В.А. Миклуш1, Т.М. Татарникова2

1,2 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Современные беспроводные сенсорные сети (БСС), активно внедряющиеся в различных отраслях экономики, обладают такими особенными свойствами, как отсутствие фиксированной инфраструктуры и централизованного управления, подвижность узлов, ограничения беспроводной среды передачи и ресурсов узлов сети, рост числа сенсорных узлов. Поскольку аккумуляторы сенсорных узлов обладают конечным запасом энергии, стратегия ретрансляции пакетов данных через соседние сенсорные узлы выстраивается таким образом, что пакет данных достигает узла назначения за несколько шагов. Для обеспечения высокой вероятности доставки данных необходима многопутевая маршрутизация, т.е. наличие нескольких путей от каждого узла-источника до каждого узла-адресата. В свою очередь, реализация многопутевой маршрутизации требует развертывания БСС с ячеистой топологией (Mesh-сети), что означает создание сплошного сенсорного поля с условием полного покрытия зоны ответственности зонами чувствительности датчиков. В этой связи актуальной является задача гарантированной доставки данных с соблюдением требований на качество предоставляемого сервиса, решение которой в значительной степени зависит от геометрии размещения сенсорных узлов на территории развертывания БСС.

Цель. Представить метод оптимизации расположения сенсорных узлов в БСС с топологией Mesh для определения оптимального расположения сенсоров БСС с точки зрения полного покрытия зоны ответственности зонами чувствительности датчиков при условии одновременного существования пространственных и временных искажений сигнала.

Результаты. Предложен метод совместной оптимизации расположения сенсоров и информационных потоков в БСС с топологией Mesh при допустимых границах искажения сигнала. Получена зависимость оптимального числа сенсоров в одноранговой рассматриваемой БСС в виде функции параметра протяженности сети для случаев сильной и слабой корреляции данных.

Практическая значимость. Предложенный метод позволяет на начальных этапах проектирования БСС определять необходимое число сенсорных узлов с заданными техническими характеристиками.

Миклуш В.А., Татарникова Т.М. Решение задачи расположения датчиков различной физической природы при организации беспроводной сенсорной сети с топологией Mesh // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 12. С. 15–20.
DOI: https:// doi.org/10.18127/j20700784-202212-03

1. Киричек Р.В., Парамонов А.И., Прокопьев А.В., Кучерявый А.Е. Эволюция исследований в области беспроводных сенсорных сетей // Информационные технологии и телекоммуникации. 2014. № 4 (8). С. 29–41.
2. Кучерявый А.Е., Бородин A.C., Киричек Р.В. Сети связи 2030 // Электросвязь. 2018. Т. 11. С. 52–56.
3. Doo-Soon Park. Fault Tolerance and Energy Consumption Scheme of a Wireless Sensor Network // International Journal of Distributed Sensor Networks. V. 2013. Article ID 396850. 7 p.
4. Dziubenko I.N., Tatarnikova T.M. Algorithm for Solving Optimal Sensor Devices Placement Problem in Areas with Natural Obstacles // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). 2018. Р. 1–4.
   DOI: 10.1109/WECONF.2018.8604325.
5. Осипов И.Е. Mesh-сети: технологии, приложения, оборудование // Технологии и средства связи. 2006. № 4. С. 38–45.
6. Богатырев В.А., Кармановский Н.С., Попцова Н.А., Паршутина С.А., Воронина Д.А., Богатырев С.В. Имитационная модель поддержки проектирования инфокоммуникационных резервированных систем // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 5(105). С. 831–838. DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-5-831-838.
7. Krishnamurthy V. POMDP multi-armed bandit formulation for energy minimization in sensor networks. In: Proc. IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech, Signal Processing (ICASSP). 2005. Р. 793–796. DOI: 10.1109/ICASSP.2005.1416423.
8. Татарникова Т.М., Дзюбенко И.Н. Методы увеличения жизненного цикла сети интернета вещей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 843–849. DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-843-849.
9. Миклуш В.А., Татарникова Т.М., Палкин И.И. Решение задачи экологического мониторинга акватории порта с помощью распределенной системы датчиков // Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 5. С. 404–411. DOI: 10.17586/0021-3454-2021-64-5-404-411.
10. Кашкаров А.П. Датчики в электронных схемах. От простого к сложному. М.: ДМК Пресс, 2013. 200 c.
11. Парфенов В.И., Ле Ван Донг. Алгоритмы комплексирования информации в беспроводных сенсорных сетях с учетом вероятности выхода сенсоров из строя // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 12(19). С. 53–59.