديد مواقع العقد المنشورة أمراً غاية في التعقيد، و هو ما يسمى مشكلة تحديد مواقع العقد. إن أهمية معلومات مواقع العقد تأتي من السهولة التي تقدمها هذه المعلومات في عمليات التوجيه و التحكم بالشبكة، الأمر الذي ينعكس بشكل من الأشكال على عمل الشبكة بشكل صحيح. في الوقت الحاضر، ظهر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي يعد أهم نظام تحديد المواقع، لكن تكلفة إضافته إلى كل عقدة باهظة، لاسيما في التطبيقات التي تعتمد على شبكات كبيرة الحجم، كما سيتسبب بزيادة حجم العقدة، لذا يمكن تجهيز عدد قليل من العقد بـ GPS، و التي ستساهم بدورها في مساعدة العقد الأخرى على معرفة مواقعها.سندرس في هذه البحث خوارزمية نظام تحديد الموقع (APS) المستخدمة في شبكة الحساسات اللاسلكية تحت الماء، و فيها تكون هناك بعض العقد مجهزة بـ GPS، و التي تساهم في تحديد مواقع العقد الأخرى المتبقية في الشبكة. و سيتم اختبار فعالية استخدام هذه الخوارزمية في تحديد موقع العقدة اعتماداً على المسافة المحسوبة من قبل عقد المرساة القادرة على تحديد موقعها.
تلعب بروتوكولات التحويل دورا أساسيا في تلبية متطلبات جودة الخدمة في الشبكة، إلا أن تحقيق هذا الأمر قد يتطلب عمليات إرسال و استقبال متكررة و بناء جداول تحويل تستهلك مصادر الحساسات إذا أخذنا بالاعتبار محدودية شبكات الحساسات اللاسلكية من حيث الطاقة المت وفرة و كمية التخزين. تم في هذا البحث مقارنة أداء بروتوكول التحويل AODV و بروتوكول التحويل الهرمي HR من ناحية معدل إيصال و خسارة الحزم، و زمن التأخير و التأرجح، و كمية الطاقة المصروفة في شبكة حساسات لاسلكية تعمل وفق المعيار 802.15.4 في الحالة التي تخرج فيها قسم من الحساسات عن العمل لفترات محددة. بينت النتائج أن بروتوكولات التحويل الهرمية تحقق أداء أفضل من حيث زمن التأخير و معدل النقل و كمية الطاقة المستهلكة من بروتوكول التحويل AODV، لكنها تعاني من فقد أكبر للحزم نتيجة انقطاع مسار التحويل الناتج عن تعطل الحساسات.
أدت كل من التكلفة المنخفضة و سهولة نشر شبكات الحساسات اللاسلكية إلى جعلها خياراً جذاباً للعديد من التطبيقات مثل تطبيقات مراقبة البيئة و التعقب في الزمن الحقيقي و الأمن و غيرها. و لكن في الواقع تتغذى عقد هذه الشبكات من البطاريات و تملك قيودا على الذاك رة , و عرض الحزمة المتاح , و القدرة على المعالجة, مما جعلها توصف بأنها شبكات ذات طبيعة مقيدة للموارد و هذا ما فرض مجموعة من التحديات على تصميم و أداء هذه الشبكات . إن سعة البطارية المحدودة في عقد الحساسات جعل موضوع استهلاك الطاقة بفعالية و كفاءة تحدٍ رئيسي في هذه الشبكات. لذا توجب على بروتوكولات التوجيه أن تستخدم الطاقة بفعالية بهدف إطالة عمر الشبكة . قمنا في هذه البحث بإجراء محاكاة لمجموعة من بروتوكولات التوجيه الهرمية و هي LEACH,SEP,DEEC,TEEN و تقييم أدائها مقارنة ببروتوكول النقل المباشر DT و ذلك في شبكات WSN المتجانسة و المتباينة باستخدام الماتلاب.

الأسئلة المقترحة

التعليقات
جاري جلب التعليقات جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
mircosoft-partner

هل ترغب بارسال اشعارات عن اخر التحديثات في شمرا-اكاديميا