محاسبات پوشیدنی در بسیاری از کاربردها از قبیل تشخیص فعالیت­های فرد^[۱۶][۸][۹][۱۰][۱۱][۱۲]، تشخیص افتادن^[۱۷][۱۳][۱۴][۱۵][۱۶][۱۷]، کاربردهای سلامت و بهداشت [۱۸][۱۹][۲۰][۲۱][۲۲]، تحلیل فعالیت­های ورزشکاران [۲۳][۲۴][۲۵]، حوزه ­های کشاورزی [۲۶]، نظامی [۲۷]، سرگرمی و قمار [۲۸]، مورد استفاده قرار می­گیرند. این استفاده­های وسیع نشان می­ دهند که گرایش سیستم­های محاسباتی آینده به سمت ناهمگنی و فراگیری است [۲۹].
مسئله تشخیص فعالیتهای انسانی به دلیل نقشِ مادر بودن در سایر مسئله­ها به عنوان یک مسئله­ کلاسیک مورد توجه قرار گرفته است. تشخیص فعالیتهای انسانی در حوزه ­های وسیعی از جمله حوزه سلامت [۳۰][۳۱][۳۲]، ورزش [۳۳][۳۴]، نظامی، سرگرمی­ها و بازیها، مسائل حفاظتی و غیره استفاده می­ شود .
در حوزه­ سلامت به دلیل هزینه­ها و محدودیت­ها­ نمی­ توان بیماران را در بیمارستان­ها و کلینیک­های پزشکی برای مدت طولانی نگهداری کرد. به علاوه، کنترل علائم حیاتی بیمار توسط افراد به صورت پیوسته و در دراز مدت، کسل کننده است بطوریکه ممکن است فرد ناظر برداشتِ اشتباهی را از داده ­های گردآوری شده داشته باشد. در اینگونه نظارت­ها فرد ناظر، باید تخصص یا مهارت لازم را برای کنترل علائم حیاتی بیمار داشته باشد. از طرفی هم یک متخصص مانند یک دکتر نمی­تواند به مدت طولانی مسئول کنترل یک بیمار باشد زیرا بیماران زیادی به تخصص او و درمان شدن نیاز دارند. برای غلبه بر محدودیت­های ذکر شده، شبکه ­های پوشیدنی می­توانند یک گزینه خوب باشند [۳۵][۳۶][۳۷]. از مزایای این شبکه­ ها این است که کنترل وضعیت بیمار به صورت اتوماتیک و پیوسته، در دراز مدت صورت می­گیرد. به علاوه دکتر می ­تواند در هر زمان و در هر مکانی از وضعیت سلامت بیمارش آگاه باشد. از طرفی، فرد بیمار فقط دستگاه پوشیدنی را می­پوشد و هیچ­گونه نیازی به داشتن مهارت ­ها و تخصص­های خاص ندارد. علاوه بر موارد ذکر شده، باید خاطرنشان کرد که شبکه ­های پوشیدنی ارزان هستند و قابل استفاده توسط تمامی سطوح طبقاتی جامعه هستند.

مسائل تحلیل ورزشکاران یکی دیگر از کاربردهای شبکه ­های پوشیدنی است [۳۸][۳۹][۴۰]. رشته­ های مختلف ورزشی همواره خواهان استفاده از آخرین تکنولوژی­های روز بوده ­اند. با توجه به شرایط پر استرس مسابقات، تحلیل ورزشکاران در شرایط مسابقه یک مسئله­ چالش­دار می­باشد. لذا با کمک شبکه ­های پوشیدنی می­توان با هزینه­ای ارزان و به صورت دقیقی عملکرد ورزشکاران را تحلیل کرد. به طور مثال این شبکه­ ها می­توانند مشخص کنند که یک فوتبالیست چند کیلومتر دویده است؟ به طور تقریبی چقدر انرژی مصرف کرده است؟ چند پاس داده است؟ و یا چند شوت کرده است؟
با وجود کاربردهای روبه افزایش محاسبات پوشیدنی، تهدیدها و چالش­هایی این فناوری را به مخاطره می­ اندازد [۴۱][۴۲]. برای مثال تحمل­پذیری در برابر خطا از این موارد می­باشد. برای حصول تحمل­پذیری خطا تکنیک­های مختلفی استفاده می­ شود و مفاهیم زیادی مورد بهره ­برداری قرار می­گیرد، برای مثال بررسی کیفیت داده ­های سنسورها می ­تواند مفید باشد. کاربردهای گوناگون از کامپیوترهای پوشیدنی در صورتی می­توانند اُمید­بخش و مفید باشند که بتوانند جریان کیفیت داده­ی بالایی را در بازه­های زمانی طولانی مدت مهیا کنند. کیفیت داده ­ها دارای معیارهای شناخته شده مرتبط بودن، به موقع بودن، دقت، در دسترس بودن، مقایسه­پذیری و انسجام، می­باشند [۴۳]. در شبکه ­های پوشیدنی پایداری، دقت، قابلیت مقاومت در مقابل خطرات از جمله فاکتورهای پر اهمیتِ کیفیت داده ­ها می­باشند. فاکتورهای کیفیت داده باید در گردآوری، ذخیره­سازی و پردازش داده ­ها مورد توجه قرار گیرند.
تحمل خطا در سیستم­های محاسباتی بویژه در محاسبات پوشیدنی ضروری است. در سیستم­هایی که در برابر خطا تحمل­پذیرند با وجود خطا سیستم باید قادر به انجام درست وظایف و ارائه سرویس باشد [۴۴][۴۵][۴۶]. در اینگونه سیستم­ها باید سرویس­های ارائه شده دارای کیفیت و شفافیت باشند. شبکه ­های پوشیدنی در کاربردهای وسیعی می­توانند مورد استفاده قرار گیرند که بسیاری از این کاربردها حیاتی هستند لذا بکارگیری مکانیزم­ های تحمل خطا در این شبکه­ ها حائز اهمیت است. از آنجایی که در بسیاری از کاربردهای حیاتی ریسک معنا ندارد، خرابی این سیستم­ها می ­تواند خسارات جبران­ناپذیری را رقم بزند. بنابراین همواره باید سعی شود که با بهره گرفتن از روش­های تحمل خطا از شکست سیستم جلوگیری شود.
۲-۲-۲ تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی
با پیشرفت تکنولوژی، سیستم­های کامپیوتری پیچیده­تر شده ­اند. این درحالیست که طراحی سیستم پوشیدنی باید بگونه­ای باشد که با بروز نقص در قسمت­ های مختلف، سیستم دچار نقص عمده نشود. همچنین سیستم مذکور باید عملکرد صحیح خود را حفظ کند و در عین حال که کارایی کلی سیستم پایین می ­آید، برآورده شدن هدف نهایی سیستم ضروری است. با توجه به موارد بیان شده، تعریف سیستم پوشیدنی تحمل­پذیر خطا بدین شرح می­باشد: یک سیستم پوشیدنی تحمل­پذیر خطا، سیستمی است که می ­تواند وظایفش را با وجود خطاها و خرابی­های نرم­افزاری و سخت­افزاری، به درستی انجام دهد.
به دلیل افزایش استفاده از کامپیوترها در کاربردهای مختلف از زندگی بشر، تحمل­پذیری خطا برای سیستم­های مختلف، همواره مورد توجه محققان و طراحان بوده است. اما متأسفانه تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی، کمتر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. این در حالیست که به علت اهمیت مسأله، تحمل­پذیری خطا یک ویژگی بسیار مهم در تمام سیستم­های کامپیوتری می­باشد.
با وجود تحقیقات فراوانی که درباره سیستم­های پوشیدنی انجام گرفته است، این تکنولوژی هنوز در عمل و در برخی از کاربردها مورد استفاده قرار نمی­گیرد. می­توان دلیل اصلی این امر را آسیب­پذیر بودن آنها نسبت به خطاها و خرابی­ها دانست. با توجه به دلیل فوق می­توان نتیجه گرفت که ایجاد تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی یک نیاز است. با در نظر گرفتن تحمل­پذیری خطا، با وجود خرابی در سیستم می­توان کارایی سیستم پوشیدنی را در حد قابل توجه­ای باقی نگه داشت. در این صورت با بروز خطا و خرابی برای تعدادی از مؤلفه­ ها، سیستم از ادامه انجام کار باز نمی­ماند و حداقل بحرانی­ترین وظایفی که برایش در نظر گرفته شده است را به صورت صحیح انجام می­دهد.
در ادامه با ذکر سه سناریو بیان می­ شود که چرا تحمل­پذیری خطا در محاسبات پوشیدنی مهم است؟
سناریوی۱: سارا پیرزنی است که در شهر بروجرد به تنهایی زندگی می­ کند. وی به دلیل رنج بردن از نارسایی قلبی و فشار خون بالا به پزشک مراجعه کرد. با توجه به شرایط جسمانی­اش پزشک تشخیص داد که او باید تا آخر عمر تحت نظر قرار بگیرد. به دلیل اینکه نگهداری سارا در بیمارستان برای چندین سال امکان­ پذیر نبود، پزشک معا­لج پیراهن هوشمندی را به او داد که این پیراهن قادر به کنترل علائم حیاتی بیمار بود. حسگرهای تعبیه شده در پیراهن، اطلاعات را از بدن بیمار می­گرفتند و از طریق تلفن همراه بیمار، به پزشک معالج ارسال می­کردند. پزشک نیز در مواقعی که بیمار وضعیت جسمانی خوبی نداشت، براساس این اطلاعات تصمیم ­گیری­های لازم را اتخاذ می­کرد.
در ماه های ابتدایی این پیراهن بخوبی علائم حیاتی بیمار را کنترل می­کرد. اما یک روز با وجود اینکه سارا شرایط جسمانی مطلوبی داشت، کنترل کننده­ ضربان قلبش^[۱۸] علائم نامنظمی را به کامپیوتر پزشک ارسال می­کرد. پزشک معالج که در آن روز در بروجرد نبود با مشاهده­ این علائم ، داروهایی را برای او در نظر گرفت و سریعاً با بیمارستان تماس گرفت. بلافاصله بیمارستان چند پرستار را به منظور تزریق آمپولها و مصرف داروها به خانه­ی او فرستاد. تیم پرستاری به محض معاینه بیمار متوجه سلامت و سالم بودنش شد. علت این تشخیص اشتباه، خرابی دستگاه بود که این مسئله باعث تحمیل هزینه به بیمارستان و بیمار گردید.
سناریوی۲: سیزده شیر نادر در آفریقا وجود دارد که هر کدام از آنها با بیماری­ها و خطرات طبیعی گوناگونی روبرو هستند. لذا پژوهشگران به منظور جلوگیری از انقراضِ نسل این شیرهای نادر، تصمیم به انجام اقداماتی گرفتند. با توجه به اینکه نگهداری آنها در قفس و در بلند مدت مقدور نبود، پژوهشگران تصمیم گرفتند که از شیرها در زیستگاههای طبیعی و بدون محدودیت نگهداری کنند. لذا آنها گوشواره­هایی به گوش شیرها نصب کردند. گوشواره­های مذبور هوشمند بودند، به طوری که قادر بودند اطلاعاتی را در مورد وضعیت سلامت شیرها، برای پژوهشگران ارسال کنند. با آمدن فصل گرمِ تابستان، هنگامی که شیرها در زیر آفتاب سوزان قرار می­گرفتند، گوشواره­ها به درستی کار نمی­کردند. به بیانی دیگر عملکرد حسگرهای این پوشیدنی­های هوشمند تحت تأثیر دما قرار می­گرفت.
سناریوی۳: سوزان زن جوانی است که به بیماری ناشناخته­ای مبتلا بود از اینرو هرازگاهی به صورت ناگهانی غش می­کرد و به زمین می­افتاد. به تشخیص پزشک معالج، در زمان غش نباید جسم بیمار تکان می­خورد. همچنین به منظور بازگشت فوری سلامت سوزان به حالت طبیعی، آمپول­هایی تجویز شد تا بلافاصله بعد از هر بار غش به وی تزریق شوند. اما مشکل این بود که در هنگام غش مردم عادی از بیماری سوزان خبر نداشتند و با تکان دادن جسم او بلافاصله وی را به بیمارستان انتقال می­دادند، از طرفی پزشکان هم از تزریق آمپول­ها بی­خبر بودند. از اینرو پزشک معالج سعی کرد که مشکل را با یک گیرِ سر هوشمند حل کند.
عملکرد گیر سر هوشمند بدین صورت بود که در زمانی که سوزان غش می­کرد، از طریق بلندگوی تعبیه شده در آن پیامِ «جسم بیمار را حرکت ندهید و برای کمک بلوتوث گوشی­هایتان را روشن کنید» مدام پخش می­شد، سپس گیر مذکور توسط بلوتوث پیامی را برای همه افرادی که بلوتوثشان روشن بود می­فرستاد. متن پیام به افراد هشدار می­داد که جسم بیمار را تکان ندهند و اورژانس را خبر کنند. همچنین در آن پیام، سابقه­ بیماری سوزان و نام آمپول­ها و دستورالعمل استفاده از آنها ذکر شده بود. اوضاع به خوبی پیش می­رفت تا اینکه یک روز در اتوبوس سوزان دوباره غش کرد. گیرِ سر هوشمند دو بار پیام صوتی را پخش کرد. اما مسافران اتوبوس علیرغم اینکه بلوتوث­های گوشی­هایشان را روشن کرده بودند، به دلیل خالی شدن باتری گیرِ سر هوشمند، هیچ پیامی را دریافت نکردند.
۲-۳ اتکاپذیری
سیستم­های محاسباتی با پنج ویژگی عملکرد^[۱۹]، کارایی^[۲۰]، اتکاپذیری^[۲۱]، امنیت^[۲۲] و هزینه شرح داده می­شوند. اتکاپذیری یعنی مقدار توانایی یک سیستم در فراهم کردن سرویس­هایی که قابلیت اطمینان قابل قبول دارند. مطابق شکل ۲-۲، مفاهیم مربوط به اتکا­پذیری به سه دسته یعنی ویژگی­ها، تهدیدها و ابزارها تقسیم می­شوند که در ادامه به شرح این مفاهیم پرداخته می­ شود.
شکل ۲-۲: درخت اتکا­پذیری
۲-۳-۱ ویژگی­های اتکاپذیری یک سیستم
دسترس­پذیری، قابلیت اطمینان، ایمنی، تمامیت و نگهداشت­پذیری ویژگی­هایی هستند که اتکاپذیری یک سیستم را مشخص می­ کنند. در ادامه به شرح این ویژگی­ها پرداخته می­ شود.
قابلیت اطمینان را با R(t) نشان می­ دهند، در واقع R(t) تابعی از زمان می­باشد که یک احتمال شرطی را بیان می­ کند. احتمال شرطی بدین صورت است که، یک سیستم در طول مدت زمانِ (t₀,t₁) صحیح عمل کند، به شرط اینکه سیستم مذبور در زمان t₀، به صورت صحیح شروع به کار کرده باشد.
باید خاطرنشان کرد که تفاوت بین تحمل­پذیری خطا و قابلیت اطمینان، بسیار مهم است. تحمل­پذیری خطا یک تکنیک است که قادر به افزایش قابلیت اطمینان می­باشد. اما یک سیستم تحمل­پذیر خطا، لزوماً قابلیت اطمینان بالایی ندارد.
به طور مثال می­توان سیستمی طراحی نمود که قابلیت تحمل خطای بالایی داشته باشد، اما احتمال رخ دادن خطا و خرابی در این سیستم آنقدر بالا باشد که قابلیت اطمینان را بصورت زیادی کاهش دهد. یا برعکس، می­توان با بهره گرفتن از مؤلفه­ های بسیار خوب سیستمی طراحی نمود که هر مؤلفه با احتمال بسیار پایینی دچار خطا و خرابی شود، اما در صورت رخ دادن این اتفاق کار سیستم قطعاً متوقف می­ شود. در واقع این سیستم قابلیت اطمینان زیاد و قابلیت تحمل­خطای کمی را دارد.
دسترس­پذیری را با A(t) نشان می­ دهند، در واقع A(t) تابعی از زمان می­باشد که به صورت یک احتمال شرطی تعریف می­ شود. احتمال شرطی اینکه در لحظه ­t، سیستم صحیح عمل نماید و در دسترس باشد.
دسترس­پذیری و قابلیت اطمینان از هم متفاوتند، بدین صورت که قابلیت اطمینان در یک بازه زمانی تعریف می­ شود اما دسترس­پذیری در یک لحظه از زمان معنا دارد. با توجه به تعریف دسترس­پذیری، اگر خطا در یک سیستم بصورت دوره­ای ظاهر شود، این امکان وجود دارد که آن سیستم از دسترس­پذیری خوبی برخوردار باشد زیرا که طول مدت زمانی که خطا در سیستم ظاهر می­ شود می ­تواند کوتاه باشد.
ایمنی بیانگر این است که یک سیستم ایمن باید دارای سه ویژگی باشد. الف) در دسترس باشد و درست کار کند. ب)دارای سازگاری داده باشد. و ج)مانع از دسترسی افراد غیر مجاز به سیستم شود.
تمامیت و سازگاری داده به این مورد اشاره می­ کنند که در سیستم تغییرات نامناسب سیستمی رخ ندهد. به عنوان مثال داده ­های ذخیره شده در سیستم با یکدیگر ضدیت نداشته باشند.
قابلیت نگهداری، در اکثر سیستم­ها یکی از مهمترین اهداف می­باشد. قابلیت نگهداری یعنی تحمل اصلاحات و تعمیرات، به عبارتی یعنی هنگامی که یک سیستم دچار مشکلی شد به راحتی قابل تعمیر باشد. قابلیت نگهداری را که با M(t) نشان می­ دهند که تابعی از زمان است که بیانگر احتمال آن است که یک سیستم خراب بتواند در زمان t به حالت عملیاتی بازگردد.
۲-۳-۲ تهدیدها
انواع تهدیدهایی که در رابطه با مفهوم اتکاپذیری وجود دارد را می­توان به سه دسته­ی نقص­ها، خطاها و خرابی­ها تقسیم کرد. در تحقیقات مختلف معمولاً مفاهیم نقص^[۲۳]، خطا^[۲۴] و شکست^[۲۵] به عنوان واژگانی مترادف در نظر گرفته می­شوند.در مبحث تحمل­پذیری خطا، سه واژه نقص، خطا و شکست از لحاظ تکنیکی ازهم متفاوتند، و بین آنها یک رابطه علت و معلول وجود دارد. یعنی مطابق شکل ۲-۳، خطا در سیستم به علت بروز نقص رخ می­دهد. اگر به علت خطا سیستم نتواند عملکرد خود را بصورت صحیح انجام دهد، آنگاه خطا منجر به شکست سیستم می­ شود [۴۷].
شکل ۲-۳: رابطه­ علت و معلول نقص، خطا و شکست [۴۷]
اگر به برخی عوامل در فازهای طراحی و پیاده­سازی توجه نشود، ممکن است خطا رخ دهد. بطور معمول فرایند طراحی با بیان شرح مسأله آغاز می­ شود. سپس طراح با بهره گرفتن از درکیاتش جزئیات بیشتری را به شرح مسأله اضافه می­ کند و یک راه­حل ارائه می­دهد و توسعه دادن الگوریتم­ها و طراحی معماری را شروع می­ کند. در پایان، زمانی که سخت­افزار یا نرم­افزار درست شد، طراحی از یک مرحله آزمایشی عبور داده می­ شود تا عملکرد سیستم بگونه­ای باشد که شرح اولیه مسأله، تأمین شود. اما به صورت کلی دلایل خطاها می ­تواند به چهار دسته تقسیم شوند.­

1. 1. توصیف اشتباه: مسأله­ توصیف اشتباه می ­تواند شامل طراحی الگوریتم اشتباه و معماری­های سخت­افزاری و نرم­افزاری اشتباه، باشد.

1. 1. پیاده­سازی اشتباه: از آنجا که پیاده­سازی، فرایند تبدیل توصیف نرم­افزار یا سخت­افزار به نرم­افزار یا سخت­افزار واقعی است، یک پیاده­سازی اشتباه می ­تواند باعث ایجاد شدن خطاهایی شود.

1. 1. خرابی عناصر: اجزاء فیزیکی عناصر بنا به دلایلی از قبیل ضعف­های ساخت یا خرابی تصادفی، ممکن است خراب شوند که خرابی هر یک از این اجزاء می ­تواند باعث بروز خطا شود.

1. 1. عوامل خارجی: عوامل محیطی و اشتباهات اپراتوری آخرین علت بروز خطا هستند. به عنوان مثال اگر یک مدار الکترونیکی در سرمای بیش از اندازه قرار بگیرد، ممکن است که باعث بروز خطا شود.

خطا دارای ویژگی­هایی است؛ به طور مثالطبیعت خطا، طول مدت خطا^[۲۶] و محدوده^[۲۷] خطا سه ویژگی مهم خطاها می­باشند. نوع خطا توسط طبیعت خطا مشخص می­ شود.به عنوان مثال یک خطا می ­تواند آنالوگ، دیجیتال، سخت­افزاری و یا نرم­افزاری باشد.
مدت زمانی که خطا در سیستم فعال است توسط طول مدت خطا مشخص می­ شود. بر این اساس سه نوع خطای ماندگار^[۲۸]، گذرا^[۲۹] و متناوب^[۳۰] وجود دارد. خطاهای پایدار به دلیل وجود خطا در مرحله­ ساخت سیستم یا در فاز عملیاتی، رخ می­ دهند. خطاهای پایدار و اثراتشان همیشه در سیستم باقی می­مانند. رفع این خطاها نیازمند تعمیر یا تعویض سخت­افزار معیوب می­باشد. اما خطاهای گذرا در محیط عملیاتی و در زمانی که سیستم مشغول کار است رخ می­ دهند. اینگونه خطاها قابل پیش ­بینی و جداسازی هستند و دارای منشأ محیطی (مانند رعد و برق، طوفان، افزایش دمای محیط) می­باشند. زمانی که سیستم در وضعیت عملیاتی قرار دارد با بهره گرفتن از یکسری از روشها می­توان خطاهای گذرا را کشف کرد. دسته­ی دیگر خطاهای متناوب می­باشند که در بازه­های زمانی مختلف آشکار و ناپدید می­شوند. به بیانی خطاهای متناوب گونه ­ای خاص از خطاهای ناپایدار می­باشند. طبق آمار گزارش شده در [۴۸]، بیش از ۸۰ درصد خطا­ها از نوع متناوب می­باشند.
نوع خطا در سناریوهای ذکر شده بدین صورت است که در سناریوی اول، به دلیل خرابی سنسور، خطا از نوع پایدار است. خطای مشاهده شده در سناریوی شیرهای نادر، از نوع گذراست، زیرا با افزایش دما و به صورت موقت بروز می­ کند. در سناریوی گیر سر هوشمند، به دلیل مصرف انرژی زیاد، باتری تخلیه شده و باعث بروز خطای پایدار گردیده است.
در بحث محدوده­ خطا، بر روی این موضوع بحث می­ شود که آیا خطا به یک واحد سخت­افزاری/نرم­افزاری محدود می­ شود یا اینکه کل سیستم را فرا می­گیرد. به طور مثال خرابی منبع تغذیه سیستم می ­تواند بر کل سیستم تأثیرگذار باشد.
بطور کلی طبقه ­بندی­های مختلفی از خطاها وجود دارد. به طور مثال خطاهای پایدار، ناپایدار، متناوب، بی­خطر^[۳۱] و بداندیش^[۳۲] را می­توان به عنوان خطاهای سخت­افزاری در یک دسته­بندی قرار داد [۴۹]. جدول ۲-۱، یک طبقه ­بندی رایج از خطاها را نشان می­دهد.