شماره ركورد
25304
شماره راهنما
COM2 696
عنوان
زمانبندي چند هدفه در محاسبات مه با استفاده از الگوريتم فراابتكاري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر - معماري سيستمهاي كامپيوتر
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
تاريخ دفاع
1404/06/29
صفحه شمار
92 ص .
استاد راهنما
محمدرضا خيام باشي
كليدواژه فارسي
اينترنت اشيا , محاسبات مه , زمانبندي كار , الگوريتم فراابتكاري تركيبي , مراقبت بهداشتي
چكيده فارسي
سيستمهاي مراقبت بهداشتي مبتني بر اينترنت اشي از حسگرهاي پوشيدني، دستگاههاي پزشكي و حسگرهاي محيطي براي جمعآوري دادههاي پزشكي استفاده ميكنند. اين سيستمها بايد خدمات بلادرنگ و با قابليت اطمينان بالا ارائه دهند، در حالي كه با چالشهايي همچون محدوديت منابع محاسباتي در لايه مه، ناهمگوني دستگاهها، تحرك بيماران و الزامات سختگيرانه كيفيت خدمات مواجهاند. از آنجا كه دستگاههاي اينترنت اشيا توان پردازش بالايي ندارند، وظايف بايد به لايههاي بالاتر با منابع بيشتر منتقل شوند. در اين شرايط، زمانبندي وظايف اهميت ويژهاي دارد؛ زيرا مسئلهاي NP-سخت محسوب ميشود و اغلب با فراابتكاري براي كاهش تأخير و بهبود كارايي حل ميگردد.
در اين پژوهش، يك سازوكار زمانبندي وظايف در محيط ابر–مه –اينترنتاشيا ارائه شدهاست كه به طور همزمان نيازمنديهاي تأخير پايين، مصرف انرژي بهينه،كاهش بار شبكه، پشتيباني از تحرك بيماران و اولويتبندي وظايف را برآورده ميكند. الگوريتم پيشنهادي روي چارچوب چهار لايه اينترنت اشياء، سينك، مه و ابر كه قابليت پشتيباني از تحرك بيماران را دارد، پياده شدهاست. دادههاي پزشكي بيمار شامل دماي بدن، اكسيژن خون، قند خون، ضربان قلب و فشار خون توسط دستگاههاي پزشكي جمعآوري ميشود. ابتدا سطح فوريت هر وظيفه محاسبه و وظايف در دو صف «ضروري» و «غيرضروري» دستهبندي ميشود. سپس هر صف با استفاده از روش جمع وزندار (WSM) و بر اساس بيشترين زمان پاسخگويي و سطح فوريت، مرتب ميشود. براي زمانبندي وظايف، يك الگوريتم زمانبندي تركيبي تطبيقي فراابتكاري براي مراقبت سلامتي(MHASH) با تغيير سازوكار تابع بررسي مرزي (Boundary Check) و تابع برازش وزندار با وزنهاي متفاوت تأخير و انرژي براي وظايف ضروري و غيرضروري و جريمه براي تخصيصهاي نامناسب به كار گرفته شدهاست. به منظور جلوگيري از گير افتادن در بهينههاي محلي، الگوريتم شاهين هريس با الگوريتم تبريد شبيهسازيشده با سازوكار هوشمند انتخاب همسايه تركيب شدهاست. وظايف ضروري در اولويت تخصيص به گرههاي مه قرار ميگيرند و وظايف غيرضروري با سازوكار فرصت طلبانه بسته به ظرفيت گرههاي مه، بين مه و ابر توزيع ميشوند. الگوريتم پيشنهادي در محيط iFogSim و در دو حالت بدون تاخير صف و با تاخير صف شبيهسازي و تابع دما در الگوريتم تبريد به سه حالت نمايي، خطي و لگاريتمي پيادهسازي شدهاست. عملكرد هر حالت به طور جداگانه با الگوريتمهاي كاهش و تعادل اصلاح شده آگاه از تحرك (MobMBAR) و الگوريتم تخصيص منابع و زمانبندي وظايف اولويتدار(PTS-RA) و شاهين هريس(HHO) مقايسه شدهاست نتايج نشان دادهاست كه تأخير كلي(Latency) در الگوريتم پيشنهادي با دماي نمايي، خطي و لگاريتمي تا 10.2% در حالت بدون صف و 13.6% در حالت با صف كاهش يافتهاست. همچنين، انرژي مصرفي تا 73.9% در حالت بدون صف و تا 47.1٪ در حالت با صف و بار شبكه تا 57.8% در حالت بدون صف و تا 63.7٪ در حالت با صف كاهش يافتهاست.
كليدواژه لاتين
Internet of Things , Fog Computing , Task Scheduling , Hybrid Meta Heuristic , Health Care
عنوان لاتين
Multi-Objective scheduling in Fog computing Using Metaheuristic Algorithm
گروه آموزشي
مهندسي معماري كامپيوتر
چكيده لاتين
Healthcare monitoring systems based on the Internet of Things (IoT) utilize wearable sensors, medical devices, and environmental sensors to collect medical data. These systems must provide real-time and highly reliable services while facing challenges such as limited computational resources in the fog layer, device heterogeneity, patient mobility, and strict Quality of Service (QoS) requirements. Since IoT devices lack sufficient processing power, tasks must be offloaded to higher layers with greater resources. In this context, task scheduling plays a vital role, as it is classified as an NP-hard problem and is often solved using metaheuristic approaches to reduce latency and improve performance.
In this research, a task scheduling mechanism is proposed for the IoT–fog–cloud environment that simultaneously addresses the requirements of low latency, optimal energy consumption, reduced network load, patient mobility support, and task prioritization. The proposed algorithm is implemented on a four-layer IoT, sink, fog, and cloud framework capable of supporting patient mobility. Medical data such as body temperature, blood oxygen, blood sugar, heart rate, and blood pressure are collected by medical devices. First, the urgency level of each task is calculated, and tasks are classified into two queues: “critical” and “non-critical.” Each queue is then ordered using the Weighted Sum Model (WSM), based on maximum response time and urgency level. For scheduling, a Meta-Heuristic Adaptive Hybrid Scheduler for Healthcare (MHASH) is introduced, which modifies the boundary check mechanism and employs a weighted fitness function with different weights for latency and energy in critical and non-critical tasks, as well as penalties for invalid allocations. To avoid local optima, Harris Hawks Optimization (HHO) is hybridized with Simulated Annealing (SA) using an intelligent neighbor selection mechanism. Critical tasks are prioritized for allocation to fog nodes, while non-critical tasks are distributed opportunistically between fog and cloud nodes depending on available capacity. The proposed algorithm is simulated in the iFogSim environment under two conditions: without queuing delay and with queuing delay. The SA temperature function is implemented in three variants: exponential, linear, and logarithmic. Each case is compared with Mobility-aware Modified Balance and Reduction (MobMBAR), Priority-based Task Scheduling and Resource Allocation (PTS-RA), and baseline HHO algorithms. Results demonstrate that overall latency is reduced by up to 10.2% without queuing delay and up to 13.6% with queuing delay. Energy consumption decreases by up to 73.9% without queuing delay and up to 47.1% with queuing delay, while network load is reduced by up to 57.8% without queuing delay and up to 63.7% with queuing delay.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
149768
نويسنده