در این روابط پهنای باند بریلوین نامیده می شود که در یک فیبر تک مد استاندارد تقریبا MHZ35 می‌باشد [۱۹]. می توانیم طیف بهره و طیف فاز پراکندگی بریلوین برانگیخته را برای یک فیبر با ورودی پمپ CW رسم کنیم که در شکل (۵-۵) نشان داده شده است.

شکل (۵- ۵) رفتار رزونانس بهره بریلوین.
می توان نمودار طیف فاز را با بهره گرفتن از روابط KKR از نمودار طیف بهره بدست آورد. دو معادله دیفرانسیل (۵-۱۱) و (۵-۱۲) تا به حال به صورت تحلیلی و دقیق حل نشده اند و برای مشاهده رفتار پدیده پراکندگی بریلوین برانگیخته این دو معادله به صورت عددی حل شده اند. در اینجا ما می خواهیم با معرفی یک روش جدید جواب تحلیلی دقیق دو معادله (۵-۱۱) و (۵-۱۲) را بدست آوریم. در این روش ما ابتدا میدان الکتریکی را بر حسب فاز و توانش بیان می کنیم و معادلات (۵-۱۱) و (۵-۱۲) را برای فاز و دامنه جداگانه بازنویسی می کنیم و یک جفت معادله برای توان دو میدان و و یک معادله برای فاز میدان بدست می آوریم که قابل حل می باشند.
در ابتدا حالتی را در نظر می گیریم که افت توان پمپ فقط بخاطر تلفات فیبر باشد و از افت توان پمپ بخاطر انتقال توان به سیگنال صرف نظر می کنیم و جواب تقریبی را بدست می آوریم و در پایان را با بهره گرفتن از روش تحلیلی دقیق که در این فصل معرفی می شود بدست می آوریم و نتایج هر دو روش را با هم مقایسه می کنیم.
۵-۵-۱- جواب تقریبی معادلات دیفرانسیل جفت شده
در این بخش معادلات (۵-۱۱) و (۵-۱۲) را برای حالتی که از توان انتقالی پمپ به سیگنال صرف نظر کرده ایم حل می کنیم . با این فرض دو معادله (۵-۱۱) و (۵-۱۲) از هم مستقل شده و به صورت زیر بدست می آید:
(۵-۱۵)
در اینجا توان پمپ در خروجی فیبر به صورت می باشد. این جواب تا وقتی که توان انتقالی از پمپ به سیگنال قابل صرفه نظر کردن باشد معتبر می باشد یعنی برای توان های کوچکتر از توان آستانه معتبر می باشد. چنانچه توان پمپ به توان آستانه نزدیک باشد یا از آن بزرگتر باشد معادله (۵-۱۵) دیگر جواب صحیحی نمی دهد. در قسمت بعد جواب تحلیلی و دقیقی که بدست می آوریم برای هر توان ورودی از پمپ جواب صحیحی می دهد.
با بهره گرفتن از رابطه (۵-۱۵) می توانیم تابع انتقال فیبر را برای سیگنال بدست آوریم که به صورت زیر تعریف می شود:
(۵-۱۶)
(۵-۱۷)
(۵-۱۸)
در رابطه (۵-۱۶) عدد موج مختلط مربوط به پدیده پراکندگی بریلوین برانگیخته می باشد و رابطه (۵-۱۷) و (۵-۱۸) بترتیب طیف بهره و فاز پراکندگی بریلوین برانگیخته را می دهند. همانطور که در فصل سوم بیان شد سرعت گروه با بهره گرفتن از مشتق اول بدست می آید. در یک فیبر در حضور پدیده پراکندگی بریلوین برانگیخته از دو جمله تشکیل شده است، جمله خطی و عدد موج مختلط بریلوین :
(۵-۱۹)
برای بدست آوردن سرعت گروه از قسمت حقیقی نسبت به مشتق می گیریم و آن را عکس می‌کنیم. در رابطه (۵-۱۹) قسمت حقیقی با توجه به رابطه (۵-۱۶) متناسب با فاز تابع انتقال می بشاد که با جایگذاری آن در رابطه (۵-۱۹) داریم:
(۵-۲۰)
با گرفتن مشتق از رابطه (۵-۲۰) سرعت گروه به صورت زیر بدست می آید:
(۵-۲۱)
در اینجا می باشد. حال اگر از یک پمپ CW استفاده کنیم با جایگذاری رابطه (۵-۱۳) در رابطه (۵-۲۱) سرعت گروه به صورت زیر بدست می آید:
(۵-۲۲)
حال اگر بخواهیم تاخیر زمانی که پراکندگی بریلوین برانگیخته روی یک پالس ایجاد می کند را بدست آوریم باید اختلاف بین زمان عبور پالس از خلاء و فیبر را بدست آوریم:
(۵-۲۳)
که با جایگذاری رابطه (۵-۲۲) در رابطه بالا داریم:
(۵-۲۴)
اولین جمله رابطه (۵-۲۴) مربوط به زمان عبور پالس از فیبر بدون حضور پراکندگی بریلوین برانگیخته می‌باشد ولی جمله دوم مربوط به تاخیر زمانی پالس می شود که توسط پراکندگی بریلوین برانگیخته ایجاد شده است.
با توجه به رابطه (۵-۲۴) بیشترین تاخیر زمانی در مرکز طیف بریلوین ایجاد می شود که مقدار آن برابر است با:
(۵-۲۵)
۵-۵-۲- جواب تحلیلی و دقیق معادلات دیفرانسیل جفت شده
در این قسمت با توجه به رابطه بین توان و دامنه میدان ، ابتدا با بهره گرفتن از معادله‌های (۵-۱۱) و (۵-۱۲) معادله های دیفرانسیل جفت شده بر حسب و بدست می آوریم. سپس این دو معادله دیفرانسیل جدید را حل می کنیم و جواب های و را بدست می آوریم. بعد از آن معادله دیفرانسیل مربوط به فاز میدان الکتریکی سیگنال را بدست می آوریم و با بهره گرفتن از جواب های و رابطه ای برای فاز میدان سیگنال بدست می آوریم.
حال با توجه به رابطه بین توان و میدان الکتریکی که در بالا بیان شد ابتدا معادلات دیفرانسیل مربوط به توان سیگنال و پمپ را بدست می آوریم. اگر مشتق توان نسبت به مکان را بر حسب میدان بسط بدهیم به رابطه زیر می رسیم:
(۵-۲۶)
با جایگذاری معادله (۵-۱۱) در رابطه (۵-۲۶) داریم:
(۵-۲۷)
حال اگر رابطه (۵-۲۶) را برای بازنویسی کنیم و معادله (۵-۱۱) را در آن قرار دهیم خواهیم داشت:
(۵-۲۸)
حال می توانیم باتقسیم دو معادله (۵-۲۷) و (۵-۲۸) برهم، مشتق نسبت به z را حذف کرده و یک معادله برحسب و بدست آوریم:
(۵-۲۹)
در اینجا می باشد. معادله (۵-۲۹) یک معادله دیفرانسیل خطی مرتبه اول می باشد که با حل آن داریم:
(۵-۳۰)
در این رابطه C یک عدد ثابت می باشد و از Z مستقل می باشد. با بهره گرفتن از تابع لامبرت^[۶۵] و رابطه (۵-۳۰) می توانیم و را بر حسب همدیگر بیان کنیم.
(۵-۳۱)
(۵-۳۲)
در اینجا W تابع لامبرت می باشد.

سیگنال از انتهای فیبر (Z=L) و پمپ از سر فیبر (Z=0) اعمال می شود، بنابراین ما فقط شرایط مرزی و را داریم و شرایط اولیه نداریم و مقدار C را نمی توانیم با شرایط مرزی بدست آوریم.
حال اگر بخواهیم با بهره گرفتن از رابطه (۵-۳۲) مقدار را بدست آوریم بخاطر مجهول بودن C دو مجهول خواهیم داشت. می توان با تشکیل یک دستگاه دو معادله و دو مجهول(C و) و با بهره گرفتن از روش نیوتن- رافسون مقدار و C را بدست آوریم.
با بهره گرفتن از دو معادله (۵-۲۸) و (۵-۳۰) یک دستگاه شامل دو معادله و دو مجهول و C تشکیل می دهیم. با انتگرال گیری از رابطه (۵-۲۸) داریم:
(۵-۳۳)
با جایگذاری رابطه (۵-۳۱) در رابطه (۵-۳۳) و همراه با رابطه (۵-۳۰) دستگاه زیر را بدست می آوریم:

ـ دوره ۱۳۲۰ تا ۱۳۳۲ که اشغال ایران در این دوره صورت می‌گیرد. به دلیل اشغال ایران سرمایه‌گذاری‌های دولتی و روند مدرنیزاسیون رضاخانی دچار وقفه می‌شود و از آنجا که شهرها نماد مدرنیزاسیون بودند دچار مشکل می‌شوند. بخش کشاورزی در این دوره دچار رکود می‌شود. به‌دلیل رکود بخش کشاورزی مهاجرت‌های روستایی شروع می‌شود، به‌طوری‌که رشد سالانه شهری از ۶۵/۱ به ۷۲/۲ درصد رسید. در این دوره شاهد مهاجرت به خارج از کشور هم هستیم. روند در حاشیه قرارگرفتن بخش کشاورزی از این دوره شروع می‌شود.
از اواخر این دوره به دلیل تلاش‌ها و مساعدت دولت دکتر محمد مصدق، شهرها و روستاها از حالت رکود در حال خارج‌شدن هستند، برای نمونه تراز بازرگانی مثبت می‌شود. صادرات غیرنفتی افزایش می‌یابد. صادرات غیرنفتی ایران در سال ۱۳۳۱ به حدود ۵ میلیارد و ۸۲۳ میلیون ریال رسید، درحالی‌که واردات در همان سال ۵ میلیارد و ۲۰۶ میلیون ریال بود. درنتیجه ایران حتی توانست در حساب مبادلات غیرنفتی مازاد تجاری به‌دست آورد، اما متأسفانه به‌دلیل کودتا این روند ادامه پیدا نمی‌کرد.(کاتوزیان، ۱۳۸۷)

ـ در دوره ۱۳۳۲ تا ۱۳۴۰ درآمدهای نفتی افزایش می‌یابد. شهرنشینی با افزایش درآمد نفت روند صعودی را طی می‌کند. این موضوع حاصل تحول در الگوهای استخراج و تمرکز مازاد اقتصادی است، اما از نظر وسعت به اندازه‌ای نیست که باعث بروز همه‌جانبه مشکلات شهری شود. در این دوره شبکه شهری هنوز موزون است و میزان رشد سالانه جمعیت شهری به ۵۷/۴ درصد افزایش می‌یابد.
۱-۲-۱۷-۲ تحلیلی از روند شهرنشینی از سال۱۳۴۰ تا ۱۳۵۷
عوامل و مسائل زیادی در تحولات و روند شهرنشینی در این دوره مؤثر بودند. اقتصاد ایران در تقسیم کار بین‌المللی همانند کشورهای جهان سوم به شیوه تک‌محصولی سوق داده شده بود. اینبار نظام جهانی سرمایه‌داری شیوه دیگری را تجویز کردند و آن انتقال صنعت به کشور ایران بود. البته این صنعت پایه‌ای و مادر نبود، بلکه صنعتی بود که به جامعه سرمایه‌داری بهتر کمک می‌کرد تا حداکثر استفاده را از منابع و معادن کشور ایران ببرد. بنابراین صنایع مونتاژ و صنایعی که مواد اولیه را برای کشورهای صنعتی آماده می‌کردند درایران و عمدتاً در تهران مستقر شدند.(مشهدی،۱۳۷۴، ۵۲)
ازسوی دیگر با انجام اصلاحات ارضی، روابط سنتی تولید در روستاها از هم پاشید و چیزی جایگزین آن نشد. در این دوره اشتغال نیروی کار در بخش صنعت و خدمات افزایش پیدا کرد و در بخش کشاورزی کاهش یافت. بخش کشاورزی با رشد کم خود هر چه بیشتر به یک بخش حاشیه‌ای در کل اقتصاد تبدیل شد و اولویت توسعه به دیگر بخش‌های اقتصادی داده شد، برای نمونه اشتغال در برنامه سوم نسبت به برنامه دوم ۱/۶ درصد و در برنامه چهارم نسبت به برنامه سوم ۱/۸ درصد کاهش یافت. همزمان با موارد فوق کاربرد ماشین‌آلات در امر کشاورزی در سطح محدودتری باعث آزادشدن نیروی کار از فعالیت‌های کشاورزی و رانده‌شدن از زمین شد. از دیگر سو درآمدهای نفتی بیش از پیش در حال افزایش است. مازاد اقتصادی حاصل از نفت رابطه مستقیمی با میزان کار انجام شده در تولید آن ندارد، زیرا با اختصاص اندکی از نیروهای مولد یک اقتصاد نفتی به تولید نفت، حجم عظیمی از مازاد اقتصادی حاصل می‌شود. بخش عمده آن نه حاصل فعالیت تولیدی که حاصل اجاره نفتی است. از نظر تمرکز مازاد اقتصادی نفتی این مازاد در دست دولت متمرکز می‌شود، بدون اینکه بخش خصوصی در تمرکز آن سهمی داشته باشد. این مازاد سپس از طریق برنامه‌های عمرانی و بودجه‌های دولتی و اعتبارات، به بخش‌های دیگر اقتصاد انتقال می‌یابد و به سرمایه‌گذاری‌های مختلف تبدیل می‌شود. تحول در سه عامل مالکیت ارضی، وابستگی به اقتصاد پولی و مکانیزه‌کردن کشاورزی به‌تنهایی برای وسعت‌گرفتن مهاجرت به شهر کافی نیست. شهرها در این دوره مکان تحقق مازاد اقتصاد ملی هستند.
برنامه‌های عمرانی که بودجه آن از محل این مازاد تأمین می‌شد در آغاز صرف بهبود زیرساخت‌های شهر و بین شهری شد و در مرحله بعد صرف سرمایه‌گذاری‌های صنعتی گردید. گسترش زیرساخت‌های ارتباطی باعث رونق شهرها و گسترش زیرساخت‌های تأسیساتی و تجهیزاتی شد و کیفیت زندگی شهری را ارتقا داد. عوامل فوق سبب رونق فعالیت بخش ساختمان و افزایش انباشت سرمایه در این بخش شد. بدین‌ترتیب زمانی‌که عدم مهارت نیروی کار روستایی را از یک‌سو و رونق فوق‌العاده مشاغل ساختمانی را از دیگر سو در نظر می‌گیریم به یکی از عمده‌ترین علل مهاجرت نیروی کار از روستا به شهر پی خواهیم برد.
پیشرفت مناسبات سرمایه‌داری و انباشت سرمایه همه عوامل فوق را در یک یا دو شهر تشدید می‌کند. مقایسه رقم جمعیت تهران با دومین شهر در سه مقطع ۱۳۳۵، ۱۳۴۵و۱۳۵۵ به‌تنهایی بسیار گویاست و خود گواه این گرایش به تمرکز است. حاصل این تمرکز شدید، جابجایی نیروی کار از شهرهای کو چک و متوسط به شهرهای بزرگتر و متروپل است .در سال ۱۳۳۵ جمعیت تهران حدود ۵/۱ میلیون‌نفر و جمعیت تبریز ۲۸۰هزار نفر، اصفهان ۲۵۰ هزار نفر و مشهد ۲۴۰ هزار نفر اعلام شده است، که به ترتیب تهران ۵ برابر تبریز، ۶ برابر اصفهان و۵/۶ برابر مشهد جمعیت دارد. در سال ۱۳۴۵ تهران ۸/۲ میلیون نفر جمعیت داشت. این رقم برای شهرهای اصفهان، مشهد و تبریز، به ترتیب ۴۲۴،۴۰۹،۴۰۳ هزارنفر بوده است. در سال ۱۳۵۵ شهر تهران ۵/۴ میلون‌نفر جمعیت داشت. این رقم برای شهرهای مشهد، اصفهان، تبریز، به ترتیب ۶۶۷،۶۶۱،۵۹۷، هزار نفر بوده است.
اعداد فوق نمایانگر روند مهاجرت شدید به شهر تهران و پیشی‌گرفتن تهران از شهرهای پس از خود است. این مسئله خود اثرات زیانباری را بر شهر تهران گذاشته بود. یکی از بارزترین نمودهای مهاجرت از شهرها و روستاهای کوچک به تهران، گسترش حاشیه‌نشینی یا زاغه‌نشینی در اطراف تهران است. از سال ۴۵ تاکنون این روند ادامه دارد و باعث زایش و رویش قارچ‌گونه شهرک‌ها و زاغه‌ها در اطراف و بعضاً در شهر تهران شده است. در این دوره ۴۰۰ تا ۶۰۰ هزار نفر مهاجرت کرده‌اند. ۱۲۸۲ آبادی کشور یا از بین رفته‌اند یا خالی از سکنه شده‌اند. این کاهش جمعیت به نفع شهرهای بزرگ بوده است، برای نمونه در سال ۱۳۵۲،۲/۴۳ درصد جمعیت تهران را مهاجرین تشکیل می‌دادند. تعداد مهاجرین یک میلیون و ۵۲۳ هزار و ۶۶۴ نفر بوده که از نقاط مختلف کوچ کرده بودند.(وثوقی،۱۳۶۶، ۵۳)
بنابراین می‌توان گفت که محرک‌های اصلی مهاجرت در این دوره از یک‌سو اصلاحات ارضی و از دیگر سو افزایش چشمگیر درآمدهای نفت بود که  به بخش‌های شهری تزریق شده بود.
درباره شبکه شهری در این دوره می‌توان گفت در مقایسه با دوره (۱۳۰۰ تا ۱۳۴۰) از شکل کهکشانی خارج شده و به شبکه شهری زنجیره‌ای تبدیل شده است. در دوره قبلی هنوز یک کلانشهر اصلی که بتواند تمام فعالیت‌ها را به خود جذب کند شکل نگرفته بود. ارتباط ارگانیکی بین روستاها و شهرهای کوچک و بزرگ هنوز وجود داشت، اما از دهه ۴۰ به بعد به علت تمرکز شدید درآمدهای حاصل از نفت در تهران و چند شهر دیگر همگونی نسبی قبلی شبکه شهری از بین رفته و از نظر شکل به شبکه شهری زنجیره‌ای تبدیل شده است، به‌طوری‌که در این دوره دگرگونی و تغییرات در کل شبکه شهری به‌طور یکنواخت صورت نگرفته، بلکه صرفاً مکان‌های خاصی جاذب عملکرد جدید شده‌اند، درنتیجه شهرهای کوچک و متوسط عملکرد خود را از دست داده‌اند بدون اینکه عملکرد جدیدی به‌دست آورند، از این‌رو ارتباط ارگانیک منطقه با این‌گونه شهرها دچار گسست شد و ارتباط جدیدی بین مناطق مختلف و متروپل تهران از یک‌سو و شهرهای بزرگ دیگر برقرار شد که حاصل آن گسیختگی در شبکه‌های شهری محلی و در کل گسیختگی در شبکه شهری ایران بود.
۱-۲-۱۷-۳ شهرنشینی پس از انقلاب‌اسلامی
بازتاب فضایی انقلاب اسلامی و نتایج آن خیلی زود در فضای کالبدی و فضایی شهرهای ایران نمایان شد. مسائل و مبارزات سیاسی جریانات و مبادلات فکری و انقلابی، شهر را به کانون عمده این تحولات تبدیل کرد. روند رو به رشد جمعیت در شهرها که پیش از انقلاب آغاز شده بود همچنان و بعضاً با رشد بیشتر ادامه یافت. شروع و ادامه جنگ تحمیلی نیز این جریان را سرعت داد. ازسوی دیگر پس از انقلاب مشکلاتی نیز دامنگیر کشور شد؛ مشکلاتی چون کاهش درآمد حاصل از فروش نفت به دنبال تحریم اقتصادی و مشکلاتی که به سبب وجود موانع در واردکردن مواد اولیه قطعات و ماشین‌آلات مورد نیاز صنایع وابسته به‌وجود آمده بود. این مشکلات همه به گردش سرمایه و کالا در بخش‌های کشاورزی، صنعت و ساختمان لطمه وارد کرده و در بخش خدمات رواج پیدا کرده است. از دیگر سو شروع جنگ ایران و عراق زمینه را جهت مهاجرت جمعیت از مناطق جنگ‌زده به‌سوی نواحی دور از جنگ مهیا کرد. همچنین مهاجرت مهاجرین خارجی از کشورهای افغانستان و عراق نیز سرعت رشد شهرها را افزایش داد. افزایش زاد و ولد نیز به علت کنترل جمعیت و تبلیغات به رشد شهرنشینی بیش از پیش کمک کرد، برای نمونه رشد جمعیت در سال‌های ۶۵ ـ ۵۵، ۹/۳ درصد بوده است.
در سرشماری ۱۳۶۵ کل جمعیت کشور ۹/۴۹ میلیون‌نفر و جمعیت شهرنشین ۹/۲۶ میلیون بوده که ۵۴ درصد کل جمعیت کشور را تشکیل می‌داده است. این دهه به دلیل عبور جمعیت شهرنشین ایران از مرز ۵۰  درصد جمعیت کل کشور، به عنوان یک دهه مشخص در تاریخ ایران است.
از عوامل بارز این دوره افزایش جمعیت شهرهای پرجمعیت و فاصله‌گرفتن آنها از شهرهای با جمعیت متوسط کشور بود. هفت شهر بزرگ کشور به سرعت بر جمعیت خود افزودند و به‌موازات شهر تهران به کانون‌های عمده جمعیتی کشور تبدیل شدند. این عامل بر گسیختگی شبکه شهرهای ایران همچون پس از دهه ۴۰ کمک کرده است. شهرهای بالای صدهزار نفری به ۴۱ شهر افزایش یافت و شهرهای مشهد، اصفهان، تبریز، شیراز، اهواز، باختران و قم به همراه بقیه شهرهای بالای صد هزار نفری، عمده‌ترین جمعیت شهری را در خود جذب کردند. با این حال فاصله جمعیتی بین تهران و هفت شهر بزرگ زیاد بوده و از دیگر سو بین هفت شهر بزرگ و شهرهای پس از خود نیز فاصله زیادی وجود دارد. مجموعه دگرگونی‌های فضایی فوق بیانگر افزایش سریع وزن و سهم جمعیت شهری و نظام شهری است.
در سرشماری۱۳۷۰ سهم جمعیت شهری به کل کشور به ۵۷ درصد افزایش یافت و بقیه در روستاها ساکن بودند. تعداد شهرهای بالای یکصد هزار نفری به ۴۸ شهر و شهرهای میلیونی به ۴ شهر افزایش یافت. در مجموع رشد چشمگیری در نظام شهری نسبت به سرشماری ۱۳۶۵ احساس نمی‌شود، ولی روند رشد شهرنشینی با کاهش محسوس ادامه دارد. رشد جمعیت سالانه ۴ درصد در سال است که نسبت به سال ۶۵ کاهش یافته، ولی با این وجود افزایش جمعیت شهری در پنج سال ۱۳۶۵ تا ۱۳۷۰ به میزان تقریبی ۵ میلیون نفر، رقم قابل‌توجهی را نشان می‌دهد که می‌تواند مسائل و مشکلات شهرنشینی را مطرح کند. سهم شهرنشین استان‌ها در کل جمعیت شهرنشین کشور نیز نشان‌دهنده عدم‌تعادل در پراکندگی جمعیت شهرنشین در سطح ملی است. در کل کشور، استان تهران با ۲/۲۷ درصد جمعیت شهری سهم خود را همچنان افزایش داده است. شهر تهران به تنهایی ۳/۲۰ درصد جمعیت شهرنشین را به خود اختصاص داده است. استان‌های خراسان با ۶۳/۹ درصد، اصفهان ۶۹/۷ درصد، آذربایجان شرقی ۲/۷ درصد و خوزستان و فارس تقریباً ۶ درصد پس از تهران بیشترین جمعیت شهرنشین را به خود اختصاص داده‌اند. در این میان کهکیلویه و بویر احمد با ۴۷/۰ درصد و ایلام ۶۶/۰. درصد به ترتیب کمترین سهم را از جمعیت شهرنشین برخوردارند.
براساس سرشماری ۱۳۸۵ کل جمعیت کشور به ۷۰ میلیون و ۴۷۲ هزار و ۸۴۶  نفر رسید. سهم جمعیت شهرنشین کشور حدود ۴۸ میلیون و ۲۴۵ هزار و ۷۵ نفر بوده است، به عبارت دیگر ۶۸ درصد جمعیت شهرنشین و ۳۲درصد را جمعیت روستانشین تشکیل می‌داد. جمعیت شهرنشین سال ۸۵ نسبت به سال ۷۰، رشدی حدود ۱۱درصد را نشان می‌دهد که حاکی از مهاجرت روستانشینان به شهرهاست و افزایش ۵۲ درصدی شاغلین بخش خدمات در سال ۸۵  مؤید همین مسئله است. در این سال جمعیت شهر تهران حدود ۸ میلیون را نشان می‌دهد که نسبت به سال ۷۵ از رشد حدود ۱۵ درصد برخوردار است. شهرهای میلیونی به عدد ۶ می‌رسد: تهران، مشهد، اصفهان، تبریز، کرج، شیراز و اهواز. شهر تهران نسبت به گذشته فاصله خود را با شهرهای دیگر حفظ کرده است که حاکی از تسلط شهر تهران بر شبکه شهری ایران است.
نسبت جمعیت شهری به روستایی طی دهه ۱۳۷۵ تا ۱۳۸۵ در تمام استان‌ها روند افزایشی داشته است، اما این میزان در تعدادی از استان‌ها افزایش بیشتری را نشان می‌دهد. نسبت جمعیت شهری در استان‌های اصفهان، تهران، قم و یزد به‌ترتیب از رقم ۸۹/۲، ۲۳/۶، ۳۲/۱۰ و ۶۸/۲ در سال ۱۳۷۵ به ۹۹/۴، ۵۵/۱۰، ۴۵/۱۵ و ۹۳/۳ در سال ۱۳۸۵ افزایش یافته است.
شهرهای استان تهران ۶/۲۸ درصد مهاجران وارد شده طی دهه ۱۳۸۵-۱۳۷۵ به شهرهای کشور را به‌ خود اختصاص داده‌اند و شهرهای استان‌های خراسان رضوی و اصفهان با تفاوت قابل‌توجه با استان تهران با نرخ ۵/۷ و ۳/۷ درصد در رتبه‌های بعدی جذب مهاجران قرار دارند. استان‌های ایلام، خراسان جنوبی و خراسان شمالی پایین‌ترین جذب مهاجر را طی این دهه داشتند.
توجه به تحولات روند شهرنشینی، الگوی توزیع جمعیت شهری در کشور و استان‌ها از موضوع‌های قابل توجه و بررسی است. اگر چه بین شهر‌نشینی و توسعه انسانی همبستگی بالایی وجود دارد، اما رشد شتابان آن بدون برنامه‌ریزی و سیاستگذاری، پیامدهایی را در پی دارد. در سال ۱۳۸۵ شهرنشینی در کشورمان نسبت به سال ۱۳۳۵ بیش از دو برابر شده است. شهرنشینی امروز زندگی همه مردم را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.
کاهش جمعیت روستایی در کشورمان حاکی از این است که شهرنشینی در کشور به‌طور عمده نتیجه مهاجرت جمعیت بخصوص از مناطق روستایی به شهرهاست. کاهش مرگ‌ومیر کودکان در مناطق روستایی و بالابودن باروری زنان روستایی در چند دهه گذشته سبب افزایش طبیعی جمعیت در روستاها نسبت به شهرها شد.
نتایج این بررسی نشان می‌دهد رشد شهرنشینی در کشور ما دارای چند ویژگی عمده مانند شتابان، تمرکزگرایانه و ناشی از مهاجرت است. شهرنشینی با خود پیامدهای مثبت و منفی فراوانی دارد، بخصوص سهم الگوی شهرنشینی در این بین قابل‌توجه است. بروز مشکلات اجتماعی، حاشیه‌نشینی و بیکاری پنهان از نتایج گسترش بی‌حد و حصر جمعیت شهری است. با گسترش شهرهای بزرگ بویژه کلانشهرها، افراد در این شهرها با مشکلات متعددی روبه‌رو شده‌اند که از مشخص‌ترین آنها افزایش تقاضا و کمبود مسکن، ساخت‌وساز ناایمن، مشکلات زیست‌محیطی و آلودگی‌های مرتبط با آن است. مطالعه شهرنشینی جمعیت کشورمان نشان می‌دهد که عمده جمعیت شهری در شش کلانشهر که بیشتر شرکت‌های بزرگ، دانشگاه‌های مادر، کارگاه‌ها و کارخانه‌های تولیدی و امکانات عمده کشور را در برمی‌گیرد، متمرکز هستند.  به‌دنبال افزایش معضلات ناشی از رشد شهرگرایی و تمرکز در شهرهای بزرگ، شایسته است در روند برنامه‌ریزی‌ها به‌سوی شهرهای میانی و کوچک توجه شود و در این راستا برنامه‌ریزی‌های عمرانی منطقه‌ای به سود شهرهای کوچک یا میانه باشد، زیرا شهرهای بزرگ بیش از حد رشد کرده‌اند و باید سیاست‌های برنامه‌ریزی شده در راستای تمرکززدایی در کلانشهرها اجرا شود.
۱-۲-۱۸ شهر تبریز
۱-۲-۱۸-۱ نام و قدمت تاریخی تبریز- قبل از اسلام
«مسأله قدمت تبریز یکی از ابهامات تاریخ است. این سوال همیشه در ذهن نویسندگان و محققان و علاقمندان مسائل تاریخی بوده که آیا تبریز کنونی یکی از شهرهای قدیم آذربایجان است یا نه ؟». (نیکنام لاله ، ذوقی ، ۱۳۷۴، ۳۴)
«در حوادث و پیکارهای قدیم، نامی از تبریز دیده نمی شود. شاید در دوران های خیلی پیش، شهر قابل توجهی مثل امروز نبوده است. در بعضی نوشته ها، بنای اولیه ی این شهر را پس از بعثت « محمد» پیامبر بزرگ اسلام و یا در زمان خلیفان عباسی می دانند». (جوادی ، ۱۳۵۰، ۶۳)
وارتان تاریخ نویس ارمنی در قرن چهارده درباره این شهر چنین نوشته است : « …. تبریز را خسرو آرشاکی(اشکانی) حکمران ارمنی برای انتقام گرفتن از آرادمش (اردشیر) نخستین پادشاه دودمان ساسانی، قاتل آرتباخوس (اردوان) آخرین پادشاه پارت بنا کرده است». (همان، ۶۳)
«زمان پیدایش و موقعیت اولیه تبریز تاکنون مشخص نشده است. در منابع علمی و تاریخی به نظرات متفاوتی پیرامون این مسئله برمی خوریم. صرف نظر از اینکه بسیاری از منابع سده های میانه، بنای تبریز را مربوط به زبیده خاتون همسر هارون الرشید دانسته اند، مسئله پیدایش آن همواره محل بحث بوده است». (عون اللهی سید آقا، م زارع شاهمرسی ، ۱۳۸۹، ۴۱)
«حمدالله مستوفی از منشیان دستگاه خواجه رشیدالدین فضل الله در مورد تبریز (به نقل از جوادی، ۱۳۵۰، ۶۴) چنین نوشته :« … سال ۱۷۵ (۷۵۵ میلادی) زبیده خاتون همسر هارون الرشید خلیفه ی عباسی به تب نوبه مبتلا شد، چون هنگام اقامت در این شهر به وسیله ی پزشکان و در اثر لطافت هوا شفا یافت، این شهر را « تب ریز » نام گذاشته اند… دارالملک آذربایجان در ماقبل تاریخ مراغه و اکنون شهر تبریز است که پاکیزه ترین بلاد ایران است. حقوق دیوانی در آذربایجان در زمان سلجوقیان و اتابکان قریب ۲۰۰۰۰ تومان تبریز سه شهر است. تبریز از اقلیم چهارم است».
«در کتاب شاردن و مینورسکی نویسندگان مدعی شده اند که تراوا «تورا» و گابریس که بطلمیوس از آن یاد می کند همان تبریز است. منتها با گذشت زمان تغییراتی در آن رخ داده و حال به صورت تبریز درآمده است». (نیکنام لاله، ذوقی، ۱۳۷۴، ۳۵)
«با توجه به اینکه قدمت تاریخی تبریز به قبل از ظهور اسلام و سلسله ی ساسانی بدانیم، چون در اطراف این شهر، در دامنه ی سهند، چشمه های آب گرم ریزان و جوشان وجود داشته اند، ممکن است به این سبب اینجا را «تف ریز» ، «تب ریز» یعنی گرما ریز، گرما بیز نام داده باشند و یا همان طور که در بعضی از نوشته ها یاد شده، به سبب آتشکده ای که سابقاﹰ در این محل وجود داشته است «تف ریز» ، «تف بیز» نام گذاری کرده اند که در اثر گذشت زمان به تبریز تغییر یافته است». ( جوادی شفیع،۱۳۵۰، ۶۴)
«تاورینه و شاردن اکباتان قدیم ماد، و سبئوس مورخ ارمنی شهر کازا را به جای تبریز حساب کرده اند. گیز سفیر انگلیس که در ۱۲۱۶ ق. (۱۸۰۱ م.) همراه سرجان ملکم به ایران آمده بود، نوشته است که تبریز همان شهر قدیمی کازا است. تقریباﹰ چهل سال بعد از گیز، فلاندن که از طرف دولت فرانسه با ایران آمده بود، ضمن بحث از تاریخ باستان این گونه بیان کرده است که کسانی نام قدیم تبریز را به صورت کابریک، اکباتان و کازا ذکر کرده اند». (عون اللهی،۱۳۸۹، ۴۱)
«نادر میرزا می گوید : در نامه های باستانی نبشته اند ….. آذرآبادگان را اشکانیان فرو گرفتند …. تا اردشیر اردوان اشکانی را بکشت…. آذربایجان را به پادشاهی خود افزود و این به سال ۲۲۶ از میلاد بگذشته بود. با اندک فرصتی خسرو کبیر، آن ملک را از اردشیر ساسانی بستد و به سال ۲۵۳ میلاد شهر « داوریژ » را عمارت کرد». (نیکنام لاله، ذوقی، ۱۳۷۴، ۳۶)
«صاحب مرات البلدان می گوید : به سبب قریب المخرج بودن « د » و « ت » داوریژ تبدیل به تاوریژ و اندک اندک توریز گردید و چون اختلاف لغت عرب و عجم درجه ای کمال یافت «ژاوی» فارسی نیز «زای» عربی شد و در ذهن عامه توریز ماند و خواص «واو» را قلب «بباء» نموده و تبریز گفتند».(همان، ۳۵)
«فاوستوس مورخ ارمنی که حوادث سده چهارم میلادی را تا سال ۳۸۷ م. در اثرش آورده، جنگ شاهپور دوم ساسانی (۳۰۹- ۳۷۹ م.) را با واساگ سردار ارمنی در سال های ۳۷۵-۳۷۶ م در تبریز به تصویر کشیده است: …. پادشاه ایران با سپاهیان خود به ارمنستان و سپس آتروپاتنه هجومی ترتیب داد. ارتش ایران در تاورژ اردو زد. واساگ با سپاه دویست هزار نفری خود قرارگاه پادشاه ایران را در آنجا آتش زد. در آنجا تصویر پادشاه را یافته و با پیکان آن را درید». (عون اللهی،۱۳۸۹، ۴۲)
«آن چنان که معلوم است هیچ شهری به یکباره پدید نمی آید و شرایط اقتصادی و اجتماعی معینی برای پیدایش آن لازم نیست. شهرها با پیدایش طبقات و دولت به وجود می آیند. از قدیم شهرها در جاهایی مساعد برای دفاع در برابر دشمن ساخته می شدند». (همان ، ۴۳)
«تارویی- تارماکیس یا همان تبریزی که در کتیبه سارگون از آن نام برده شده، در محل کنونی یا کمی آن طرف تر قرار داشت. بدین ترتیب تبریز کنونی نخستین بار به شکل تارویی- تارماکیس ، بعدها در منابع عربی به صورت تبریز و تبریز، در منابع پارسی تبریز و در منابع پیش از میلاد به گونه تاوریژ و داورژ ضبط شده و در لهجه محلی آذربایجان به صورت تربیز آمده است». (همان ، ۵۰)
۱-۲-۱۸-۲ نام و قدمت تاریخی تبریز-بعد از اسلام
«تاریخ تبریز بعد از اسلام بر عکس قبل از اسلام مشخص و گویا است و نیازی نیست از زوایای تاریخ شواهدی گرد آوریم. تاریخ نویسان و محققین درباره تاریخ این شهر در اوایل سال های بعد از اسلام چیزی را درج نکرده اند. در سال اول هجری نامی از آن نبرده اند، شاید پس از ویرانی یا در همان حال، روستایی بی نام و نشان بیش نبوده و تا اواخر قرن دوم هجری شهرت و اهمیت نداشته است. والا چگونه می توان قبول کرد از جمیع شهرهای آذربایجان در این سال ها نام برده اند، ولی از تبریز سخنی نگفته اند». (نیکنام لاله، ذوقی، ۱۳۷۴، ۳۷)
«ولادبمیر مینورسکی نشان می دهد که نام تبریز به صورت کنونی در منابع عربی، در دوره حمله عرب ها به آذربایجان نیامده است. ولی در منابع عربی سال ۲۵ ق. (۶۴۵-۶۴۶م.) به نام تبریز برمی خوریم. در سال ۱۴۱ ه.ق (۷۵۸-۷۵۹م.) در زمان خلافت ابو جفعر منصور، تعداد زیادی از یمانیان به همراه یزید بن حاتم از بصره به آذربایجان کوچ کرده اند. رواد بن المثنی الازدی از یمانیان مهاجر، حاکم منطقه ای از تبریز تا بذ گشت. او تبریز را اقامتگاه خود کرد. زمانی که رواد به اینجا آمد، تبریز قصبه ای متوسط بود».(عون اللهی، ۱۳۸۹، ۵۱)
«در اوایل سده نهم میلادی دژی مستحکم در تبریز وجود داشت. بابک رهبر حرکات آزادیخواهانه علیه خلافت، در سنین شانزده تا هیجده سالگی به مدت دو سال در تبریز، به محمد بن الروادی الازدی خدمت کرد و در هجده سالگی نزد پدر رفت. در این زمان دژی استوار در تبریز بود. طبری در بحث از حوادث سال ۲۲۰ قمری (۸۳۵ م) بیان می کند که دو دژ به نام «تبریز» و «شاهی» در دست محمد بعیث از نسل روادیان بوده است».(همان ، ۵۱)
«در سال ۳۷۲ ه.ق مولف حدود العالم همانجا که اردبیل را قصبه و مراغه را شهر بزرگ آذربایجان معرفی کرده، تبریز را شهر کوچک نامیده است. تبریز در زمان معروفیت نداشته تا با شهرهای دیگر آذربایجان برابری کند تا اینکه در اواسط قرن چهارم شهر از معروفیت خاصی برخوردار می شود، تا جایی که جغرافی نویسان معاصر زبان به توصیف این شهر گشوده اند و در قرن پنجم و ششم صورت مستحکم تری به خود می گیرد». (نیکنام لاله، ذوقی، ۱۳۷۴، ۳۸)
«تبریز در عهد مغول و آن روزها که از حمد الله مستوفی لقب « قبله الاسلامی » گرفت، پایتخت کشور بود و بیش از پیش ترقی کرد، مردم از هر سوی بدانجا گرد آمدند و به بیرون شهر عمارت کردند، به مرتبه ای که بر هر دروازه زیادت از اصل شهر آبادانی پیدا کرد». (همان ، ۳۹)
اوج شکوفایی تبریز از زمانی شروع شد که این شهر به عنوان پایتخت ایلخانیان انتخاب شد. شهرتبریز در دوران تیموریان، قراقویونلوها و اوایل سلسله صفویه پایتخت ایران بوده است. تبریز در دوره قاجار شهر ولی عهد نشینی این سلسله بود و ولی عهدان سلسله قاجار در این شهر اقامت می گزیدند.
شهر تبریز از ابتدای حیات خود نقش مهمی را در رویدادهای منطقه ای ایفا کرده است؛ از مقابله با دشمنان خارجی همچون عثمانی و روسیه تا پیشگامی در انقلاب مشروطه و غیره.امروزه نیز شهر تبریز یکی از شهرهای مهم ایران محسوب می شود و در زمینه تولیدات فرهنگی، علمی، صنعتی، کشاورزی و …. از پیشگامان کشور محسوب می شود.
۱-۲-۱۹ تعریف شهروندی
شهروندی همانطور که روشن است از مشتقات شهر است. شهروندی را قالب پیشرفته «شهرنشینی» می‌دانند. به باور برخی از کارشناسان، شهرنشینان هنگامی که به حقوق یکدیگر احترام گذارده و به مسئولیت‌های خویش در قبال شهر و اجتماع عمل نمایند به «شهروند» ارتقاء یافته‌اند. شهروندی تا پیش از این در حوزه اجتماعی شهری بررسی می‌شد اما پس از آن شهروندی مفاهیم خود را به ایالت و کشور گسترش داده‌است، اگرچه امروزه بسیاری به شهروندی جهانی نیز می‌اندیشند. شهروندی امروزه کاربردها و معانی مختلفی یافته‌است.
۱-۳ شناخت مفهوم پایداری
۱-۳-۱ شناخت پایداری
۱-۳-۱-۱ لغت پایداری
دهخداپایداریرابهمعنایبادوام،ماندنیآوردهاست.(دهخدا،۴۷)
معنای کنونی واژه پایداری که در این بحث نیز مد نظر می‌باشد عبارتست از:« آنچه که می‌تواند در آینده تداوم یابد.

۱-۲ بیان مسأله
هر چقدر که سیستم حساس­تر باشد و در معرض مشکلات بیشتری قرار گیرد، مدیریت وقایع و رخدادها واجب­تر می­گردد. تحمل خطا یک نگرانی عمده برای تضمین در دسترس بودن و قابلیت اطمینان خدمات حیاتی و همچنین کارکرد درست سیستم­های نرم­افزاری و سخت افزاری است. به منظور به حداقل رساندن تأثیر خرابی بر روی سیستم و کارکرد صحیح و موفق سیستم، خرابی باید پیش ­بینی شده و فعالانه مدیریت و کنترل گردد. روش­های تحمل خطا در واقع برای پیش ­بینی این خرابی­ها و انجام یک اقدام مناسب قبل از خرابی می­باشد.

سه­تایی فناوریهای روز شامل محاسبات پوشیدنی، محاسبات موبایل و محاسبات ابری پایه بسیاری از کاربردها و فناوری­های روز است. از جمله این فنآوری­ها محاسبات فراگیر مراقبت­های پزشکی است. علاوه بر محدودیت­ها و خطرهای موجود در ذات فن­آوری­های موبایل و پوشیدنی، کاربرد­های سلامت نیز نیازمند توجه بسیار خاص است که بدون خطا بودن سیستم یکی از ضروریات آنها است. لذا می­بایست تحمل خطا در این سیستم­ها، مورد مطالعه قرار داد.
این درحالیست که تاکنون از این جنبه به موضوع نگاه نشده بود که سه فناوری ذکر شده به شرط در نظر گرفتن تحمل خطا، به کمک یکدیگر ایفای نقش کنند.
۱-۳ اهمیت و ضرورت تحقیق
پدیده ­های طبیعی و غیر طبیعی روزمره بشر امروزی با تکنولوژی همراه شده است. از میان این تکنولوژی­ها تلفن­های هوشمند و همراه به علاوه کامپیوترهای پوشیدنی نقش بسیار مهمی را در زندگی بشر بازی می­ کنند. رایانه‌های پوشیدنی در حوزه‌های زیادیاز قبیل:ورزش، مدل کردن رفتار، سامانه‌های نظارت بر سلامت و فناوری اطلاعات کاربرد دارند. سازمان‌های دولتی، نظامی و بخش بهداشت و درمان هم‌اکنون به طور روزمره از این رایانه‌های پوشیدنی استفاده می‌کنند. از این رایانه هااکثراً برای طب از راه دور و کنترل بیماران نیز استفاده می شود، به بیان دیگر از مهمترین کاربردهای کامپیوترهای پوشیدنی استفاده از آنها در حوزه سلامت است.
به علاوه شاهد افزایش تمایل استفاده از وسایل قابل حمل سبک برای دسترسی به خدمات از طریق اینترنت بجای کامپیوترهای شخصی هستیم. کامپیوترهای پوشیدنی و همراه با محدودیت­های زیادی از جمله محدودیت­های محاسباتی و سایر منابع روبرو هستد. از آنجاییکه چنین وسایلی، امکانات پردازشی قوی ندارند (به عبارتی علاقه ای به داشتنِ چنین امکاناتی ندارند)، پس چه کسی قدرت پردازشی را تامین خواهد کرد؟ پاسخ به این سوال در رایانش ابر نهفته است.
امروزه دنیای کامپیوترها در حال حرکت به سمت ذخیره کردن و پردازش اطلاعات به صورت آنلاین است. Cloud Computing که در زبان فارسی تحت عناوین «محاسبات ابری»، «رایانش ابری»، «پردازش ابری» و «کامپیوتر ابری» شهرت یافته است، به معنی به کارگیری قابلیت ­های کامپیوتری بر مبنای اینترنت است. در واقع قابلیت ­های کامپیوتری به صورت یک سرویس اینترنتی به کاربر عرضه می­ شود. ایده اصلی رایانش ابری را می­توان چنین بیان نمود: ارائه خدمات نرم­افزاری و سخت افزاری از طریق اینترنت، به کاربران و سازمان­ها در تمام سطوح. نرم­افزار، قدرت پردازشی، ظرفیت ذخیره سازی داده و پایگاه داده، از جمله خدماتی هستند که در سیستم ابری از طریق شرکت­های فراهم کننده منابع زیرساخت مثل آمازون در اختیار کاربران قرار می­گیرد. در رایانش ابری کاربران در اِزای میزان استفاده و خدماتی که دریافت می­ کنند هزینه پرداخت می­نمایند یعنی سیستم (a pay-per-use) در این فناوری استفاده می­گردد.
استفاده از رایانش ابری مزایای زیادی را به همراه دارد، مزایایی از قبیل: عدم نیاز کاربران به کامپیوترهای قدرتمند و گران قیمت، کارایی بهینه و سریع کامپیوتر­های شخصی کاربران، صرفه­جویی در هزینه خرید و آپدیت برنامه­ ها و نرم­افزارهای گران قیمت، ظرفیت نامحدود حافظه در اختیار کاربران، محافظت از تمام داده ­ها و اطلاعات کاربران(قابلیت اعتماد)، امکان دسترسی سهل و آسان به داده ­ها و اطلاعات شخصی توسط کاربران در هر لحظه و مکان، قابلیت مستقل از سخت افزار، دسترسی و کار همزمان چندین کاربر بر روی اسناد و پروژه­ ها(اشتراک آسان) و لذا گزینه­ای بسیار مناسب برای استفاده در محاسبات همراه و پوشیدنی است.
در حقیقت وقتی که تحرک کاربر و محاسبات دستگاه­های متحرک را بخواهیم پشتیبانی کنیم گزینه محاسبات ابری موبایل مطرح می­ شود. قابلیت حرکت یکی از ویژه­گی­های محیط محاسباتی است که باعث می­ شود کاربر به فعالیتش و استفاده از ابر در حین حرکت ادامه دهد.
با تمام این اوصاف، محاسبات ابری، محاسبات موبایل و کامپیوترهای پوشیدنی شامل مشکلاتی از قبیل: امنیت، تحمل­پذیری در برابر خطا، حریم خصوصی افراد و یکپارچگی داده ­ها هستند، که نیاز به بررسی دارند. هنگامی که از کامپیوترهای پوشیدنی در حوزه سلامت استفاده می­ شود، نیاز به تحمل­خطا بیش از پیش حائز اهمیت است. اگر سیستم­های حوزه سلامت در برابر خطا تحمل­پذیر نباشند ممکن است مشکلات جبران ناپذیری را برای بیمار به همراه داشته باشند تا حدی که منجر به مرگ بیمار شوند. قابلیت اطمینان در سیستم­هایی با کاربردهای حساس، یک نیاز حیاتی بوده و این نوع سیستمهاباید طوری طراحی شوند تا بتوانند با وجود خرابی به وظیفۀ خود به طور مناسب ادامه دهند. لذا با توجه به اهمیت موضوع، به یک چارچوب تحمل­خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه سلامت، نیاز است که در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار می­گیرد.
۱-۴ اهداف تحقیق
محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی به دلیل طبیعت­شان دارای توان بالای پردازشی نیستند. از طرفی انجام کارهای محاسباتی بدون داشتن سخت­افزار قدرتمند و نرم­افزار گران قیمت، یک نیاز است که توسط رایانش ابری برطرف می­ شود. لذا رایانش ابری به منظور رفع محدودیت­های محاسبات سیار و محاسبات فراگیر می ­تواند بهترین گزینه باشند. بنابراین ارائه یک معماری برای همکاری سه تکنولوژی محاسبات ابری، محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی، اولین هدف این تحقیق می­باشد.
شبکه ­های حسگر بی­سیم درحال استفاده شدن در محاسبات فراگیر از قبیل: حوزه سلامت، نظارت محیطی، مدیریت ساختمان، نظارت سازمانها و دستگاه های بزرگ هستند. اما اغلب به دلیل عوامل طبیعی و غیرطبیعی مانند زیاد گرم شدن، رسوب شیمیایی سطح سنسور، توان کم باتری و غیره دقت قرائتهای سنسورهای الکترونیکی کاهش می­یابد و یا حتی عملکرد سیستم مختل می­ شود. دیگر هدف این تحقیق بررسی خطاهای پایدار و ناپایدار در شبکه ­های پوشیدنی می­باشد.
تشخیص و مکان­ یابی خطا یکی از کلیدی­ترین اقدامات ابتدایی در برخورد با خطا می­باشد. تا زمانیکه یک خطا تشخیص داده نشود نمی­ توان آنرا برطرف کرد به علاوه نمی­ توان اقدامات جبرانی را در سیستم به منظور کاهش اثر خطا انجام داد. به بیانی بعد از تشخیص و مکان­ یابی خطا می­توان به صورتی کارا آنرا مدیریت کرد. لذا تکنیک­های تشخیص و مکان­ یابی خطا در شبکه ­های پوشیدنی و مدیریت­شان به عنوان یک هدف کلیدی، مورد بررسی قرار می­گیرند.
همواره امکان ظهور خطا و خرابی در سیستم­های مختلف وجود دارد. سیستمی موفق است که بتواند با وجود خطاها و خرابی­ها بیشترین سرویس­ها را ارائه دهد. به عبارتی در کاربردهای حیاتی از جمله کاربردهای حوزه سلامت، تحمل­پذیر بودن سیستم ضروری است. همواره سیستم­های مختلف روش­های متفاوتی از تحمل ­خطا را مورد استفاده قرار می­ دهند. بررسی روش­های مختلف تحمل خطا در محاسبات پوشیدنی و فراگیر، از دیگر اهداف این تحقیق می­باشد.
در زمینه تحمل خطا الگوریتم­ها و راهکارهای مختلفی ارائه شده است. پژوهشگران مختلف به منظور حل مسأله تحمل خطا راه­ حل­های مختلفی را ارائه داده­اند و از جهات مختلفی به موضوع نگاه کرده ­اند. به چالش کشیدن این راه­حل­ها از اهداف مهم این تحقیق می­باشد به عبارتی سعی بر این است که از دیدگاهی متفاوت به ارزیابی الگوریتم­ها و راه­ حل­های ارائه شده، پرداخته شود.
حوزه سلامت یک حوزه حیاتی است که از محاسبات پوشیدنی استفاده می­ کند. عواقب خطا و خرابی در این حوزه ممکن است قابل جبران نباشد از اینرو در این حوزه ریسک معنا ندارد. اما متأسفانه با توجه به اهمیت موضوع در فصل دوم از این تحقیق مشخص می­ شود که در این زمینه تحقیق زیادی صورت نگرفته است. لذا مهم­ترین هدف این پایان نامه ارائه یک چارچوب تحمل خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه سلامت می­باشد.
۱-۵ فرضیه ­های تحقیق
محاسبات پوشیدنی دارای مزایای بیشماری می­باشند اما این واقعیت را نمی­ توان کتمان کرد که کامپیوترهای پوشیدنی بدون در نظر گرفتن محدودیت­ها و خرابی­های ممکن قابل استفاده نیستند. همچنین محاسبات سیار دارای محدودیت­های فراوانی هستند که قابلیت اطمینان آنها را برای کاربردهای حساس کاهش می­دهد. به علاوه محاسبات ابری بر بستر اینترنت بوده و اگر توسط محاسبات موبایل مورد استفاده قرار بگیرد ممکن است در عملکرد آنها مشکلاتی پیش آید.
این سه فناوری به کمک هم می­توانند بسیاری از مشکلات بیماران را حل کنند. اما محدودیت­های آنان، خطری برای انجام صحیح عملکرد آنها است. لذا برای عملکرد صحیح این سه فناوری و همکاری آنها با هم، نیاز به یک چارچوب تحمل خطا است.
۱-۶ ساختار پایان نامه
در ادامه در فصل دوم تعاریف و مفاهیم اولیه به تفضیل شرح داده می­شوند و همچنین تحقیقات انجام شده توسط محققان پیشین به صورت مفصل مورد بررسی قرار می­گیرد. در فصل سوم که مهمترین فصل این پایان نامه است نتایج حاصل شده در قالب یک چارچوب تحمل­خطا برای محاسبات پوشیدنی در حوزه محاسبات فراگیر مراقبت­های پزشکی، ارائه می­ شود. سپس یک جمع­بندی و نتیجه ­گیری در فصل چهارم مطرح می­ شود. در انتها فصل پنجم به بیان پیشنهادات و کارهای آتی می ­پردازد.
فصل دوم
ادبیات و سابقه پژوهش
۲-۱ مقدمه
خرابی در سیستم­های با کاربردهای حساس، می ­تواند فاجعه­های جبران­ناپذیری را رقم بزند. طراحی این دسته از سیستم­ها باید به گونه ­ای باشد که در صورت رخداد خطا، قادر به انجام صحیح وظایف خود باشند، به علاوه تا حد ممکن از بروز خطا جلوگیری شود. از اینرو تحمل­پذیری در برابر خطا برای سیستم­هایی با کاربردهای حساس یک نیاز حیاتی است. کامپیوترهای پوشیدنی نمونه ­ای از این سیستم­ها هستند که امروزه به صورت گسترده در کاربردهای حساس از جمله حوزه سلامت مورد استفاده و توجه محققان قرار گرفته­اند. به عنوان مثال خطای این سیستم­ها برای بیماری که کیلومترها از دکتر خود یا بیمارستان فاصله دارد می ­تواند عواقب جبران ­ناپذیری را به همراه داشته باشد. لذا تحمل­پذیری محاسبات پوشیدنی^[۱۲] در برابر خطا ضروری است و باید به صورت جدی مورد مطالعه قرار گیرد.
برای مطالعه تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی، نیاز به در نظر گرفتن محیط عملیاتی و غیر عملیاتی است. کامپیوترهای پوشیدنی برای غلبه بر برخی مشکلات و کاستی­ها، از امکانات سایر تکنولوژی­ها بهره می­برند. یک معماری سه لایه برای فعالیت محاسبات پوشیدنی در [۱] ارائه شده است که این معماری از سه فناوری محاسبات پوشیدنی، محاسبات سیار^[۱۳] و محاسبات ابری^[۱۴] بهره می­برد.
محاسبات پوشیدنی و محاسبات سیار دارای محدودیت­های زیادی از قبیل محدودیت­های محاسباتی و محدودیت­های منبع هستند، ولی به دلیل مزایای زیادی که در اختیار هم قرار می­ دهند، نمی­ توان آنها را در دنیای آینده محاسبات بدون دیگری تصور کرد . از طرفی برای رفع محدودیت پردازشی آنها از رایانش ابری استفاده شده است. لذا با توجه به محبوبیت و مزایای زیاد این سه تکنولوژی، هیچکدام را نمی­ توان از چرخه­ی محاسبات حذف کرد و از سوی دیگر آینده به تنهایی متعلق به هیچکدام از این سه تکنولوژی نیست. شکل ۲-۱ معماری سه لایه­ای پیشنهاد شده در [۱] را نشان می­دهد.

شکل ۲-۱: یک معماری کلی برای محاسیات پوشیدنی [۱]
در این معماری کلی، کامپیوترهای پوشیدنی اطلاعاتشان را از محیط می­گیرند و به کامپیوترهای سیار می­فرستند. سپس کامپیوترهای سیار به منظور گرفتن سرویس­های مورد نیاز می­توانند با ابرها ارتباط برقرار کنند.
خدمات حیاتی باید در برابر خطا تحمل­پذیر باشند، و سیستم باید تحت هر شرایطی به فعالیتش ادامه دهد. لذا با بهره گرفتن از روش­های تحمل خطا باید خرابی­ها را پیش ­بینی کرد و اقدامات لازم را قبل از خرابی انجام داد. بنابراین در ادامه برای سازماندهی این مطالعه، از این معماری کلی استفاده می­ شود.
۲-۲ ادبیات تحقیق
محاسبات پوشیدنی امکان اتصال دستگاه­های محاسبه­گر سیار^[۱۵] را به محیط پیرامون یا بدن جاندار فراهم می­ کند [۲][۳]. امکان انجام محاسبات به صورت سیار و همچنین اتصال دستگاه سیار به سایر شبکه­ ها یا ابزارها در هر زمان و هر مکان، توسط محاسبات سیار فراهم می­ شود [۴]. انجام کارهای محاسباتی و تحلیل داده ­ها با بهره گرفتن از سخت­افزار قدرتمند و نرم­افزار گران قیمت، یک نیاز است که توسط رایانش ابری برطرف می­ شود [۵]. در رایانش ابری سرویس­ها بنا به تقاضای سرویس­گیرنده، توسط مراکز داده و از طریق اینترنت ارائه می­شوند [۶][۷]. محاسبات سیار و محاسبات پوشیدنی برای برقراری توازن بین سیار بودن و قدرت محاسباتی، خواهان توان بالای پردازشی نیستند. لذا می­توان از رایانش ابری برای رفع این محدودیت­ها استفاده کرد.
۲-۲-۱ کاربردهای محاسبات پوشیدنی

ترکیبات

مقادیر (lμ)

محصول PCR
TA vector
PEG 4000 50%
بافر x10
T4 DNA Ligase (5 IU/µl)
آب مقطر
حجم نهایی

۴
۲
۲
۲
۲
تا حجم نهایی
۲۰

ویال موردنظر به مدت یک ساعت در دمایºC 22 انکوبه شد. مقدار پلاسمید مورد استفاده بسته به غلظت آن متغیر است ولی مقدار بهینه حدود ng/ml20 تا ng/ml 100 می‌باشد. نسبت DNA به پلاسمید نیز باید ۱:۱ تا ۵:۱ باشد. پس از اتمام زمان انکوباسیون، پلاسمید برای انجام ترانسفورماسیون به روش شوک حرارتی مورد استفاده قرار گرفت.

۳-۵-۱-۹-ترانسفورم کردن شیمیایی E. COLI با پلاسمید نوترکیب
فرایند ترانسفورماسیون به روش شوک حرارتی طبق مراحل زیر انجام شد. ابتدا µl 5 از TA vector حاصل از مرحله قبل به µl50 از سلول‌های مستعد E.coli XL1- Blue اضافه شد و به مدت ۳۰ دقیقه درون ظرف یخ در یخچال انکوبه شد. سپس به مدت ۵ دقیقه در ºC42 و ۲ دقیقه در یخ انکوبه شد و پس از آن µl 100 از محیط LB مایع بدون آمپی سیلین به ویال اضافه شد و ۴۵ دقیقه در انکوباتور ºC37 انکوبه شد. در این فاصله به ازای هر ویال، دو پلیت LB حاوی µg/ml 100 آمپی سیلین mM IPTG 10 و X-gal µg/ml 50 تهیه شد. پس از پایان مدت انکوباسیون، محتوای هر ویال روی دو پلیت پورپلیت شده و پلیت‌ها ۱۲ تا ۱۶ ساعت در انکوباتور ºC37 گرماگذاری شدند. پس از اتمام زمان انکوباسیون، تا زمان انتخاب کلنی‌های مثبت، پلیت‌ها در یخچال نگهداری شدند (Kamoun, 2006).
۳-۵-۱-۱۰-غربالگری کلون‌های باکتریایی نوترکیب
ابتدا از هر نمونه ده کلنی سفید با فیلدوپلاتین برداشته شد و در ویال‌های ml 5/1 حاوی ml 1 محیط LB مایع و µg/ml 100 آمپی سیلین کشت داده شدند و ۴ تا ۵ ساعت در انکوباتور ºC37 گرماگذاری شدند. محیط کشت همراه با آنتی بیوتیک بدون تلقیح نیز به‌عنوان شاهد استفاده شد. پس از رسیدن به رشدی معادل ۰٫۵ OD₆₀₀، ویال‌ها شماره گذاری شده و در شرایط کاملا استریل، µl200 از محیط کشت برداشته شد تا برای استخراج DNA به روش boiling استفاده شوند و به µl 800 باقی مانده، µl150 گلیسرول استریل افزوده شد و به فریزر ºC70- منتقل شدند.
برای استخراج DNA، ابتدا ویال‌ها در دور rpm6000 به مدت ۲ دقیقه سانتریفوژ شدند و مایع رویی دور ریخته شد. سپس به منظور شستشوی زیست توده و حذف محیط کشت باقی مانده، به هر ویال µl100 سرم فیزیولوژی اضافه شد و سانتریفوژ با شرایط قبلی تکرار شد. پس از دور‌ریختن مایع رویی، سلول‌ها در µl30 آب دیونیزه حل شده و ۱۵ دقیقه در دمای ºC 95 در دستگاه ترموبلاک، گرماگذاری شدند. پس از پایان ۱۵ دقیقه و تکرار سانتریفوژ با شرایط قبلی، مایع رویی به‌عنوان DNA الگو برای واکنش PCR مورد استفاده قرار گرفت (Kieser, 2000).
به منظور غربالگری پلاسمیدهای حاوی ژن کلون شده، واکنش PCR با بهره گرفتن از پرایمرهای اختصاصی پلاسمید TA vector که قادر به ساخت قطعه ای با طول ۱۰۰۰ نوکلئوتید از توالی پلاسمید می‌باشد، انجام شد. پرایمرهای مورد استفاده، پرایمرهای M13Fو M13R بودند که توالی آن‌ها در جدول ۳-۹ آورده شده است. اجزا و غلظت واکنش‌گرهای مورد استفاده در PCR در جدول ۳-۱۰ آورده شده است.
جدول ۳-۹) نام و توالی پرایمرهای مورد استفاده برای انتخاب کلنی‌های مثبت (مقیمی, ۱۳۹۱)

توالی پرایمر

نام پرایمر

۵’ ACGGTTCCTGGCCTTTTGC ‘3
۵’ CACATTTCCCCGAAAAGTGC ‘3

M13F
M13R

جدول ۳-۱۰) ترکیبات و مقادیر مورد نیاز برای انجام واکنش PCR کلنی­ها (مقیمی, ۱۳۹۱)

ترکیبات

مقادیر (lμ)

الف- اگر حجم نمونه کم است، هر دو آزمون نتایج یکسانی دارند.
ب- اگر حجم نمونه بیشتر از ۲۰۰۰ است، آزمون کلموگروف – اسمیرنوف مناسب تر از آزمون شاپیرو – ویلک است.

1. 1. Lilliefors Significance Correction

جدول ۴-۱۷ محاسبه توزیع نرمال متغیر بهای تمام شده
معمولا چنانچه سطح معنی داری در این دو آزمون که در این جدول با Sig نمایش داده شده است بیشتر از ۵% باشد، می توان داده ها را با اطمینان بالایی نرمال فرض کرد در غیر اینصورت نمی توان توزیع داده ها را نرمال دانست. با توجه به جدول فوق و مقادیر سطح معنی دار Sig که در هر دو آزمون کلموگروف – اسمیرنوف و آزمون شاپیرو – ویلک کمتر از ۵% شده است در نتیجه فرض نرمال بودن توزیع متغیر بهای تمام شده رد می شود و به عبارتی همان گونه که در تحلیل توصیفی پیش بینی کرده بودیم، توزیع داده های این متغیر نرمال نیست. نمودار ساق و برگ و نمودار جعبه ای در زیر این موضوع را تایید می کند.

۴-۱۸نمودار های تحلیلی اکتشافی داده ها (Explore Plots)

زمانی که توزیع یک متغیر مهم است، بهتر است که توزیع متغیر همراه با یک نمودار نشاد داده شود. نمودار های مورد استفاده برای این منظور، نمودار ساقه و برگ (Stem and leaf)، نمودار جعبه ای (Boxplot)، و هیستوگرام می باشند که هر سه ی آن ها اغلب برای نمایش توزیع یک متغییر کمی استفاده می شوند.

برای بررسی و مشاهده ی شکل توزیع یک متغییر، نمودارهای فوق را معرفی می کنیم. برای بررسی توزیع ها از روی نمودارها، به عبارتی دیگر برای فهمیدن چگونگی توزیع مقادیر داده ها، می توانید از روی مقادیر انتهایی، صدک ها یا چارک ها و محل هایی که داده های بیشتری تجمع کرده اند، ارزیابی کنید.

۴-۱۹نمودار های جعبه ای

قبل از آن که در مورد گزینه های قسمت Boxplots ار کادر گفتگوی کلید Plots توضیح دهیم، شکل یک نمودار جعبه ای را به طور کلی شرح می دهیم.یک نمودار جعبه ای برای یک گروه جعبه ای است که ضلع پایین آن نماینده ی صدک ۲۵(چارک اول) و ضلع بالایی آن نماینده صدک ۷۵( چارک سوم ) باشد. طول عمودی جعبه، نشان دهنده ی دامنه ی بین چارکی (interquartile) می باشد. خط داخلی جعبه نشان دهنده ی میانه (Median) است. توجه کنید که پهنای جعبه نشان دهنده ی هیچ چیز نمی باشد بلکه تنها مقیاس معنی دار در نمودار جعبه ای، مقیاس عمودی است و تمامی مقادیر در این مقیاس نشان داده می شوند. میانه توسط خطی درون نمودار جعبه ای (در عرض) نمایش داده می شود که روی آن می توانیم محل تجمع داده ها را به دست آوریم. از روی طول جعبه می توانیم ببینیم که چقدر داده ها از هم اختلاف دارند(پراکندگی)، اگر میانه در وسط جعبه قرار نداشته باشد می تواند نشان دهنده ی آن باشد که داده ها قرینه نیستند. اگر میانه به سمت پایین جعبه متمایل باشد نشان دهنده ی آن است که دم داده ها به سمت مقادیر بیشتر است که به آن چولگی مثبت می گویند(یعنی تعداد زیادی از داده ها در ابتدای مقیاس پراکنده شده اند). اگر میانه به سمت بالای جعبه متمایل باشد نشان دهنده ی آن است که دم داده ها به سمت مقادیر کمتر است که به آن چولگی منفی می گویند(بایزیدی، اولادی و عباسی ،۱۳۹۱،ص۶۲).
کشیدگی یک متغیر، ضخامت ناحیه دم یک توزیع (فراوانی نسبی داده های واقع در دو کرانه ) را نشان می دهد.
خطوطی که در بالا و پایین جعبه به سمت جعبه کشیده شده اند ویسکر (Whisker) نام دارند( کوچک ترین و بزرگ ترین نقاطی است که فاصله ی آن ها از پایین یا بالای جعبه کمتر از یک و نیم برابر طول جعبه است).
داده هایی که خارج از محدوده ی ویسکر قرار می گیرند، داده های پرت(outliers)، (مقادیری که فاصله ی آن ها از بالا یا پایین جعبه کمتر از سه برابر طول جعبه است) نام دارند. مقادیری که فاصله ی آن ها از بالا یا پایین جعبه بیش از سه برابر طول جعبه باشد را مقادیر انتهایی (Extreme)می نامند.
گزینه های قسمت Boxplots در کادر گفتگوی Explore:plots به شما امکان می دهند نحوه ی نمایش چند نمودار جعبه ای را با هم مشخص نمایید و یا آن ها را غیر فعال کنید، گزینه ها عبارتند از:
Factor levels together(سطوح فاکتور با هم): این گزینه را هنگامی انتخاب کنید که می خواهید توزیع ها را در سطوح فاکتورها با هم مقایسه کنید.
Dependents together( متغیر های وابسته با هم): این گزینه را زمانی انتخاب کنید که می خواهید توزیع های متغیر ها وابسته را درون هر سطح فاکتور با هم مقایسه کنید، آن گاه توزیع های چند متغیر وابسته را در یک نمودار ملاحظه خواهید کرد.
None: این گزینه از ایجاد نمودار های جعبه ای جلو گیری می کند (ابراهیم بایزیدی و دیگران، ص ۶۲ و۶۳ ).

۴-۲۰نمودار های توزیع نرمال

قسمت Desciptives از کادر گفتگوی Explore:plots دو نمودار ساقه و برگ (Stem and leaf) و هیستوگرام(Histogram) را در اختیار شما قرار داده است که می توانید با آن ها به ارزیابی توزیع متغیر ها بپردازید. ابتدا نمودار هیستوگرام و سپس نمودار ساقه و برگ را معرفی می کنیم.

۴-۲۱هیستوگرام

اگر یک متغیر تعداد داده های زیادی داشته باشد(برای مثال متغیر کمی وزن را در نظر بگیرید) نمایش گرافیکی تمام داده ها برای ارائه فراوانی های آن ها، نیاز به جای زیادی دارد و نمی تواند توصیف خوبی ارائه کند.(برای مشاهده ی فراوانی های مربوط به یک متغیر کیفی که دارای تعداد مقادیر زیادی نیست مثل متغیرq₁ با ۵ مقدار، نمودار ستونی (Bar chart) به کار می بریم که دران محور افقی نشان دهنده ی سطوح متغیرq₁ و ارتفاع ستون های عمودی نمایان گر فراوانی سطوح مربوط به آنهاست).
روند هیستوگرام برای نمایش چنین متغیر هایی مقادیر آن ها را رده بندی می کند و سپس توزیع فراوانی رده ها را به صورت نموداری ارائه می کند( یک رده عبارت از فاصله ای از مقادیر است که با نقطه میانی آن فاصله شناخته می شودمثلا رده ی ۱۲ تا ۱۶ در متغیر میانگین نمرات فاصله ای است که افراد با میانگین های ۱۲ تا ۱۶ را در بر می گیرد و نقطه میانی آن ۱۴ می باشد). یک هیستوگرام، رده ها را در محور افقی نشان می دهد و محور عمودی نمایانگر فراوانی آن هاست. محور افقی هیستوگرام به گونه ای انتخاب می شود تا بتوان تمامی نمونه ها را نشان داد.با برازش منحنی نرمال درنمودار هیستوگرام می توان به صورت چشمی توزیع فراوانی داده ها را با توزیع نرمال مقایسه نمود(بایزیدی، اولادی و عباسی ،۱۳۹۱،ص ۶۴).