آمار
| تعداد نشریات | 14 |
| تعداد شماره‌ها | 688 |
| تعداد مقالات | 7,127 |
| تعداد مشاهده مقاله | 11,301,522 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 10,261,534 |
تحلیل مصرف انرژی و ارزیابی رمزنگاری سبک در سامانه آبیاری هوشمند مبتنی بر CoAP برای باغ‌های کیوی استان گیلان | ||
| مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 مهر 1405 | ||
| نوع مقاله: گزارش کوتاه علمی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2026.24253.3828 | ||
| نویسندگان | ||
| مهدی صادق زاده* 1؛ امیرحسین حسینی خطبه سرا2 | ||
| 1گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران. | ||
| 21. دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی کامپیوتر ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات ، تهران ، ایران. | ||
| چکیده | ||
| چکیده سابقه و هدف: استان گیلان به‌عنوان یکی از قطب‌های اصلی تولید کیوی در کشور، با چالش‌هایی نظیر مصرف بالای انرژی، مدیریت غیربهینه منابع آبی، و فقدان زیرساخت‌های فناورانه در سامانه‌های آبیاری سنتی مواجه است. مطالعات تطبیقی نشان می‌دهند که بهره‌وری انرژی در باغات کیوی این استان، به‌مراتب پایین‌تر از استان مازندران و حتی استان شانشی در کشور چین گزارش شده است. در این پژوهش، یک سامانه آبیاری هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا برای باغ‌های کیوی شهرستان تالش در استان گیلان طراحی و شبیه‌سازی شد. هدف اصلی این پژوهش، ارتقای تصمیم‌گیری در آبیاری و بررسی تأثیر مصرف انرژی در دو حالت رمزنگاری سبک و بدون رمزنگاری و همچنین تحلیل انرژی ویژه در دو حالت با آبیاری و بدون آبیاری هوشمند است. مواد و روش‌ها: در این پژوهش، یک سامانه آبیاری هوشمند تحت فشار(قطره ای)، مبتنی بر پروتکل CoAP در بسترContiki 2.7 (یک پلتفرم سبک و متن‌باز برای دستگاه‌های کم‌منبع، شامل گره‌هایی با محدودیت در انرژی، حافظه و توان پردازشی، در حوزه اینترنت اشیاء و شبکه‌های حسگر بی‌سیم) طراحی و شبیه‌سازی شد. در این سامانه، الگوریتم بازگشتی پیش‌فرض CoAP برای مدیریت ارتباطات استفاده شد و میزان انرژی مصرفی گره‌های حسگر در دو سناریو مختلف مورد (رمزنگاری و بدون رمزنگاری) سنجش قرار گرفت. هدف اصلی، ارزیابی امکان افزودن رمزنگاری سبک بدون ایجاد سربار قابل‌توجه در مصرف انرژی بوده است. نتایج این پژوهش می‌تواند در جهت توسعه سامانه‌های کشاورزی کم‌مصرف، ایمن و سازگار با نیازهای اقلیمی مناطق شمالی کشور، به‌ویژه استان گیلان، مورد استفاده قرار گیرد. در گام نخست، یک شبکه حسگر بی‌سیم متشکل از گره‌های سنجش طراحی گردید که وظیفه جمع‌آوری پارامترهایی نظیر رطوبت خاک، دما و نور محیط را بر عهده داشتند. این گره‌ها از طریق پروتکل CoAP در قالب شبکه مش ، داده‌ها را به دروازه هوشمند منتقل کرده و سپس به سرویس دهنده مرکزی ارسال می‌نمودند. صحت انتقال داده‌ها در مراحل اولیه راه‌اندازی سیستم مورد بررسی قرار گرفت تا ارتباط پایدار میان حسگرها و سرویس دهنده برقرار گردد. پروتکل CoAP به‌طور خاص برای دستگاه‌های با منابع محدود طراحی شده و با فشرده‌سازی اندازه بسته‌ها در لایه UDP، امکان ارتباط مؤثر را فراهم می‌سازد. در ساختار پیام CoAP ، سربرگ ۳۲ بیتی شامل فیلدهایی مانند نسخه (V) و طول توکن (TKL) قرار دارد که به کاهش بار ارتباطی کمک می‌کند. در شبیه‌سازی آبیاری قطره ای هوشمند یک باغ کیوی 12ساله (16 درخت ودر دو ردیف) به طول جغرافیایی E91291/48 و عرض جغرافیاییN 03909/38، سامانه ای طراحی شده است که شامل یک شبکه متشکل از هشت حسگر رطوبت خاک (5 متر به 5 متر در عمق 30 سانتی متری در شبیه سازی)، یک حسگر اندازه‌گیری سطح آب چاه و یک روتر (گره دروازه یا مرکزی برای رابط بین حسگرها و سرویس دهنده مرکزی) می‌باشد. در این شبکه ، هر گره (حسگرهای اینترنت اشیاء) با فاصله ۵ متر از گره مجاور قرار گرفته است تا تعاملات میان حسگرها و روتر به‌صورت واقع‌گرایانه‌تری شبیه‌سازی شود. برای پیاده‌سازی پروتکل CoAP در این شبکه، به‌جای استفاده از Cupper(یک ابزار خط فرمان است که برای آزمایش و ارسال پیام‌های coap در سامانه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌شود) ، از node-coap (یک کتابخانه‌ی برنامه‌نویسی در محیط Node.js است که برای ساخت سامانه‌های فرستنده و گیرنده در ارتباطات سبک اینترنت اشیاء) به‌عنوان متقاضی پروتکل استفاده شده است node-coap .که بر پایه پلتفرم Node.js توسعه یافته، یکی از ابزارهای پرکاربرد در پروژه‌های اینترنت اشیاء بوده و برای مدیریت ارتباطات CoAP در سامانه‌های IoT به کار می‌رود. برای افزایش دقت شبیه‌سازی، داده‌های آب‌وهوایی به‌صورت بلادرنگ از طریق API سامانه OpenWeather دریافت شد. فرآیند آبیاری به‌صورت کاملاً خودکار و مبتنی بر رویداد اجرا گردید؛ بدین‌صورت که ابتدا گره سطح آب بررسی می‌کند که آیا آب کافی در منبع وجود دارد یا خیر. در صورت تأیید، داده‌های رطوبت خاک از تمامی حسگرها جمع‌آوری می‌شود. چنانچه میانگین رطوبت خاک کمتر از آستانه تعریف‌شده باشد، فرمانی جهت باز کردن شیر آبیاری صادر می‌شود. پس از پایان آبیاری، رطوبت مجدداً اندازه‌گیری شده و در صورت عبور از آستانه، سامانه آبیاری متوقف می‌شود. یافته‌ها: . بر اساس خروجی نتایج شبیه سازی آبیاری هوشمند ، توان مصرفی حسگرها در هر نوبت آبیاری ۱۰ دقیقه‌ای، به‌ترتیب برابر با 859709/4 میلی‌وات در حالت بدون رمزنگاری و863555/4 میلی‌وات در حالت رمزنگاری‌شده اندازه‌گیری شد. و با در نظر گرفتن عملکرد سالانه ۳۵۰۰۰ کیلوگرم در هکتار و آبیاری سالیانه 221 نوبت، انرژی ویژه سامانه در هر دو حالت تقریباً برابر با 976/2 مگاژول بر کیلوگرم به‌دست آمد. تحلیل توزیع توان مصرفی در حالت‌های مختلف گره‌های حسگر نشان داد که بیشترین سهم توان مصرفی مربوط به وضعیت دریافت (RX) بوده و پس از آن، حالت ارسال (TX) قرار دارد. افزودن رمزنگاری تنها افزایش اندکی در مصرف پردازنده و ارسال ایجاد کرد، در حالی که مصرف در حالت دریافت تقریباً بدون تغییر باقی ماند. نتیجه گیری: نتایج نشان داد که افزودن رمزنگاری سبک در سامانه‌های آبیاری هوشمند مبتنی بر CoAP، افزایش معناداری در مصرف انرژی ایجاد نمی‌کند و این افزایش در حدی نیست که بر عملکرد کلی سامانه تأثیر بگذارد. تفاوت میان توان مصرفی در حالت رمزنگاری و بدون رمزنگاری کمتر از یک درصد بوده و در بازه قابل‌قبول برای گره‌های کم‌منبع قرار دارد. این میزان اختلاف نشان می‌دهد که سربار محاسباتی ناشی از فرایند رمزنگاری بسیار محدود بوده و تأثیر آن بر چرخه‌های کاری حسگر ناچیز است. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از روش‌های رمزنگاری سبک در شبکه‌های حسگر بی‌سیم کشاورزی نه‌تنها امنیت ارتباطات و محرمانگی داده‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه بر کارایی انرژی تأثیر منفی نداشته و پایداری عملیاتی سامانه را نیز حفظ می‌کند. واژه‌های کلیدی: آبیاری هوشمند،باغ کیوی،CoAP، کشاورزی دقیق، مصرف انرژی | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| : آبیاری هوشمند؛ باغ کیوی؛ CoAP؛ کشاورزی دقیق؛ مصرف انرژی | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 7 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب