فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 47، تابستان 1397)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 47، تابستان 1397)

  • ب - مهندسی کامپیوتر
  • تاریخ انتشار: 1397/05/16
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مریم مهاجر، مجتبی ولی نتاج * صفحه 91
    عملیات ضرب یکی از مهم ترین محاسبات مورد استفاده در انواع پردازش های سیگنال خصوصا صوت و تصویر محسوب می شود. با این حال، ضرب کننده ها به عنوان مدارهای دیجیتالی به خاطر وجود عوامل محیطی گوناگون مانند انواع نویزها مستعد تولید خروجی های نادرست هستند. در این مقاله، روشی جدید برای طراحی ضرب کننده ممیز- شناور 32بیتی ارائه می شود که می تواند با توجه به شرایط محیطی که در آن استفاده می شود، در دو مد کاری عادی یا تحمل پذیر اشکال عمل کند. در مد تحمل پذیر اشکال، با کاهش دقت محاسبات و قبول مقدار ناچیزی خطای محاسباتی در خروجی، بخشی از مدار اولیه آزاد شده و برای فراهم کردن محاسبات افزونه به منظور تشخیص یا تصحیح خطاهای ناشی از اشکال ها استفاده می شود. بدین روش، دو معماری ضرب کننده با قابلیت تشخیص یا تصحیح خطا پیشنهاد می شوند که در مد کاری تحمل پذیر اشکال، دارای قابلیت اطمینان مناسبی در برابر انواع اشکال های دائمی و گذرا هستند. نتایج پیاده سازی نشان می دهد که در مد تحمل پذیر اشکال به جای 23 بیت مانتیس اولیه، حفظ 13 بیت برای دست یافتن به ضرب کننده با قابلیت تشخیص خطا و حفظ 11 بیت برای دست یافتن به ضرب کننده با قابلیت تصحیح خطا، با سربار مساحت و توان قابل قبول که از 12% تا 26% خواهد بود و همچنین حفظ دقت مورد نیاز برای اکثر کاربردها، مناسب است.
    کلیدواژگان: دقت کاهش یافته، تحمل پذیری اشکال، تشخیص خطا، تصحیح خطا، ضرب کننده ممیز- شناور
  • علی نورالله *، نوشین بهزادپور صفحه 101
    این مقاله در حوزه ساختار لینکیج ها و حرکت آنها تدوین شده است. لینکیج مجموعه ای از پاره خط هایی است که از دو انتهایشان قابل اتصال به یکدیگر می باشند و کاربردهای فراوانی در مدل کردن بازوهای روبات دارند. تاکنون زبان خاص منظوره ای که تنها مختص لینکیج باشد، طراحی و یا گزارش نشده است. زبان های خاص منظوره نرم افزارهایی هستند که بالارفتن سطح تجرید، قابلیت درک بهتر، تسریع روند توسعه و نیاز به تلاش کمتر برای یادگیری دانش مربوطه از امتیازاتی است که فراهم می آورند. بنابراین مانند همه نرم افزارها مراحل تحلیل، طراحی، پیاده سازی، تست، نگهداری و پشتیبانی دارند. در این مقاله به طراحی یک زبان خاص منظوره برای بیان ساختار و حرکت لینکیج ها پرداخته می شود و سپس تحلیلی بر روی این زبان انجام خواهد شد. با استفاده از زبان خاص منظوره تعریف شده در این مقاله، محدودیتی در تعریف لینکیج های ساده از نظر تعداد وجود نخواهد داشت. همچنین با تعریف ماژول های حرکتی و ترکیب متوالی و موازی آنها حرکت نهایی لینکیج ها تولید می شود و با استفاده از امکانات زبان ارائه شده شرط های مورد نیاز برای شروع یا خاتمه هر یک از حرکت های نهایی تعریف می شود. به کارگیری این نوع نگرش در مدل سازی خاص منظوره، علاوه بر آن که موجب سهولت در تعریف ساختار لینکیج ها و تنوع در چگونگی تعریف اولیه آنها است، این امکان را فراهم می آورد که بتوان هماهنگی و همکاری چندین روبات برای انجام یک وظیفه واحد را توصیف و در مرحله بعد پیاده سازی نمود.
    کلیدواژگان: حرکت لینکیج زنجیره باز، زبان خاص منظوره، لینکیج زنجیره باز، مدل سازی خاص منظوره
  • حسین داودی، مهدی راستی * صفحه 111
    شبکه‏ های چندسطحی که شامل ماکروسل و فمتوسل هستند، منجر به افزایش ظرفیت شبکه و بهبود کیفیت سرویس‏های ارائه شده به کاربران در شبکه‏های سلولار می‏شوند. تخصیص زیرکانال مشترک بین کاربران سطوح مختلف، باعث ایجاد تداخل بین سطحی بین کاربران می‏گردد که به دلیل اولویت بالاتر کاربران ماکروسل، حضور کاربران فمتوسل نباید مانع دست‏یابی این کاربران به حداقل کیفیت سرویس خود شوند. در این مقاله یک روش کنترل توان و تخصیص زیرکانال در حالت فروسو و در دو سطح ماکروسل و فمتوسل مبتنی بر OFDMA با هدف بیشینه کردن مجموع نرخ کاربران فمتوسل‏ها، به نحوی که حداقل کیفیت سرویس برای همه کاربران ماکروسل و کاربران حساس به تاخیر فمتوسل‏ها رعایت گردد ارائه می‏دهیم. در سطح ماکروسل دو مسئله متفاوت را به صورت جداگانه در نظر می‏گیریم. مسئله اول با هدف بیشینه نمودن مجموع آستانه تداخل بین سطحی قابل تحمل برای کاربران ماکروسل و مسئله دوم با هدف کمینه کردن مجموع توان ارسالی ماکروسل بیان می‏شود. مسئله در سطح فمتوسل، با هدف بیشینه نمودن مجموع نرخ داده کاربران فمتوسل‏ها بیان می‏گردد. برای حل مسئله اول در سطح ماکروسل از الگوریتم مجارستانی که یک روش بهینه انتساب است استفاده می‏نماییم. همچنین برای حل مسئله دوم از یک روش مکاشفه‏ای برای تخصیص زیرکانال و از روش دوگان لاگرانژ برای کنترل توان استفاده می‏گردد. برای حل مسئله در سطح فمتوسل نیز ابتدا با استفاده از یک روش مکاشفه‏‏ای، تخصیص زیرکانال صورت می‏گیرد و سپس با استفاده از روش دوگان لاگرانژ که یکی از روش‏های حل مسایل بهینه‏سازی محدب است، کنترل توان صورت می‏پذیرد. در انتها عملکرد این روش با تحلیل نتایج حاصل از شبیه‏سازی بررسی می‏گردد.
    کلیدواژگان: شبکه‏ های چندسطحی، فمتوسل، کنترل توان و تخصیص زیرکانال، بهینه‏ سازی محدب، OFDMA
  • محمد کلانتری *، سکینه سهرابی، حمیدرضا رشیدی کنعان، حسین کرمی صفحه 121
    در این مقاله الگوریتم بهینه سازی جستجوی ابرکروی با استفاده از نظریه آشوب ارائه می شود که ضعف الگوریتم بهینه سازی جستجوی ابرکروی استاندارد، یعنی سرعت همگرایی و افزایش تعداد تکرار اجرای الگوریتم برای رسیدن به جواب بهینه را برطرف می¬نماید. در الگوریتم پیشنهادی، در گام ایجاد ذرات و گام جستجو، مقادیر حاصل از دو نگاشت چبیشف و لیبوویچ، جایگزین مقادیر تصادفی موجود در الگوریتم استاندارد می شود که این امر باعث بهبود نتایج حاصل از اجرای الگوریتم شده و انحراف معیار نتایج را کاهش می دهد. نتایج شبیه سازی بر روی توابع محک استاندارد نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی ضمن برخورداری از همگرایی سریع تر، دقت بیشتری نیز در یافتن جواب بهینه نسبت به الگوریتم جستجوی ابرکروی استاندارد و همچنین الگوریتم های بهینه سازی دیگر نظیر ژنتیک، ازدحام ذرات و الگوریتم جستجوی هارمونی دارد.
    کلیدواژگان: الگوریتم فراابتکاری مبتنی بر نظریه آشوب، الگوریتم جستجوی ابرکروی، مسئله بهینه سازی، نظریه آشوب
  • مرضیه داودآبادی فراهانی ، ناصر مزینی * صفحه 131
    یادگیری تقویتی، یکی از انواع یادگیری ماشین است که در آن عامل با استفاده از تراکنش با محیط، به شناخت محیط و بهبود رفتار خود می‎پردازد. یکی از مشکلات اصلی الگوریتم‎های استاندارد یادگیری تقویتی مانند یادگیری Q این است که نمی‎توانند مسایل بزرگ را در زمان قابل قبولی حل کنند. کسب خودکار مهارت ها می تواند به شکستن مساله به زیرمساله‎های کوچک تر و حل سلسله مراتبی آن کمک کند. با وجود نتایج امیدوارکننده استفاده از مهارت ها در یادگیری تقویتی سلسله مراتبی، در برخی تحقیقات دیگر نشان داده شد که بر اساس وظیفه مورد نظر، اثر مهارت ها بر کارایی یادگیری می تواند کاملا مثبت یا منفی باشد و اگر به درستی انتخاب نشوند می توانند پیچیدگی حل مساله را افزایش دهند. از این رو یکی از نقاط ضعف روش های قبلی کسب خودکار مهارت ها، عدم ارزیابی هر یک از مهارت های کسب شده می باشد. در این مقاله روش های جدیدی مبتنی بر خوشه بندی گراف برای استخراج زیرهدف ها و کسب مهارت ها ارائه می گردد. همچنین معیارهای جدید برای ارزیابی مهارت ها مطرح می شود که با کمک آنها، مهارتهای نامناسب برای حل مساله حذف می گردند. استفاده از این روش ها در چندین محیط آزمایشگاهی افزایش سرعت یادگیری را به شکل قابل ملاحظه ای نشان می دهد.
    کلیدواژگان: یادگیری تقویتی سلسله مراتبی، گزینه، انتزاع زمانی، مهارت، ارزیابی مهارت ها، خوشه بندی گراف
  • محمد ملاشاهی، مهری مهرجو *، مجید عبیری صفحه 142
    در این مقاله، راهکار واگذاری داده کاربران شبکه سلولی به فمتوسل و استفاده از فناوری ارتباط دوسویه هم فرکانس (IBFD) به منظور افزایش گذردهی شبکه و بهره وری طیفی پیشنهاد شده است. برای ارسال ترافیک کاربران به ماکروسل در مسیر فراسو، از واگذاری ترافیک به فمتوسل استفاده می شود. به عبارتی تمام یا بخشی از ترافیک کاربران به جای ارسال مستقیم به ماکروسل، ابتدا به فمتوسل ارسال شده و سپس به ماکروسل ارسال می گردد. همچنین فناوری IBFD که ارسال و دریافت هم زمان در یک باند فرکانسی را انجام می دهد نیز در فمتوسل به کار گرفته شده و چند حالت زمان بندی ارسال ترافیک پیشنهاد می گردد. علاوه بر این، تعداد و موقعیت بهینه کاربرانی که ترافیک داده خود را با IBFD یا بدون آن به فمتوسل واگذار می کنند تعیین می شود. نتایج شبیه سازی موید بهبود گذردهی شبکه به واسطه افزایش بهره وری فرکانس و کاهش توان مصرفی است.
    کلیدواژگان: فناوری IBFD، شبکه سلولی، فمتوسل، واگذاری داده
  • دادمهر رهبری، محسن نیک رای * صفحه 149
    شبکه های حسگر بی سیم دارای محدودیت هایی از قبیل توان پردازشی، منابع ذخیره سازی و تاخیر زمانی در انتقال داده ها به ابر می باشند. محاسبات مه به وسیله توسعه سرویس های ابری به لبه شبکه موجب کاهش ترافیک و تاخیر زمانی می شود و بنابراین این نوع شبکه ها در سیستم های بسیاری مانند مراقبت پزشکی، ابزارهای پوشیدنی، سیستم حمل و نقل و شهرهای هوشمند کاربرد دارد. تکنیک های زمان بندی وظایف در محاسبات مه از جمله مسایل NP-hard محسوب می شود. برنامه ها جهت اجراشدن به منابع نیاز دارند. ابزارهای لبه شبکه به حسگرها و ابر نزدیک بوده و دارای قدرت پردازشی لازم برای اجرای برنامه ها می باشند. هر ابزار لبه می تواند برای پیاده سازی سیاست های تخصیص منابع مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله، ما با ارائه یک روش مبتنی بر کوله پشتی بهینه شده با الگوریتم هم زیستی جانداران به تخصیص مناسب منابع به وظایف در شبکه های مه می پردازیم. روش پیشنهادی در شبیه ساز iFogsim به عنوان یک کتابخانه توسعه یافته از کلودسیم جهت پردازش مه پیاده سازی شده است. نتایج نشان دهنده بهبود در انرژی مصرفی، مصرف منابع و هزینه اجرای شبکه می باشد که روش پیشنهادی بهتر از روش کوله پشتی و الگوریتم پردازش به ترتیب ورود عمل نموده است.
    کلیدواژگان: الگوریتم هم زیستی جانداران، زمان بندی، کوله پشتی، محاسبات مه
  • ملیحه حبیبی *، علیرضا احمدی فرد، حمید حسن پور صفحه 157
    در این مقاله، یک روش افزایش تفکیک پذیری خودیادگیرنده پیشنهاد گردیده که از اطلاعات پیکسل های مجاور هر پیکسل برای تخمین ارزش آن پیکسل استفاده شده است. برای این منظور، دو هرم با تفکیک پذیری بالا و تفکیک پذیری پایین با اعمال متناوب الگوریتم های افزایش و کاهش نرخ نمونه برداری بر تصویر ورودی ایجاد می شوند که به عنوان مجموعه تصاویر آموزشی مورد استفاده قرار می گیرند. روش پیشنهادی با مدل سازی ارتباط بین وصله های تصاویر در سطوح متناظر دو هرم تفکیک پذیری بالا و تفکیک پذیری پایین با استفاده از رگرسیون بردار پشتیبان، به تخمین مقادیر جدید پیکسل ها در تصویر خروجی می پردازد. از بازنمایی تنک به عنوان ویژگی هر وصله در تصاویر هرم با تفکیک پذیری پایین استفاده شده است. در این مقاله، جهت کاهش تارشدگی پیکسل های لبه، ابتدا پیکسل های لبه و غیر لبه مشخص می شوند. سپس به ازای پیکسل هایی که در نواحی غیر یکنواخت قرار دارند، پیکسل های همسایه مورد استفاده قرار نمی گیرند. لذا در روش پیشنهادی، ارزش پیکسل های همسایه هر پیکسل در نواحی یکنواخت، مدل شده و در تعیین ارزش نهایی دخالت داده می شود. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داده که روش پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به سایر روش های مطرح شده در زمینه افزایش تفکیک پذیری تصویر از لحاظ کمی و کیفی داشته است.
    کلیدواژگان: افزایش تفکیک پذیری تک تصویر، بازنمایی تنک، پیکسل های همسایه، رگرسیون بردار پشتیبان، روش خودیادگیرنده، وصله های تصویر
|
  • M. Mohajer, M. Taghizadeh Firoozjaee * Page 91
    Multiplication is one of the important computations required for different signal processing applications especially regarding voice and image. However, the multipliers as digital circuits are susceptible to different environmental effects such as noises. In this paper, a new approach is proposed for designing a 32-bit floating-point multiplier which can operate in two operational modes, normal and fault-tolerant, dependent to the environmental conditions. In the fault-tolerant mode, by reducing the normal precision and accepting a negligible error in the output, a portion of preliminary circuit is released which is used for redundant computations in order to detect or correct errors. This way, two multiplier architectures with error detection or correction capability are proposed that have a beneficial reliability against different types of permanent and transient faults. The implementation results show that in the fault-tolerant mode, maintaining 13 bits instead of 23 bits for the mantissa will be enough to achieve an error detecting multiplier, and maintaining 11 bits will be enough to achieve an error correcting multiplier with acceptable area and power overheads (from 12% to 26%) while their precisions are enough for most applications.
    Keywords: Error correction , error detection , fault-tolerance , floating-point multiplier , reduced-precision
  • A. nourollah *, N. Behzadpour Page 101
    This research has been prepared in the field of linkage structures and their movements. A linkage is a set of line segments that can be interconnected via their ends, which exhibits numerous usages in modeling robot arms. To date, various domain-specific languages have been introduced in the field of robot movements. In spite that some of the capabilities of these languages combined with general-purpose languages can be used to describe and create the movements of these linkages and their structures, yet they cannot be considered domain-specific languages for explaining the linkages and their movements. The domain-specific languages are programs that raise the level of abstraction, the ability to understand better, accelerating the development and requires less effort to learn relevant knowledge that will provide the same advantages. So like all software, have levels such as analysis, design, implementation, testing, maintenance and support. Therefore, in this paper, we attempt to analyze and design a domain-specific language and describe and create linkage movements and their structures. By using this domain specific language, there is no limit to the definition of simple linkages in terms of it’s number. Also, by defining the modules and their sequential and parallel combinations, the final movements of the linkages are generated, and by using the features of the language, the terms needed to start or terminate each final movements are defined. Applying this kind of attitude to specific general-purpose modeling, in addition to providing ease in defining the structure of linkages and diversity in their initial definition, allows for the coordination and collaboration of multiple robots to perform a single task and then implemented in the next step.
    Keywords: The movement of open chain , domain specific language , open chain , domain specific modeling
  • H. Davoudi , M. Rasti * Page 111
    Heterogeneous networks, including macrocell and femtocell, cause to increase network capacity. Also, they improve quality of offers services to users in cellular networks. Common subchannel allocation among different tier users, make cross-tier interference among users. Since macrocell users have priority to femtocell ones, presence of femtocell users should not prevent macrocell users to access minimum quality-of-service. In this paper, a power control and subchannel allocation scheme in downlink transmission an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) based two tier of macrocell and femtocell is proposed, aiming the maximization of femtocell users total data rate, in which the minimum QOS for all macrocell users and femtocell delay-sensitive users is observed. In macrocell tier, two different problems are considered. The first problem aim to maximizing the total threshold of tolerable cross-tier interference for macrocell users and the second problem’s goal is minimizing the macrocell’s total transmission power. For the femtocell tier, maximizing the users total data rate is the objective. Hungrian method, an assignment optimization method, is used for solving the first problem in macrocell tier. Moreover, in order to solve the second problem a heuristic method for subchannel allocation is proposed and dual Lagrange method is used for power control. In addition, in order to solve the problem for femtocell tier, a heuristic method is used for subchannel allocation. Subsequently, a dual Lagrange method which is one of the convex optimization problem solver is used, so that we can control the power. Finally, an extend simulations are performed to validate the performance of the proposed method.
    Keywords: Heterogeneous networks , femtocell , power control, subchannel allocation , convex optimization , OFDMA
  • M. Kalantari *, S. Sohrabi, H. Rashidy Kanan, H. Karami Page 121
    A Hyper Spherical Search (HSS) optimization algorithm based on chaos theory is proposed that resolves the weakness of the standard HSS optimization algorithm including the speed of convergence and the sequential increment in the number of algorithm iterations to achieve the optimal solution. For this, in the particle initiation and search steps of the proposed algorithm, random values used in the standard algorithm are replaced with the values of two mappings, Chebyshev and Liebovitch, that makes the results of the proposed algorithm definite and decreases their standard deviation. The simulation results on the standard benchmark functions show that the proposed algorithm not only has faster convergence, but also acts as a more accurate search algorithm to find the optimal solution in comparison to standard hyper spherical search algorithm and some other optimization algorithms such as genetic, particle swarm, and harmony search algorithm.
    Keywords: Metaheuristic algorithm based on chaos theory , hyper-sphere search algorithm , chaos theory , optimization problem
  • M. Davoodabadi Farahani, N. Mozayani * Page 131
    Reinforcement learning is atype of machine learning methods in which the agent uses its transactions with the environment to recognize the environment and to improve its behavior.One of the main problems of standard reinforcement learning algorithms like Q-learning is that they are not able to solve large scale problems in a reasonable time. Acquiring skills helps to decompose the problem to a set of sub-problems and to solve it with hierarchical methods. In spite of the promising results of using skills in hierarchical reinforcement learning, it has been shown in some previous studies that based on the imposed task, the effect of skills on learning performance can be quite positive. On the contrary, if they are not properly selected, they can increase the complexity of problem-solving. Hence, one of the weaknesses of previous methods proposed for automatically acquiring skills is the lack of a systematic evaluation method for each acquired skill. In this paper, we propose new methods based on graph clustering for subgoal extraction and acquisition of skills. Also, we present new criteria for evaluating skills, with the help of which, inappropriate skills for solving the problem are eliminated. Using these methods in a number of experimental environments shows a significant increase in learning speed.
    Keywords: Hierarchical reinforcement learning , option , temporal abstraction , skill , skills evaluation , graph clustering
  • M. Mollashahi , M. Mehrjoo *, M. Abiri Page 142
    In order to increase throughput and spectral efficiency in a heterogeneous network including a macro and a femtocell, we propose a combined offloading with In-Band Full Duplex (IBFD) scheme in this paper. Traffic offloading to the femtocell is deployed to transmit network users traffic to a macrocell base station in the uplink. In other words, all or a part of the traffic is offloaded to the femtocell and then transmitted to the macrocell, while the rest of traffic is transmitted to the macrocell directly. In the femtocell, we deploy and investigate IBFD technology, i.e., simultaneous transmit and receive traffic in one frequency band. Furthermore, in order to improve throughput of the network, we propose several scheduling schemes to transmit traffic. Finally, optimal number and position of users who use IBFD or do not use it, are determined. We propose a heuristic solution to find optimal position of IBFD users. Simulation results verify the network throughput improvement and power consumption reduction.
    Keywords: technology , heterogeneous cellular network , femtocell , data offloading
  • D. Rahbari , M. Nickray * Page 149
    Wireless sensor networks have limitations such as processing power, storage resources, and time delay in data transfer to the cloud. The cloud computing by the development of cloud-based services to the edge of the network reduces traffic and delays, so these types of networks are used in many systems, such as medical care, wearable devices, transportation systems and smart cities. Task scheduling techniques in fog computing are considered to be NP-hard issues. Applications require resources to run. Network fog devices are close to the sensors and the cloud and have the required processing power to run the applications. Each fog device can be used to run resource allocation policies. In this paper, we present an optimized Knapsack-based method optimized by symbiotic organism search to allocate resources appropriately to tasks in fog network. The proposed method is simulated in the iFogsim as a developed library from Cloudsim for fog computing. The results indicate improvement in energy consumption, resource consumption, and execution cost of the network. The proposed method is better than FCFS and Knapsack methods.
    Keywords: Symbiotic organism search , scheduling , knapsack , fog computing
  • M. Habibi *, A. Ahmadyfard , H. hassanpour Page 157
    In this paper, we propose a self-learning single image super-resolution. In our proposed method, adjacent pixels information in smooth area is used. Low and high-resolution pyramids are built by applying up-sampling and down-sampling techniques on input image, as training data. In training phase, we apply support vector regression (SVR) to model the relationship between the pair of low and high-resolution images. For each patch in the low-resolution image, sparse representation is extracted as a feature vector. In this paper, in order to reduce the edge blurring effects, we first separate edge pixels from non-edge pixels. In the smooth area, because of the similar colors around the each pixel, the center pixel value is determined by considering the reconstructed adjacent pixels. Experimental results show that the proposed method is quantitatively and qualitatively outperform the competitive super-resolution approaches.
    Keywords: Single image upper-resolution , sparse representation , adjacent pixels , support vector regression , self-learning , patches