بررسی و مدل سازی کارایی شبکه های حسگر دما مبتنی بر نوسان ساز حلقه در fpgaها

با پیشرفت روزافزون تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی و همچنین پیچیده تر شدن طرح ها، مسائل مربوط به دما به یک گلوگاه در طرح های الکترونیکی تبدیل شده است و در نتیجه در سال های اخیر تمرکز بر این موضوع بسیار بیش تر از سال های گذشته شده است. به همین دلیل روش های مختلف مدیریت پویای دما ارائه شده است. برای اعمال بهینه ی این تکنیک ها، اندازه گیری دمای نقاط مختلف تراشه و تهیه ی یک نقشه ی دمایی دقیق از آن امری ضروری به شمار می رود. برای برآورده ساختن این هدف باید شبکه ای از حسگرهای دما طراحی شود. روش های مختلفی برای پیاده سازی حسگرهای دما و شبکه ای از آن ها در آرایه های منطقی برنامه پذیر میدانی (fpgas) وجود دارد. در این پژوهش پنج معیار شامل سربارهای مساحت، دما، توان و کارایی و دقت نقشه ی دمایی برای بررسی، مقایسه و ارزیابی کارایی شبکه های حسگر دما مبتنی بر نوسان ساز حلقه در تراشه یvirtex-5 معرفی و مدل سازی شده است. بر اساس این معیارها، شبکه ی حسگرهای دما که از شمارنده ی سیستم اعداد باقیمانده (rns) تشکیل شده است دارای کم ترین سربارهای مساحت، دما و توان نسبت به شمارنده ی دودویی می باشد. علاوه بر این، در این پژوهش یک حسگر دمای جدید ارائه شده است که نسبت به فشرده ترین حسگر موجود 25% مساحت کم تری اشغال کرده و حساسیت آن 2/72 برابر بیش تر از حساس ترین حسگر دمای ارائه شده تاکنون است. همچنین در این پژوهش کارایی شبکه های حسگر دما، شامل سربارهای مساحت، دما و توان و همین طور دقت نقشه ی دمایی آن ها به ازای تعداد طبقات نوسان ساز حلقه ی مرسوم و پیکربندی های شمارنده بررسی و مقایسه شده است. بر اساس آزمایشات انجام شده، نوسان سازهای حلقه با طول بیش تر دارای سربارهای دما و توان کم تر بوده؛ اما سربار مساحت و خطای نقشه ی دمایی حسگرهای مبتنی بر این نوسان ساز نسبت به نوسان سازهای با طول کم تر بیش تر می باشد. به منظور انتخاب بهترین پیکربندی شبکه ی حسگرهای دما، در این پژوهش یک معیار سنجش کلی پیشنهاد شده است. بر اساس آزمایش های عملی و ضریب کیفیت (qf) ارائه شده، در بین پیکربندی های مختلف شمارنده و نوسان ساز حلقه با طول یکسان، شبکه ی مبتنی بر حسگر دمای پیشنهادی دارای بهترین کارایی می باشد. همچنین بر این اساس شبکه ی متشکل از نوسان ساز حلقه ی سه طبقه ی مرسوم به همراه شمارنده ی rns بیش ترین ضریب کیفیت را در بین طول های 3 تا 31 طبقه ی نوسان ساز حلقه و پیکربندی های مختلف شمارنده دارا است. اگرچه طراحی شبکه ی حسگرهای دما در پروژه ها و طراحی های آگاه از دما نقش اساسی را ایفا می کند، اما این کار می تواند بسیار زمان بر باشد. مدل سازی معیارهای ارزیابی کارایی شبکه ها می تواند به طراحی آگاه از سربارهای شبکه و تخمین مقدار آن ها بدون نیاز به پیاده سازی شبکه کمک کند. برای این منظور در این پژوهش ابتدا بر اساس تعداد گیت های معکوس کننده یک مدل جهت برآورد مقدار تقریبی هر یک از معیارهای ارزیابی کارایی شبکه در حسگرهای مبتنی بر نوسان ساز حلقه ی مرسوم ارائه شده است. سپس این مدل ها بر اساس فرکانس نوسانات نوسان ساز حلقه بهینه سازی شده اند. نتایج اعتبارسنجی نشان می دهد که در fpga مورد آزمایش، مدل های پیشنهادشده از دقت خوبی برخوردار هستند.