تصميم بنية معالجة تفرعية من أجل الاستكشاف باستخدام الإشارة الصوتية في شبكات الحساسات اللاسلكية

The aim of the research is to design an energy efficient digital signal processing structure that is a suitable option for application in wireless sensor networks (WSN), which have limited power and processing resources as well as communication, the parallel concept is achieved at several levels. Based on the analytical approach in analyzing the problem into several detailed levels and evaluating the detailed elements with optimal selection for each stage. First, at the node level for hardware within the framework of convertible algorithms into structures by adding a structural modification for FIR based on the concept of parallel processing and Noble identities that achieve an increase in productivity and a reduction in the number of calculations. Then we implement the previous structure to achieve the functional structure of the filter bank for each node, secondly and at the network level in terms of design a local processing system that adopts the balanced distribution of calculation tasks required to perform spectral analysis of the audio signal by FFT for the application of exploration by sound signal in WSN. In other words, we assign a computing role to wireless sensor node for parallel calculation implementation of the application tasks, in order to reduce computation amount required to accomplish the necessary calculation tasks which produce reduction both the time and energy.  Functional testing of the developed structure in the first phase of the results has demonstrated the complete recovery of the audio signal with reduced calculation loads over time. It is preferred and important choice for implementing in resource-limited equipment such as the wireless sensing node in WSN. Subsequently, we obtained numerical results that demonstrate the reduction of parallel execution time versus the serial execution time of the FFT algorithm, which improves the performance of digital signal processing applications for WSN. Keywords: Wireless Sensor Network, Digital signal processing, Finite Impulse Filter, polyphase, Fast Fourier Transformation, Clustering.

هدف البحث إلى تصميم بنية معالجة تفرعية للإشارة الرقمية، تعد خياراً مناسباً للتطبيق في شبكات الحساسات اللاسلكية (WSN) التي تعاني من محدودية موارد الطاقة والمعالجة والاتصال، يتم فيها تحقيق المفهوم التفرعي على عدة مراحل بناء على المنهج التحليلي في تحليل المشكلة إلى عدة مستويات تفصيلية وتقييم العناصر التفصيلية واختيار الأمثل لكل مرحلة. أولاً على مستوى العقدة الواحدة بالنسبة للعتاد الصلب (Hardware) ضمن إطار الخوارزميات القابلة للتحويل إلى بنى، بإضافة تعديل بنيوي على مستوى المرشح FIR قائم على مفهوم المعالجة المتوازية ومتطابقات نوبل التي تحقق زيادة في الإنتاجية وتخفيضاً في عدد العمليات الحساب، ثم استخدام البنية السابقة لتحقيق بنية وظيفية لبنك المرشحات. ثانياً وعلى مستوى الشبكة من ناحية بناء منظومة معالجة محلية تعتمد التوزيع المتوازن لمهام الحساب اللازمة لإنجاز التحليل الطيفي للإشارة الصوتية بواسطة تحويل فوريير السريع من أجل تطبيق الاستكشاف باستخدام الإشارة الصوتية في شبكات الحساسات اللاسلكية، بمعنى آخر تخصيص وظيفة حوسبة لعقدة الحساس اللاسلكية تحت إطار التنفيذ الحسابي المتوازي لمهام التطبيق، بهدف تخفيض كمية الحساب وبالنتيجة الزمن والطاقة، وقد أثبت الاختبار الوظيفي للبنية المطورة ضمن المرحلة الأولى من النتائج تحقيق الاستعادة التامة للإشارة الصوتية مع تخفيض حمولة الحساب خلال وحدة الزمن، حيث من المفضل والمهم استخدامها في التجهيزات محدودة الموارد التي تعتمد بتغذيتها على البطاريات مثل عقدة التحسس اللاسلكية في WSN، لاحقاً حصلنا على نتائج عددية تثبت تخفيض زمن التنفيذ التفرعي بمقابل زمن التنفيذ التسلسلي لخوارزمية FFT مما يحقق تحسناً في أداء تطبيقات معالجة الإشارة الرقمية من أجل WSN.  الكلمات المفتاحية: شبكات الحساسات اللاسلكية، معالجة الإشارة الرقمية، المرشح محدود الاستجابة، تعدد الطور، تحويل فوريير السريع، العنقودية.