در این پروژه علاوه بر تعریف شبکه روی تراشه و مزیت های آن بر سیستم روی تراشه نقش توپولوژی در شبکه روی تراشه بررسی می شود و توچولوژی های جدیدی معرفی می گردد. و نقش تاخیر و توان مصرفی را با توپولوژی های موجود در شبکه روی تراشه مقایسه می نماید.شبیه ساز xmulator یک شبیه ساز کامل ی محسوب می گردد که توپولوژی جدید(square)را از لحاظ تاخیر و توان مقایسه نموده و نشان میدهد که تاخیر کمتری داشته لذا هزینه ی کمتری را نیز خواهد داشت.

پیشرفتهای اخیر در زمینه سیستمهای mems ، حسگرهای هوشمند ، مخابرات بی سیم و همچنین الکترونیک دیجیتال ، امکان ساخت گره های حسگر کوچک ، کم مصرف و کم هزینه رافراهم می سازند که توانایی برقراری ارتباط به صورت بی سیم را نیز دارا می باشند. در حالت کلی هر گره از یکسری اجزای کلی تشکیل شده است که عبارتند از: واحد پردازش مرکزی، فرستنده و گیرنده رادیویی، منبع تغذیه . در این پروژه هدف اصلی ارتقا امنیت شبکه حسگر و حفظ انرژی می باشد که از پروتکل مسیریابی سلسله مراتبی و خوشه بندی جهت بهبود مصرف انرژی استفاده می گردد . در این پروتکل از 3 روش ترکیبی استفاده می کنیم که این موارد محدودیت های محاسباتی و مخابراتی شبکه های حسگر بی سیم را در نظر می گیرند که این روشها به قرار زیر می باشد : رمزنگاری جهت امن نمودن اطلاعات شبکه ، تکنیک خوشه بندی برای افزایش بهره وری انرژی و مکانیزم آشکارسازی خطا. در قسمت رمزنگاری داده ، گره سرخوشه یک کد شناسه و یک زمان منطقی مشخص به بسته های داده اضافه می کند و زمانیکه بسته داده به گره سینک می رسد ، گره سینک زمان منطقی را چک کرده و آن را با زمان خودش مقایسه می کند . در صورتیکه این دو مقدار برابر بودند به معنای این است که داده جدید ( fresh ) می باشد و پیام تغییر نکرده است یعنی حمله کننده ها به پیام دسترسی نداشته اند و در زمان رمز گشایی ،گره sink ( حسگرهایی با پهنای باند بالا که قدرت پردازش ، حافظه ، ظرفیت ارسال بالایی داشته و عمر باتری در آنها نسبت به دیگر گره های حسگری بیشتر می باشد ) این زمان منطقی را به وسیله کد شناسایی وابسته به آن در پیام پیدا می کند . قسمت دیگر پروژه حفظ انرژی شبکه هنگام مسیریابی می باشد که یک پروتکل مبتنی بر خوشه بندی با خوشه های تطبیقی است که در سیاست های خوشه بندی آن، فاصله ی گره ها از گره دریافت کننده نیز وارد شده است . این پروتکل، بر اساس فاصله ی گره ها از گره سینک به صورت عادلانه ای توزیع سرخوشه ها را در شبکه انجام می دهد . ایده ی اصلی این پروتکل این است که گره هایی که فاصله ی بیشتری از گره سینک دارند ، باید نسبت به گره های نزدیک به گره سینک ، کمتر به عنوان سرخوشه انتخاب شوند تا به وسیله آن اختلاف زیادی بین سطح انرژی یک گره نزدیک و یک گره ی دور بوجود نیاید. با اعمال این ایده ، اولا انرژی کل مصرف شده در شبکه کاهش می یابد و ثانیا بار این انرژی مصرفی به طور یکنواخت تری در بین گره های شبکه توزیع می شود و در نتیجه کارایی شبکه در مصرف انرژی افزایش خواهد یافت . هدف اصلی پروتکل های سلسله مراتبی ( مبتنی بر خوشه بندی ) در واقع به کارگیری یک روش مناسب جهت استفاده ی بهینه از منابع انرژی می باشد. پروتکل leach یکی از اولین پروتکل های سلسله مراتبی بود که برای شبکه های حسگر بی سیم معرفی شد و بسیاری دیگر از پروتکل ها بر مبنای آن طراحی شده اند. یک مساله ی مهم در طراحی شبکه های حسگر بی سیم و مخصوصا شبکه ها ی ریز حسگربی سیم wireless microsensor networks)) ، متعادل ساختن بار انرژی بین گره ها ی حسگر در شبکه است. اما پروتکل های سلسله مراتبی (مبتنی بر خوشه بندی ) مانند leach ، پروتکل ها ی معاصر و پیشین leach و پروتکل های مشتق شده از leach ، تاثیر فاصله ی گره های حسگر از ایستگاه پایه را در انرژی کل مصرف شده توسط شبکه در نظر نمی گیرند و این پارامتر را در سیاست های خوشه بندی خود وارد نمی کنند. از آنجاییکه ch بودن نسبت به non-ch بودن ، انرژی بسیار بیشتری را مصرف می کند، یک مشکل بالقوه در leach این است که این پروتکل برای احتمال ch شدن برای تمام گره ها مقدار انرژی یکسانی را مصرف می کند . حال آنکه، بر اساس مدل مصرف انرژی برای اجزای رادیویی ، در بهترین حالت، بر اساس مدل فضای آزاد ، مقدار انرژی لازم جهت راه اندازی تقویت کننده ی رادیویی یک گره (برای انتقال داده در طول کانال ) متناسب با مربع فاصله ی آن گره تا گره ی مقصد می باشد . در نتیجه، انرژی مورد نیاز یک ch با فاصله ی زیاد از ایستگاه پایه برای برقراری ارتباط با آن ممکن است آنقدر زیاد شود که یک ch نزدیک می تواند با مصرف همین مقدار انرژی، چهار دفعه ( و حتی بیشتر ) با ایستگاه پایه ارتباط برقرار کند . در leach بعد از گذشت چند دور از کارکرد شبکه ، تفاوت زیادی بین سطح انرژی گره های نزدیک به ایستگاه پایه و گره های دور از ایستگاه پایه خواهد بود برای کم کردن اختلاف مقدار انرژی مصرفی گره های مختلف شبکه و نیز کم کردن تعداد انتقال های زاید فوق، در این پروژه روش تقسیم شبکه بر اساس فاصله ارائه می شود که یک پروتکل مبتنی بر خوشه بندی با خوشه های تطبیقی است که در سیاست های خوشه بندی آن، فاصله ی گره ها از ایستگاه پایه نیز وارد شده است. این پروتکل، بر اساس فاصله ی گره ها از ایستگاه پایه به صورت عادلانه ای توزیع ch ها را در شبکه انجام می دهد . با اعمال این ایده ، اولا انرژی کل مصرف شده در شبکه کاهش می یابد و ثانیا بار این انرژی مصرفی به طور یکنواخت تری نسبت به leach در بین گره های شبکه توزیع خواهد شد و در نتیجه کارایی شبکه در مصرف انرژی افزایش خواهد یافت . در پروتکل پیشنهادی مراحل شکل گیری خوشه ها درست همانند leach است ولی روش انتخاب ch ها و پروتکل های mac با leach متفاوت اند، به گونه ای که ارتباطات کاراتری را از نظر مصرف انرژی، قابلیت اطمینان و تاخیر در شبکه میسر می سازند . پروتکل پیشنهادی ما شبکه را با در نظر گرفتن دوایری هم مرکز حول ایستگاه پایه ، به حلقه هایی هم مساحت تقسیم می کند و به هر حلقه بر حسب فاصله ی حلقه تا ایستگاه پایه ، تعداد خوشه ها ی متفاوتی ر ا تحمیل می کند. در حلقه ها ی نزدیک، احتمال ch شدن نسبت به حلقه های دور بیشتر است و در نتیجه تعداد ch ها در این حلقه ها بیشتر خواهد بود. بنابراین، با توجه به اینکه هر دو پروتکل (تقسیم شبکه بر اساس فاصله و leach ) در واحد زمان، مقدار داده ی یکسانی را به ایستگاه پایه انتقال می دهند، نتیجه می گیریم که پروتکل پیشنهادی کیفیت شبکه را از این نقطه نظر کاهش نمی دهد و می توانیم به طور عادلانه این دو پروتکل را باهم مقایسه کنیم. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که با مصرف انرژی یکسان توسط شبکه به ازای این دو پروتکل ، پروتکل ما بسته های بیشتری را نسبت به leach به ایستگاه پایه انتقال می دهد و در نتیجه مقدار داده ی بیشتری را به ازای واحد انرژی بدست می دهد. اما با توجه به اینکه اندازه ی خوشه ها در پروتکل پیشنهادی متفاوت است، باید در آینده تمهیداتی را برای تغییر مکانیزم ترکیب داده در خوشه های مختلف اتخاذ کنیم در این پروژه یک الگوریتم توزیع کلید رمزنگاری به صورت امن روی شبکه حسگر بی سیم که خوشه بندی شده است ، استفاده می شود . هر سنسور با یک کلید رمز نگاری که به صورت امن در اختیارش قرار می گیرد ، پیام ها را رمزگذاری کرده و ارسال می کند . بعد از گذشت مدتی از فعالیت شبکه برای افزایش ضریب امنیت شبکه ، کلید های رمزنگاری جدید در سطح شبکه توزیع می گردد. این کلیدها به وسیله کلید عمومی و تابع f در داخل خود حسگرها تولید می شود و آگهی ایجاد کلید جدید به وسیله ایستگاه مرکزی در سطح شبکه توزیع می گردد. گره های حسگری در ابتدا داده ها را بر اساس الگوریتم blowfish رمزنگاری می کند که سبب ارسال داده به صورت ایمن می شود و سپس داده رمزنگاری شده را به gateway ارسال می کنند. مزیت این تکنیک آن است که مخابره را ایمن می سازد و نسبت به دیگر الگوریتم های رمزنگاری ، انرژی کمتری را نیاز دارد . بعد از کامل شدن یک دوره ، سینک کلید جدید را با استفاده از تابع شبه تصادفی f تولید می نماید و آن را به gateway می فرستد. کلید دوره جدید به وسیلهgateway به حسگرهای خوشه ارسال می شود. بنابراین در این پروسه مخابراتی ،کلید برای هر دوره به وسیله گره سینک به صورت دینامیک تغییر می کند. یک رمزنگاری بلوکی متقارن می باشد که یک کلید رمز یکسان را برای هر دو مرحله رمزنگاری و رمزگشایی به کار می برد و داده ها را در بلوک های 8 بایتی رمزنگاری می کند و یک کلید با طول متغیر از 32 بیت ( 4 بایت ) تا 448 بیت ( 56 بایت ) استفاده می کند. زمانی که کارایی الگوریتم های رمزنگاری متقارن متفاوت بررسی می شود ، این نکته مشخص می شود که الگوریتم aes ، الگوریتم بسیار سریعی بوده اما نیازمند حداقل 800 بایت فضای حافظه برای جدول مراجعه می باشد. الگوریتم des نیز جدول مراجعه بزرگی نیاز دارد و توان عملیاتی اش بسیار ضعیف می باشد. بنابراین یک رمزنگاری بلوکی غیر ایمن است . rc6 یک الگوریتم کوچک است اما نسبت به blowfish کند می باشد. در نهایت در این پروژه از الگوریتم blowfish استفاده می شود.

با توجه به افزایش تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه که هر 18 ماه تقریبا دو برابر میشوند وجود تراشه های پیچیده تری که کارایی بالاتری داشته باشند احساس میشود. به همین علت شبکه های روی تراشه از جذابیت خاصی برخوردار هستند. در میان همبندی ها، همبندی مطلوب است که قطر کمتری داشته باشد تا بتواند سریعتر به مقصد برسد. با توجه به این نکته، همبندی بروجن که قطر آن با تعداد گره هایش رابطه لگاریتمی دارد همبندی مطلوب برای شبکه روی تراشه می باشد. همچنین با توجه به این که تاخیر کم و توان مصرفی پایین دو مولفه اساسی برای کارایی شبکه محسوب می شوند مسیریابی چندپخشی پیشنهاد می شود. لذا الگوریتمی جدید از مسیریابی چندپخشی که سبب کاهش این دو پارمتر میشود در این پایان نامه ارائه شده است و آن در همبندی دو بعدی بروجن پیاده سازی شده است. این روش بر اساس مینیمم مسیر است. در این الگوریتم، یکی از مقصدها به طور تصادفی انتخاب شده و علامت گذاری می شود. بسته به صورت تک پخشی مسیر یابی می شود تا به گره مقصد علامت گذاری شده برسد. در هر گام، تعلق داشتن گره فعلی و گره بعدی در پیام فعلی به سایر مسیرها بررسی میشود در صورتی که گره فعلی به مسیر خاصی تعلق داشت و گره بعدی در پیام فعلی متعلق به آن مسیر نبود پیام کپی می شود و آن مقصد علامت گذاری می شود. همین روش تکرار می شود تا تعداد پیام ها با تعداد مقصد ها برابر شود. در انتها مسیریابی تک پخشی با چندپخشی در شبیه ساز xmulator در فرکانس 2.5 گیگا هرتز، با پهنای فلیت 128، ماکزیمم رخداد شبیه سازی 15 میلیون و طول پیام های 32 و 64 فلیت مقایسه شده اند.

اخیرا پیشرفت های چشمگیری در تولید و ارائه سیم ها و سوئیچ های دیود الکترونیک مولکولی رخ داده است در این طرح ما پیشرفت ها را بررسی می کنیم و نشان می دهیم که چگونه دستگاههای مولکولی نشان داده شده شاید بتوانند ترکیب شوند تا منطق دیجیتالی کامپیوتری در مقیاس مولکولی را طراحی کنند . طراحی مربوط به سوئیچ های دیود یکسو کننده ی پالایش شده است و با سیم های ارائه شده اند ، با معرفی گروههای بین مولکولی شیمیایی که به سیم های مولکولی تغییر داده شده متصل هستند همخوانی شان افزایش داده شد . مکانیزم محاسبات کوانتومی اجرا شده اند تا برخی از خصوصیات الکتریکی سوئیچ های دیود مولکولی پیشنهاد شده را تشریح کنند . طراحی های ساختاری واضح برای گیت های and و or و xor نشان داده و از سیم های مولکولی و سوئیچ های دیود مولکولی ساخته شده اند . گیت های منطقی الکترونیکی مولکولی مبتنی بر دیود با هم ترکیب شده اند تا تمام جمع کننده الکترونیکی مقیاس مولکولی ایجاد کنند ، این طراحی ها به ساختار های مدار تک مولکولی رسانا مربوط هستند . تمام جمع کننده ها به علت کاربردی که در طراحی های cpu و aluها دارد ما را به این پنداشت که برویم طراحی مولکولی تمام جمع کننده که بتوانیم به کوچک سازی مدارات مجتمع کمک شایانی کند.

استفاده از شبکه های درون تراشه برای ارتباط دهی پردازنده ها و حافظه های سیستم های دارای چند پردازشگر باعث افزایش کارایی و مقیاس پذیری سیستمهای محاسباتی شده است. به همین دلیل مطالعه و ساخت شبکه های درون تراشه به عنوان اساس کار طراحی و ساخت تجهیزات با پردازش موازی اطلاعات شناخته می شود. در این راستا همبندی های متفاوتی برای سیستم های موازی پیشنهاد شده است. شبکه shuffle-exchange نیز به دلیل ویژگی های خاص خود مورد توجه میباشد. برای رسیدن به کارایی بیشتر در شبکه های روی تراشه می توان با تکیه بر همبندی ها، روش مسیریابی بهینه، وتغییر پارامترها، متناسب با نیاز کلی سیستم، به یک شبکه بهبود یافته دست پیدا کرد که علاوه بر تامین نیازهای اولیه سیستم قابلیت برقرار کردن ارتباط بین ادوات پردازشی شبکه با سرعت و قدرت پردازشی بالاتر نسبت به شبکه های متداول موجود را داشته باشد و یا با استفاده بهینه از بافر کردن تفکیک شده اطلاعات، اولویت بندی و ارسال برنامه ریزی شده، کیفیت ارسال اطلاعات (qos) را تضمین نماییم. در پژوهش انجام شده ارائه الگوریتم مسیریابی عاری از خطای جدید باعث بهبود کارایی سیستم از جمله تاخیر و توان عملیاتی سیستم شد، علاوه بر آن استفاده از همبندی غیرمستقیم موجب افزایش سرعت در ارسال اطلاعات گردید.

پیشرفتهای تحقیقاتی که در چند دهه اخیر در مباحث نانو و کوانتم صورت گرفته است اهمیت وکاربردی بودن آن ها را در طراحی مدارات معکوس پذیر و منطقی بیشتر کرده است. از طرفی با کاهش ابعاد مدارات و کاهش توان مصرفی، طراحی مدارات با محدودیت های بسیاری در استفاده از ساختارهای ارتباطی معمول روبرو است. جهت رفع این محدودیت ها در طراحی های اخیر گرایش به تلفیق ساختارهای جدیدی مانند ساختارهای کوانتمی و مدارات کلاسیک پیدا شده است. استفاده از ویژگی های کوانتمی نظیر موازی سازی، جمع آثار، درهم تنیدگی کوانتمی که همتای کلاسیک ندارند این حوزه را به منبع فیزیکی مهمی در بسیاری از محاسبات تبدیل کرده است. در این پایان نامه مدل سازی کوانتمی شبکه های میان ارتباطی چندسطحی مورد بررسی قرار گرفته است. ابزارهای محاسباتی کلاسیک می توانند الگوریتم ها و مدارات توصیف کننده آنها را مدل سازی کنند ولی شبیه سازی های کامپیوتری قادر به پیاده سازی موازی سازی های ذاتی الگوریتم های کوانتمی نیستند. با درنظر داشتن این نکات، هدف ما تعریف شبکه میان ارتباطی پروانه ای دو سویه و مقایسه آن با مدل پروانه ای یک سویه در حیطه کوانتم است. سپس به توصیف برخی از معیار های سنتز گیت های کوانتمی نظیر هزینه، عمق مدار، تأخیر، تعداد ورودی های ثابت وتعداد خروجی های مازاد می پردازیم که درحیطه شبکه های میان ارتباطی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند و تا کنون برای شبکه های کوانتمی مورد بحث و بررسی قرار نگرفته اند. در پایان، از شبیه سازی برای مدل سازی این راهگزین استفاده می کنیم و به بررسی ویژگی های حاصل از شبیه سازی آن می پردازیم. کلمات کلیدی : شبکه های میان ارتباطی چند سطحی، محاسبات کوانتمی، گیت کوانتمی، شبکه های یک سویه و دو سویه، هزینه گیت، میزان عمق، تأخیر در مدار، سلول کوانتمی، qca.

در دهه های گذشته با توجه به رشد روز افزون تکنولوژی، رویکرد noc برای اداره پیچیدگی های ارتباطات روی تراشه چاره ساز بوده است. تا به حال، تحقیقات گوناگون و وسیعی در این زمینه انجام گرفته، همبندی های مختلفی پیشنهاد شده، و پیشنهاداتی مانند سه بعدی سازی مدارات مجتمع برای بهبود کارایی یک تراشه داده شده است. از سوی دیگر، تکنولوژی نانو، یک رویکرد انقلابی در عصر حاضر بوده است، و کاربردهای فراوانی در بسیاری از زمینه های علمی و حتی زندگی روزمره دارد. در این پروژه، شبکه لانه زنبوری که از ساختار یک نانوتیوب الهام گرفته شده است، به عنوان یک همبندی در شبکه های روی تراشه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. این همبندی مزایایی دارد، مزایایی همچون: گره های شبکه درجه کوچکتری نسبت به شبکه توری دارند، و همچنین، با اینکه درجه کم شده است، تعداد گام هایی که برای ارتباط دور ترین گره ها برداشته می شود، زیاد نمی شود. توان مصرفی شبکه به خاطر درجه کوچک آن، کم است. همچنین، در سه بعدی سازی، تعداد لینک های عمودی کمتر آن از ازدحام و مصرف توان زیاد جلوگیری می کند. با شبیه سازی شبکه لانه زنبوری، مسیریابی آن، و مقایسه نتایج با شبکه توری، در این پروژه خواهیم دید که شبکه لانه زنبوری سه بعدی، با حفظ توان مصرفی یک شبکه توری، بهبود قابل توجهی در تأخیر و برون دهی شبکه توری ایجاد خواهد کرد. ما همچنین سه ترافیک یکنواخت، نقطه-داغ و ترانهاده را روی شبکه لانه زنبوری پیاده سازی، و نتایج شبیه سازی آنها را با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد.

امروزه استفاده گسترده ای از تکنولوژی cmos در طراحی و پیاده سازی مدارهای الکترونیکی می شود. به دلیل سرعت چشمگیر افزایش تعداد ترانزیستورها درون تراشه، کاهش ابعاد ترانزیستور ضروری می باشد.اما در این تکنولوژی چنین کاهشی در مقیاس زیرمیکرون به سادگی امکان پذیر نمی باشد.اتوماتای سلولی کوانتومی(qca) روشی جدید جهت طراحی مدارها بوده که قابلیت های فراوانی داشته و در زمینه نانوالکترونیک کارآمد می باشد. در این تکنولوژی? انتقال اطلاعات از طریق اندرکنش سلول های کوانتومی صورت می گیرد. البته مشکلاتی نیز بر سر راه این روش جدید وجود دارد.یکی از این مشکلات نرخ خطای بالای این تکنولوژی می باشد. در این تحقیق انواع نقص هایی که در مدارهای qca باعث ایجاد خطا در خروجی مدار می شود، بررسی می شود. در مرحله اول یک گیت به گونه ای طراحی می شود که در خروجی همیشه دو یک و یک صفر تولید می کند. بنابراین در حالت بدون خطا حاصل اکثریت مقادیر خروجی برابر با یک و مقدار and منطقی برابر با صفراست. در نتیجه در صورت وجود یک خطا در خروجی این مقادیر تغییر کرده حضور خطا مشخص می شود.در مرحله دوم یک جمع کننده طراحی می شود که دارای خاصیت حفظ پریتی می باشد. در این مدار نیز در صورت ایجاد یک خطا در خروجی? پریتی متغیرهای ورودی و خروجی با هم برابر نبوده? با تست مدار حضور خطا مشخص می شود.

منحنی مشخصه جریان نوری سلول ازطریق شبیه سازی بوسیله تابع گرین غیرتعادلی بدست آمد، با استفاده از نظریه فیزیکی تک ذره ای توانستیم پتانسیل فوتون تابشی بر روی همیلتون نانو لوله را با توجه به بر همکنش پتانسیل الکترومغناطیسی بدست آورده و میدان مغناطیسی تشعشع نوری در نظر گرفته شد. اثر اتصال با نواحی سورس و درین که نیمه هادی با ناخالصی زیاد می باشند، با استفاده از تابع سطحی گرین وفرمولهای انرژی خود بخودی محاسبه و سپس توان خروجی سلول به همراه چگالی حامل ها در کل سلول با دقت مناسبی محاسبه شد، اثرات تغییر طول بدنه سلول و تغییر زاویه تابشی خورشید بر منحنی مشخصه جریان نوری ودر پایان اثر تغییر ضخامت اکسید بر ماکزیمم بازده نوری،اثر تغییر دما بر جریان اتصال کوتاه،ولتاژمدار باز سلول ،جذب نوری سلول به همراه ضریب بازتاب نوری در طول موجهای مختلف تابشی بررسی شده است.

در این پایان نامه خطاهای مدارهای الکترونیکی آنالوگ بررسی می شود و خطای نرم، با استفاده از سیستم هوشمند، تشخیص می یابد. به همین منظور، از تبدیل موجک و برازش منحنی استفاده می شود و نشان داده خواهد شد که این روش، ویژگی های موثری را برای آموزش شبکه ی عصبی مصنوعی پدید می آورد.