فهرست مطالب

رایانش نرم و فناوری اطلاعات - سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1403)

مجله رایانش نرم و فناوری اطلاعات
سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد علائی*، فهیمه یزدان پناه صفحات 1-11
    مصرف انرژی یکی از جدی ترین چالش ها برای به حداکثر رساندن طول عمر و پایداری در طراحی شبکه های حسگر بی سیم می باشد. خوشه بندی به عنوان یکی از روش های کنترل همبندی برای حفظ پایداری این شبکه ها می تواند به طور قابل توجهی کاهش مصرف انرژی را در پی داشته باشد. استفاده از روش های مختلف برای انتخاب سرخوشه ها یک چالش مهم در این حوزه تحقیقاتی به شمار می-رود. خوشه بندی همراه با متوازن سازی بار کاری برای گره هایی که به طور معمول بار کاری یکسانی ندارند، نیز به عنوان یک چالش مطرح می باشد. از این رو، یک روش خوشه بندی کارآمد می تواند موجب پایداری، تعادل بار و افزایش طول عمر در شبکه های حسگر بی سیم شود. در این مقاله، یک روش خوشه بندی گره ها برای شبکه های حسگر بی سیم با هدف متوازن سازی بارکاری و مصرف انرژی و درنتیجه، افزایش طول عمر شبکه، ارائه می شود. با لحاظ نمودن پارامتر های موثر در توازن بار گره ها، از قبیل انرژی سرخوشه و گره های خوشه، پایداری خوشه و مسافت انتقال داده، خوشه بندی را به نحوی انجام می دهیم که این توازن در شبکه باعث مصرف متعادل انرژی گره ها و افزایش طول عمر شبکه شود. نتایج ارزیابی های مختلف، کارآمدی روش پیشنهادی را در مقایسه با روش های دیگر، در افزایش و متوازن سازی طول عمر گره ها، نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شبکه های حسگر بی سیم، متوازن سازی بار کاری، بهینه سازی طول عمر، خوشه بندی
  • افسانه بنی طالبی دهکردی* صفحات 12-30
    اینترنت اشیا، شبکه ای از اشیا بوده که از طریق اینترنت به یکدیگر متصل می شوند. این فناوری، قابلیت ارتباط و تبادل اطلاعات را بین اشیا فراهم می آورد وسبب بهبود کیفیت زندگی افراد می شود. با این حال، در حالی که اینترنت اشیا از مزایای بسیاری برخوردار است، مسائلی همچون امنیت و حریم خصوصی اطلاعات و مصرف انرژی بالای حسگرها، همچنان یک موضوع مورد بحث دراین شبکه ها است. دراین مقاله، یک معماری بهینه ترکیبی نوین با استفاده از معماری بلاک چین و شبکه های نرم افزار محور با نام " BlockC-SDOT" دریک سکوی رایانش ابری برای اینترنت اشیا ارایه شده است. این معماری نوین از ترکیب معماری بلاک چین مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات سهام و شبکه های نرم افزار محور با محاسبات ابری برای بهبود عملکرد و ایمنی اینترنت اشیا استفاده می کند. دراین معماری با استفاده از خوشه بندی شبکه و مدیریت کنترل هر خوشه توسط شبکه های نرم افزار محور، به صورت همزمان به هردو پارامتر میزان مصرف انرژی حسگرها و میزان کاهش تاخیر در شبکه اینترنت اشیا توجه شده است. برای افزایش امنیت، از الگوریتم دیفی هلمن و امضاهای دیجیتال استفاده شده است. برای بهینه سازی معماری، الگوریتم فراابتکاری نهنگ و الگوریتم صف بندی جکسون مورد استفاده قرارگرفته اند. برای ارزیابی کارایی معماری پیشنهادی، شبیه سازی هایی انجام شده است که به تحلیل پارامترهای مختلفی از جمله میزان تاخیر، عملکرد سی پی یو در حملات مختلف، توان عملیاتی، مصرف انرژی، نرخ ورود بسته ها، و پهنای باند در شبکه مورد نظر پرداخته است. این پارامترها با استفاده از روش پیشنهادی محاسبه ونتایج بدست آمده با نتایج حاصل از الگوریتم کلونی مورچگان (Ant Colony Optimization)، و الگوریتم ژنتیک (Genetic Algorithm)، مورد مقایسه قرار گرفته اند. به علاوه، میزان تاخیر در معماری پیشنهادی با نتایج حاصل از پروتکل های مسیریابی RPL(Routing Protocol) و CARP(Channel-aware Routing Protocol) مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند.درهردوزمینه، نتایج به دست آمده نشان دهنده برتری و کارآیی بیشتر رویکرد ترکیبی پیشنهادی نسبت به روش های موجود در این زمینه است.
    کلیدواژگان: اینترنت اشیا، بهینه سازی انرژی، امنیت، بلاک چین، شبکه های نرم افزار محور
  • سید محمدرضا موسوی، امیر باوفای طوسی* صفحات 31-45

    در دو دهه اخیر شناسایی دست نوشته یکی از چالش برانگیزترین زمینه ها در بینایی کامپیوتر بوده است، چراکه دستخط هر فرد با دیگری متفاوت بوده و تنها منبع اطلاعاتی چنین سیستمی، تصاویر دستخط می باشند. برای این چالش، معماری های متفاوتی بر مبنای در دسترس بودن داده های برچسب گزاری شده در مقیاس بزرگ ارائه شده است. در این پژوهش، یک معماری ترکیبی مبتنی بر روش های یادگیری عمیق، شبکه های عصبی بازگشتی کانولوشنی و شبکه های دروازه ای کانولوشنی بانام GCOCR ارائه گردیده است. در این معماری، ابتدا پیش پردازش داده ها با استفاده ازروش های لایه گزاری، رفع کجی حروف و افزایش تعداد نمونه ها انجام شده است، سپس لایه های ترکیبی کانولوشنی دروازه دار، توابع فعال ساز رلو، پولینگ و شبکه عصبی دوجهته معماری GCOCR را پیاده سازی می کنند. نتایج عملکرد این معماری بر روی دیتاست IAM حاکی از آن است که خطای حرف GCOCR، 6/8 % و خطای کلمه GCOCR، 4/2 % کمتر از قوی ترین پژوهش های مشابه می باشد.

    کلیدواژگان: شبکه های عصبی بازگشتی کانولوشنی، شبکه های عصبی کانولوشنی دروازه دار، افزونگی داده، یادگیری عمیق، شناسایی دستخط
  • سید مصیب عربی، امینه امینی*، هادی صبوحی صفحات 46-59

    یکی از چالش های مهم در یادگیری ماشین نیاز به داده های آموزشی زیاد می باشد که باعث می شود تا هزینه ها و زمان آماده سازی این داده ها افزایش پیدا کند. از سویی در برخی از موارد ممکن است داده های زیادی در دسترس نبوده و یا مسئله حریم خصوصی وجود داشته باشد. یادگیری بدون نمونه تعمیم یافته توانسته گزینه مناسبی در این شرایط بوده و کلاس های دیده شده و دیده نشده را پیش بینی نماید. با آنکه روش های مختلفی در این زمینه ارائه شده است اما دقت تشخیص کلاس های دیده شده و دیده نشده با چالش های مختلفی روبه رو می باشد. در این مقاله یادگیری بدون نمونه تعمیم یافته ترکیبی (H-GZSL) معرفی شده که توانسته باعث افزایش دقت طبقه بندی در یادگیری بدون نمونه تعمیم یافته شود. در روش پیشنهادی از دو روش طبقه بندی به طور هم زمان استفاده می شود که باعث شده تا دقت طبقه بندی نمونه ها در کلاس های دیده شده و دیده نشده افزایش پیدا کند. برای مواجهه با سناریو های مختلف و تناقض در طبقه بندی از یک ساز و کار اصلاح استفاده شده است. این ساز و کار کلاس پیش بینی شده دو روش را مقایسه و نمونه را در مناسب ترین کلاس طبقه بندی می نماید. روش پیشنهادی بر روی مجموعه داده های AWA2، SUN، aPY، CUB و FLOW مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی کلاس های دیده شده و نشده به طور جدا محاسبه و در نهایت میانگین هارمونیک طبقه بندی نمونه ها محاسبه گردید. روش پیشنهادی توانسته تا در مقایسه با روش های پیشین دقت میانگین هارمونیک را در مجموعه داده CUB و SUN افزایش دهد.

    کلیدواژگان: طبقه بندی، یادگیری بدون نمونه، یادگیری بدون نمونه تعمیم یافته
  • سارا معتمد*، فرزاد جولانی، الهام عسکری صفحات 60-72
    در طول زمان، پژوهش های متعددی برای خواندن شناسه ها و تشخیص پلاک خودرو انجام شده است. اما نکته قابل توجه در مطالعات قبلی این است که این تحقیقات معمولا توانایی یادگیری ساختارهای پیچیده در تصاویر را با دقت بالا ندارند. به این منظور در این مقاله از ظرفیت های بالای شبکه های عصبی عمیق برای یادگیری شناسه های پلاک خودرو استفاده شده است. مدل پیشنهادی در این مقاله شامل دو مرحله اصلی: برجسته سازی پلاک خودرو و خواندن شناسه است. در مدل پیشنهادی، بمنظور انتخاب بهترین محدوده از شبکه SVM استفاده شده است. پس از شناسایی محدوده پلاک باید کاراکترهای آن تشخیص داده شود. در این مرحله از شبکه عصبی همگشتی دروازه ای استفاده خواهد شد. مدل پیشنهادی بر روی دو مجموعه داده FZU Cars و Stanford Cars مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهند که این مدل نسبت به سایر روش های ارائه شده در هر دو مجموعه داده از دقت بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: تشخیص پلاک خوردرو، ماشین بردار پشتیبان، شبکه عصبی همگشتی دروازه ای، خواندن نویسه های پلاک
  • لاله آرمی، الهام عباسی*، محمدجواد عبادی صفحات 73-87

    کووید-19 یک ویروس جدید است که باعث عفونت دستگاه تنفسی فوقانی و ریه می شود. تصاویر رادیولوژیکی برای نظارت بر بیماری های مختلف ریوی بوده و اخیرا برای نظارت بر بیماری کووید-19 مورد استفاده قرارگرفته است که با هدف تشخیص زودهنگام و کنترل گسترش همه گیری بیماری به کار گرفته می شود. بیشترین تحقیقات در این حوزه، به مقالات مبتنی بر روش های یادگیری عمیق اختصاص داشته است. با توجه به مدت زمان آموزش و پیچیدگی محاسبات زیاد این روش ها، در این مقاله از اختلاط خبره ها مبتنی بر ماشین یادگیری سریع با شبکه میانجی آموزش پذیر (MEETG) استفاده شده است. در MEETG از مزایای ماشین یادگیری سریع برای طراحی ساختار اختلاط خبره ها استفاده شده است. فرآیند یادگیری ماشین یادگیری سریع بسیار سریع تر از ماشین بردار پشتیبان و پرسپترون چند لایه می باشد و قابلیت تعمیم بهتری را نسبت به آن ها دارد. در ادامه، از الگوهای پنج تایی محلی بهبودیافته به عنوان توصیف کننده بافت برای استخراج ویژگی و از MEETG به عنوان طبقه بندی کننده برای تشخیص شش نوع بیماری ریوی و افراد سالم استفاده شده است.برای ارزیابی مدل پیشنهادی، از پایگاه داده RYDLS-20 با نمونه های نامتعادل که حاوی تصاویر اشعه ایکس قفسه سینه متعلق به هفت کلاس شامل شش بیماری مختلف ریوی ذات الریه ناشی از ویروس ها (کووید-19، سارس، مرس و واریسلا)، باکتری ها و قارچ ها و همچنین ریه های سالم استفاده شده است. هدف اصلی، دستیابی به بهترین میزان تشخیص ممکن برای کووید-19 در بین انواع دیگر ذات الریه و ریه های سالم است. معیارهای دقت طبقه بندی، صحت، بازخوانی و معیار-F برای ارزیابی مدل پیشنهادی استفاده شده است. نتایج تجربی نشان داد که معیار-F برای تشخیص کووید-19 برابر با 0.897 و همچنین میانگین کل معیار-F و دقت به ترتیب برابر با 0.80و %97.07 می باشد. میزان بهبود میانگین کل معیار-F روش پیشنهادی در مقایسه با k- نزدیک ترین همسایه، درخت تصمیم، پرسپترون چند لایه و ماشین یادگیری سریع حدود 24%، 43% ، 37% و 20% و در مقایسه با روش های مبتنی بر یادگیری مرکب نظیر اختلاط خبره ها و کیسه ای حدود 0.19% است.

    کلیدواژگان: یادگیری مرکب، اختلاط خبره ها، توصیف گر بافتی
|
  • Mohammad Alaei *, Fahimeh Yazdanpanah Pages 1-11
    Energy consumption is one of the most serious challenges to maximize the lifetime and stability in the design of wireless sensor networks. Clustering as one of the methods of control of connectivity to maintain the stability of these networks can significantly reduce energy consumption. Using different methods to select cluster heads is an important challenge in this research area. Clustering with workload balancing for nodes that do not normally have the same workload is also a challenge. Hence, an efficient clustering method can lead to stability, load balancing and increased lifetime in wireless sensor networks. In this paper, a node clustering method for wireless sensor networks is presented with the aim of balancing workload and energy consumption and, as a result, increasing the network lifetime. By considering the effective parameters in the load balancing of nodes, such as the energy of the cluster head and cluster nodes, cluster stability and data transmission distance, we perform clustering in such a way that this balance in the network causes balanced energy consumption of the nodes and increases the network lifetime. The results of various evaluations show the efficiency of the proposed method in comparison with other methods in increasing and balancing the lifetime of the nodes.
    Keywords: Wireless Sensor Networks, Load Balancing, Lifetime Optimization, Clustering
  • Afsaneh Banitalebi Dehkordi * Pages 12-30
    The Internet of Things (IoT) is a network of objects interconnected via the Internet, enabling communication and information exchange among them to enhance the quality of human life. Despite its numerous advantages, IoT still faces challenges such as data security, privacy concerns, and high energy consumption of sensors. In this paper, a novel optimized hybrid architecture named "BlockC-SDOT" is proposed, leveraging blockchain and software-defined networking (SDN) architectures on a cloud computing platform for IoT. This innovative architecture combines a blockchain framework based on the Proof of Stake (PoS) consensus algorithm with SDN and cloud computing to enhance IoT performance and security. Through network clustering and cluster management via SDN, the architecture simultaneously addresses two critical parameters: sensor energy consumption and latency reduction in IoT networks. For enhanced security, the Diffie-Hellman algorithm and digital signatures are employed. Optimization is achieved using the Whale Optimization Algorithm (WOA) and the Jackson queueing model. To evaluate the efficiency of the proposed architecture, simulations are conducted to analyze various parameters, including latency, CPU performance under different attacks, throughput, energy consumption, packet arrival rate, and network bandwidth. These parameters are computed using the proposed method and compared against the results of the Ant Colony Optimization (ACO) and Genetic Algorithm (GA). Additionally, the latency of the proposed architecture is compared with the results obtained from RPL and CARP routing protocols. In both areas, the findings demonstrate the superiority and higher efficiency of the proposed hybrid approach over existing methods in the field.
    Keywords: Internet Of Thing, Energy Optimization, Security, Blockchain, Software Defined Network
  • Seyed Mohammadreza Mousavi, Amir Bavafa Toosi * Pages 31-45

    Handwriting recognition has been a highly challenging area in computer vision for the past twenty years. The main source of data for such systems is handwriting images, leading to the proposal of various architectures based on the availability of extensive labeled data. This study introduces a hybrid architecture called GCOCR, which utilizes deep learning methods and gated convolutional recurrent neural networks to intelligently recognize characters. The architecture incorporates pre-processing techniques such as padding, deslanting, and data augmentation. Additionally, it implements gated convolutional layers, ReLU activation functions, pooling, and a bidirectional neural network. The performance results of this architecture on the IAM dataset indicate that the character error rate (CER) of GCOCR is 8.6% lower and the word error rate (WER) of GCOCR is 2.4% lower than the strongest comparable research studies.

    Keywords: Convolutional Recurrent Neural Networks, Gated Convolution Neural Network, Data Augmentation, Deep Learning, Handwriting Recognition, Gated Convolutional Intelligent Character Recognition
  • Seyed Mosayeb Arabi, Amineh Amini *, Hadi Saboohi Pages 46-59

     One of the main challenges in machine learning is the need for extensive training data, which increases the cost and time required for data preparation. In some cases, there may be limited data available, or privacy concerns may arise. Generalized zero-shot learning (GZSL) offers a suitable option in such situations, enabling the prediction of both seen and unseen classes. Although various methods have been proposed in this field, accurately recognizing seen and unseen classes still presents multiple challenges. This paper introduces a hybrid generalized zero-shot learning (H-GZSL) approach, which improved classification accuracy in GZSL. The proposed method simultaneously utilizes two classification techniques, enhancing classification accuracy for both seen and unseen classes. To address different scenarios and resolve conflicts in classification, a correction mechanism is employed. This mechanism compares the predicted classes from the two methods and assigns the instance to the most appropriate one. The proposed method was evaluated on the AWA2, SUN, aPY, CUB, and FLOW datasets. The evaluation separately measured the performance on seen and unseen classes, and the harmonic mean of classification accuracy across these classes was calculated. Compared to previous methods, the proposed approach achieved an improvement in the harmonic mean accuracy on the CUB and SUN datasets.

    Keywords: Classification, Zero-Shot Learning, Generalized Zero-Shot Learning
  • Sara Motamed *, Farzad Jolani, Elham Askari Pages 60-72
    Over time, numerous studies have been conducted to read license plates and recognize license plates. However, it is noteworthy that these studies usually do not have the ability to learn complex structures in images with high accuracy. For this purpose, this paper uses the high capacities of deep neural networks to learn license plate identifiers. The proposed model in this paper includes two main steps: highlighting license plates and reading the ID. In the proposed model, the support vector machine (SVM) network is used to select the best range. After identifying the range of the license plate, its characters must be recognized. In this step, a gated convolutional neural network (GCNN) will be used. The proposed model is evaluated on two datasets, FZU Cars and Stanford Cars, and the results of the experiments show that this model has higher accuracy than other methods presented in both datasets.
    Keywords: Plaque Detection, Support Vector Machine (SVM), Gated Convolutional Neural Network (GCNN), License Plate Characters Reading
  • Laleh Armi, Elham Abbasi *, Mohammadjavad Ebadi Pages 73-87

    The covid-19 is a new virus that causes upper respiratory system and lung infections. Radiographic imaging is used to monitoring various lung diseases and has recently been used to monitoring covid-19 disease, which to detect early and control the outbreak of the disease. Most research in this field has been devoted to articles based on deep learning methods. Due to the high training and testing time of deep learning-based models, in this paper a mixture of ELM based experts with trainable gating network (MEETG) is used. In MEETG, the advantages of ELM are used for designing the structure of ME. The ELM learning process is faster than SVM and MLP and has a better generalizability than them. In continuation, ILQP has been used as texture descriptor for feature extraction and MEETG has been used as a classifier to diagnose six types of lung disease and healthy lung. To evaluate the proposed model, from the RYDLS-20 dataset with unbalanced samples containing chest X-ray images belonging to seven classes including six different viral pneumonia disease lung diseases (Covid-19, SARS, MERS and varicella), bacteria (Streptococcus), fungus (Pneumocystis) and healthy lungs. Our main aim is to achieve the best possible identification for Covid-19 among other types of pneumonia and healthy lungs. Evaluation measures consisting of accuracy, precision, recall, and F-Score have been used to evaluate the proposed model. The experimental results revealed that F-Score for detection of Covid-19 is equal to 0.897 and the average of the total F-Score and the classification accuracy is 0.80 and 97.07%, respectively. The average of total F-Score of the proposed method improves 24%, 43%, 37% and 20% compared with KNN, DT, MLP and ELM, and compared with ensemble learning based method such as ME and bagging is about 19%.

    Keywords: Ensemble Learning, Mixture Of Experts, Texture Descriptor