Дослідження алгоритмів маршрутизації даних у безпровідних сенсорних мережах
Автор: Борецький Ростислав Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Тенденції розвитку сучасного інформаційного суспільства у напрямі реалізації концепції Інтернету речей зумовлює стрімкий розвиток її технологічної основи – безпровідних сенсорних мереж (БСМ). Безумовно, такий успіх у розвитку розподілених мереж (у тому числі БСМ) обумовлений і прогресивним розвитком технології мікроелектромеханічних систем. Зазначена технологія дозволяє на одній мікросхемі об’єднувати кілька «маленьких» датчиків (температури, вологості, руху та інші), тим самим забезпечуючи малогабаритним сенсорним вузлам (СВ) багатофункціональність та економічну виправданість їх використання. Функціональні можливості таких СВ дозволяють реалізувати різні системи для управління процесами та контролю довкілля, що представляє безперечний інтерес у наш час високих технологій, коли людина прагне максимально автоматизувати процеси своєї діяльності [1-3] . Проте, незважаючи на такі важливі властивості БСМ, як можливість самоорганізації та низьке енергоспоживання СВ, для них актуальні проблеми, спричинені обмеженістю енергії акумуляторних батарей та часу доставки даних для додатків реального часу. Зазначені проблеми, перш за все, обумовлені використанням безпровідних каналів передачі, і багато в чому визначаються ефективністю алгоритмів множинного доступу (MAC) і алгоритмів доставки пакетів даних від початкового відправника до кінцевого одержувача за допомогою ретрансляцій проміжними відправниками [4,5]. Питання маршрутизації даних як у провідних, так і у безпровідних мережах завжди були однією з найважливіших тем досліджень. У безпровідних сенсорних мережах дана тематика набуває ще більшої актуальності та інтересу з боку вчених, оскільки від ефективності передвання даних загалом і залежить ефективність роботи всієї БСМ. Таким чином, комплексне вирішення зазначених проблем полягає у забезпеченні ефективної доставки потокових даних сенсорними вузлами, що обумовлює актуальність даної роботи. Об’єкт дослідження – безпровідні сенсорні мережі. Предмет дослідження – алгоритми маршрутизації даних. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження ефективності функціонування алгоритмів маршрутизації даних у безпровідних сенсорних мережах. Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі завдання: 1) здійснити огляд особливостей функціонування безпровідних сенсорних мереж; 2) проаналізувати методи доступу до канальних ресурсів у безпровідних сенсорних мережах; 3) здійснити дослідження ефективності функціонування алгоритмів маршрутизації даних; 4) розробити протокол маршрутизації даних для Інтернету Речей. Методи дослідження. У процесі виконання роботи використовувались методи теорії ймовірності, математичної статистики, імітаційне моделювання . Наукова новизна отриманих результатів полягає у розробці гібридного протоколу маршрутизації даних для Інтернету Речей з використанням теорії ігор та розумних вузлів, які зберігають таблиці маршрутизації як для реактивних, так і для проактивних сусідів, та адаптивно налаштовують свою стратегію маршрутизації в залежності від потреб, що дозволило підвищити ефективність маршрутизації у гетерогенних мережах IoT з різними видами вузлів. Практична значимість отриманих результатів полягає у можливості використання розробленого протоколу маршрутизації у сучасних гетерогенних мережах Інтернету Речей для підвищення ефективності маршрутизації даних. У першому розділі розглянуто взаємозв’язок IoT та безпровідних сенсорних мереж. Здійснено аналіз особливостей функціонування безпровідних сеносрних мереж. У другому розділі розглянуто принципи управління доступом до середовища передачі даних безпровідних сенсорних мереж. Здійснено аналіз особливостей використання основних методів доступу до канальних ресурсів . У третьому розділі проаналізовано різні стратегії побудови маршрутів передачі даних. Здійснено дослідження впливу структури мережі (числа вузлів) на показники функціонування БСМ при застосуванні трьох найбільш поширених протоколів маршрутизації. Четвертий розділ присвячено розробці гібридного протоколу маршрутизації даних для гетерогенної мережі Інтернету Речей з використанням теорії ігор. Пропонований протокол базується на використанні розумних вузлів, які зберігають таблиці маршрутизації як для реактивних, так і для проактивних сусідів, та адаптивно налаштовують свою стратегію маршрутизації. На основі отриманих результатів показано доцільність використання розробленого протоколу маршрутизації даних. У п’ятому розділі представлено економічне обгрунтування доцільності використання розподілених інтернет-ресурсів у сучасних безпровідних мережах.