مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۵
فهرست جداول
جدول ‏۲‑۱- انواع مختلف شفافیت در سیستم های توزیعی ]۱۱[ ۱۷
جدول ‏۲‑۲- نمونه ای از عمل های پایه در تراکنش ها ]۱۱[ ۲۵
جدول ‏۳‑۱- مقایسه سه الگوریتم MDX بنیادی ]۳۷[ ۶۶
فهرست نمودارها/ اشکال
شکل ‏۲‑۱- سیستم توزیع‌شده‌ای که به صورت میان‌افزار سازمان‌دهی شده است. لایه میان‌افزار روی چندین ماشین گسترده شده است و برای تمامی برنامه‌های کاربردی، واسط یکسانی را ارائه می‌دهد ]۱۱[. ۱۵

شکل ‏۲‑۲- نمونه ای از سیستم محاسباتی خوشه ای ]۱۱[ ۲۰
شکل ‏۲‑۳- یک معماری لایه ای برای سیستم های محاسبات توری ]۱۱[ ۲۲
شکل ‏۲‑۴- تراکنش تو در تو ]۱۱[ ۲۷
شکل ‏۲‑۵- نقش ناظر TP در سیستم های توزیعی ]۱۱[ ۲۸
شکل ‏۲‑۶- میان افزار به عنوان تسهیل کننده ارتباط در جامعیت برنامه کاربردی سازمانی ]۱۱[ ۲۹
شکل ‏۲‑۷- نظارت بر شخص در سیستم فراگیر حافظ سلامت الکترونیکی با بهره گرفتن از (الف) هاب محلی یل (ب) اتصال بی سیم دایمی ]۱۱[ ۳۴
شکل ‏۲‑۸- سازماندهی پایگاه داده شبکه حسگر که داده ها را (الف) فقط روی سایت اپراتور یا (ب) فقط روی حسگرها ذخیره و پردازش می کند ]۱۱[ ۳۶
شکل ‏۲‑۹- سهم کشورهای مختلف از شبکه های حسگر ]۱۰[ ۳۸
شکل ‏۲‑۱۰. توپولوژی شبکه برای خانه هوشمند ]۱۶[ ۳۹
شکل ‏۲‑۱۱. نفوذ شبکه های حسگر بیسیم در بازار ]۱۰[ ۴۳
شکل ‏۲‑۱۲- مدل نرون تک ورودی ]۲۳[ ۴۴
شکل ‏۲‑۱۳- مدل نرون چند ورودی ]۲۳[ ۴۶
شکل ‏۲‑۱۴- شبکه تک لایه با S نرون ]۲۴[ ۴۷
 ]۲۴[ ۴۷
شکل ‏۲‑۱۶- نمایی از لایه خروجی ]۲۳[ ۴۸
شکل ‏۲‑۱۷- مدل ساختاری شبکه ی MaxNet ]1[ 53
شکل ‏۲‑۱۸- مدل ساختاری شبکه ی کلاه مکزیکی که اتصالات فقط بری واحد i ام رسم شده ]۱[ ۵۵
شکل ‏۲‑۱۹- مدل ساختاری یک واحد از شبکه ی همینگ ]۱[ ۵۷
شکل ‏۲‑۲۰- مدل ساختاری شبکه همینگ ۵۸
شکل ‏۳‑۱ - : الگوریتم توزیع شده ریکارت و آگراوالا ۶۹
شکل ‏۳‑۲- چارت زمان بندی برای ۳ پروسه وقتی P1 می میرد ]۶۵[ ۷۳
شکل ‏۳‑۳- مشابه شکل ۳-۲، اما P1 زنده است ]۶۵[ ۷۴
شکل ‏۳‑۴- الگوریتم انحصار متقابل ارائه شده در ]۶۶[ ۷۵
شکل ‏۴‑۱- مثالی از الگوریتم متمرکز ]۷۱[ ۸۷
شکل ‏۴‑۲- مثالی از الگوریتم توزیع شده ۹۰
شکل ‏۴‑۳- الگوریتم حلقه نشانه ]۷۰[ ۹۲
شکل ‏۴‑۴- سه بعد شرکت کننده در رقابت ۹۷
شکل ‏۴‑۵- انتخاب یک بردار (درخواست) غالب ۱۰۰
شکل ‏۵‑۱- انواع مختلفی از ورودی های قابل نمایش ۱۰۳
شکل ‏۵‑۲- انواع مختلفی از خروجی های قابل نمایش ۱۰۴
شکل ‏۵‑۳- نمونه ای از اجرای مدل پیشنهادی با داده های فرضی ۱۰۵
شکل ‏۵‑۴- الگوریتم خواندن کلیه درخواست ها برای ناحیه بحرانی ۱۰۷
شکل ‏۵‑۵- الگوریتم خواندن درخواست هایی با حداقل برچسب زمانی و جواب داده نشده ۱۰۸
شکل ‏۵‑۶- آموزش شبکه عصبی در متلب ۱۰۸
شکل ‏۵‑۷- اجرای شبیه سازی و ثبت نتایج ۱۰۸
شکل ‏۵‑۸- بخشی از وزن های تنظیم شده بعد از آموزش شبکه ۱۰۹
شکل ‏۵‑۹- بایاس تنظیم شده بعد از آموزش شبکه ۱۰۹
شکل ‏۵‑۱۰- نمودار مقیاس‌پذیری مدل ارائه شده ۱۱۰
چکیده
در یک شبکه حسگر که یک سیستم توزیع شده فراگیر است، یکی از موارد مورد بحث همگام‌سازی ارتباطات است. یکی از عمده وظایف همگام‌سازی فرایند‌ها، انحصار متقابل است. الگوریتم‌های جدید ارائه شده در مقایسه با الگوریتم‌های قدیمی با عدالت بیشتری عمل می‌نمایند. در این پایان‌نامه یک مدل با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی رقابتی برای انحصار متقابل توزیع شده ارائه می‌دهیم. نشان داده می‌شود که برچسب‌های زمانی، زمان اجرا و دیگر پارامترهای موثر بوسیله شبکه‌های عصبی رقابتی پیش‌بینی شده و مدل می‌تواند بصورت تحلیلی مشکلاتی که در ناحیه بحرانی اتفاق می‌افتد را حل نماید. مدل می‌تواند با بهره گرفتن از روش‌های همینگ و هاپلفیلد به جهت پیش‌بینی اثرات آن شبیه‌سازی شده و نمودارهای سرعت و دقت آن مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گیرد. مدل شرح داده شده می‌تواند اطلاعات سیستم را کاهش دهد و با سیستم‌های یادگیری اولویت سازگار باشد. بنابراین، این امکان وجود دارد که با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی رقابتی بعنوان یک الگوی سیستم توزیع‌شده موارد قابلیت اطمینان، تحمل‌پذیری خطا و دسترسی به انحصار متقابل و مدیریت ناحیه بحرانی را بهینه نماییم. بنابراین روش جدید ارائه شده تحمل‌پذیری خطا را افزایش داده و الگوریتم‌های متمرکز و توزیع شده می‌توانند از آن استفاده نمایند و بر این اساس قابلیت اطمینان بیشتر می‌شود.
کلمات کلیدی: شبکه‌های حسگر، سیستم توزیع شده، ناحیه بحرانی، انحصار متقابل، شبکه عصبی رقابتی، شبیه‌سازی، مدل‌سازی
مقدمه
مقدمه
هر سیستمی که بر روی مجموعه‌ای از ماشین‌ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه‌ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر است، یک سیستم توزیع شده است. دسته‌ای از این سیستم‌ها، سیستم‌های فراگیر توزیعی هستند که بر خلاف سایر انواع دارای گره‌های ثابت و ارتباطات دایمی و با کیفیت نیستند. نمونه‌ای از سیستم‌های فراگیر توزیعی، شبکه‌های حسگر است که اغلب از تعداد زیادی گره برای برنامه‌های کاربردی نظارتی و اندازه‌گیری استفاده می‌شود. در سیستم‌های توزیع شده یکی از موضوعات مورد بحث همزمانی و همگامی است و بطور معمول نیز بحث‌ها بر سر همگامی منطقی فرآیندها بوده و بدنبال ترتیب اجرای درست فرآیندها می‌باشد. یکی از اصلی‌ترین فرآیندهای مورد اهمیت در بحث همگامی دسترسی فرایند‌های مختلف به متغیرهای یکسان و حافظه اشتراکی (ناحیه بحرانی) است که به انحصار متقابل معروف است. یکی از چالش‌های الگوریتم‌های ارائه شده در این زمینه بحث برقراری عدالت بین فرآیندها و عدم برخورد با بن‌بست و گرسنگی است. چالش‌های الگوریتم‌های ارائه شده در این زمینه یا روی توزیع خاصی کار نموده‌اند و یا تنوع‌پذیری مناسبی در برخورد با مسایل مختلف ندارند.
از آنجایی که شبکه‌های عصبی خود یک مدل غیرخطی و توزیع شده هستند. در این پایان نامه با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی رقابتی به حل مشکل دسترسی به ناحیه بحرانی و انحصار متقابل خواهیم پرداخت و با بهره گرفتن از مدل نمودن هر فرایند با یک سلول عصبی و هر منبع موجود در ناحیه بحرانی با یک منبع موجود در شبکه‌های عصبی سعی در حل انحصار متقابل در سیستم‌های توزیع شده را داریم. بدلیل نیاز به بودن تنها یک فرایند در ناحیه بحرانی و استفاده از شبکه‌های عصبی رقابتی، مدلی از این شبکه‌ها که تنها یک برنده داشته (شبکه بیشینه، کلاه مکزیکی و همینگ) در برابر خوشه‌بندها (نگاشت‌های خودسازمانده کوهنن و یادگیری چندی‌سازی برداری) مد نظر خواهد بود.در میان شبکه‌های رقابتی مدنظر، شبکه عصبی رقابتی همینگ بنابر کاربرد، نتایج و مقایسه‌های انجام شده در[۱,۲] انتخاب شده است. همچنین بحث‌های مربوط به تحمل‌پذیری خطا، قابلیت اطمینان، عدالت در دسترسی به ناحیه بحرانی را با توجه به مدل ارائه شده بحث خواهیم نمود.
برای بررسی میزان توانایی و مقبولیت روش ارائه شده سعی در استفاده کدهای داده‌ای موجود خواهد شد.کدهای داده‌ای استفاده شده حجم بالایی خواهند داشت و معیارهای ارزیابی تعداد نخ‌های همزمان و میزان نتایج بدست آمده به همراه میزان توابع فراخوانی شده مورد بررسی قرار می‌گیرد. تعداد دسترسی‌های به ناحیه بحرانی و تغییر در این تعداد دسترسی سعی در اثبات مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان روش خواهیم داشت.
برای تجزیه و تحلیل روش ارائه شده از توابع خطی و غیرخطی تولید شده بعنوان ورودی استفاده خواهد شد. معیار نمایش کارایی و مقبولیت روش ارائه شده مقایسه سرعت اجرا می‌باشد. البته در مقایسه سرعت اجرا بدلیل عدم دسترسی به معیار مناسبی برای اندازه گیری زمان‌های CPU از تعداد توابع فراخوانی شده در برابر تعداد درخواست‌ها برای دستیابی به ناحیه بحرانی در هر کدام از اجراها استفاده خواهد شد و معیار براساس آن تعریف می‌شود.
سیستم‌های توزیع شده
سیستم‌های توزیع شده را می‌توان گفت که از اتصال کامپیوترهای شخصی که در یک شبکه محلی قرار گرفته‌اند، به وجود آمده‌اند. تحقیقی که از اواسط دهه ۱۹۷۰ تا اوایل دهه ۱۹۹۰ ادامه داشت یک چارچوب مفهومی و مبنای الگوریتمی را ایجاد کرده که ثابت شده در هر کاری متشکل از دو یا تعداد بیشتری کامپیوتر متصل در یک شبکه (سیار یا ثابت، با سیم یا بی سیم، پراکنده یا فراگیر) هر مقداری را تحمل می‌کند. این گونه از آگاهی‌ها، نواحی بسیاری که بنیاد محاسبات فراگیر هستند را پوشش می‌دهد. به همراه این نوع سیستم‌ها مفاهیم زیر نیز مطرح شده‌اند]۳[:
ارتباط از راه دور: شامل لایه‌بندی پروتکل‌ها، صدا زدن رویه‌ها از راه دور، استفاده از اتمام زمان^[۱] و استفاده از آرگومان‌های انتها به انتها در قرار دادن عملیات‌ها^[۲].
تحمل پذیری خطا: شامل تراکنش‌های تجزیه‌ناپذیر^[۳]، تراکنش‌های توزیعی و تودرتو^[۴] و پروتکل two-phase commit (پروتکلی برای هماهنگی بین تغیرات در منابع بازیافتنی هنگامی که بیش از یک مدیر منبع توسط یک تراکنش استفاده می‌شود.)