Предлагаемая новая модель беспроводной сети датчиков может быть применена для оптимизации энергопотребления сети. Этому способствует оптимизация структуры связей между узлами, учитывающая ёмкость источника питания узла, объём собираемой и передаваемой узлом информации, а также энергетическую возможность связи между узлами и её количественную оценку. Использование данной модели позволит оптимизировать структуру энергопотребления в беспроводной сети с целью повышения времени её автономной работы. (Речь идёт о времени до первого отказа узла сети из-за исчерпания ресурса источника питания.) Представленная модель приводится в терминах теории графов. Обосновывается актуальность исследования. Описывается подход к решению поставленной задачи, основанный на решении соответствующей задачи линейного программирования. Рассматривается одна из реализаций решения в виде программы для ЭВМ. Описываются результаты компьютерного моделирования. Приводятся выводы, касающиеся применимости таких технологий на практике.
беспроводные сети датчиков, беспроводные сенсорные сети (БСС), оптимизация энергопотребления, энергетическая балансировка.
Введение.Исследователи во всём мире проявляют активный интерес к беспроводным сетям датчиков, или беспроводным сенсорным сетям (БСС). Это обусловлено их универсальностью и удобством использования. Среди проблем, наиболее остро стоящих в связи с их использованием [1], можно отметить вопросы энергоэффективности и отказоустойчивости.
Одним из основных преимуществ БСС и одновременно существенной проблемой является автономное питание, требующее регулярной замены элементов. Отчасти эта проблема решается с помощью подхода EnergyHarvesting, предполагающего преобразование энергии побочных механических, тепловых или электромагнитных воздействий в электрический ток для питания устройства. Широкое применение методов EnergyHarvesting является отличительной чертой устройств, разрабатываемых под товарным знаком EnOcean.
В контексте разработки систем для мониторинга промышленных объектов автономное питание узлов сенсорной сети, с одной стороны, является серьёзной проблемой, так как множество специальных датчиков (например, некоторые газоанализаторы) отличаются высоким энергопотреблением. С другой стороны, EnergyHarvesting в производственных условиях потенциально может применяться с большим успехом, учитывая высокий уровень электромагнитных и тепловых шумов, вибраций, производимых промышленным оборудованием. Возможность использования преобразователей вибрации в электрический ток для питания узла сенсорной сети показана, например, в [2].
Стоит отметить, что вопрос энергобезопасности сети требует наблюдения за текущим состоянием питания всех узлов с обязательным учётом их физического расположения (все узлы сети должны быть постоянно доступны) и маршрутов прохождения данных [3, 4].
1. Dargie, W. Fundamentals of Wireless Sensor Networks. Theory and Practice / W. Dargie, C. Poellabauer. — London ; Chichester : John Wiley & Sons Ltd, 2010. — 311 p.
2. Уитакер, М. Energy Harvesting. Новый этап в развитии автономных устройств / М. Уитакер, И. Бочарников // Компоненты и технологии. — 2010. — № 8. — С. 146–169.
3. Мочалов, В. А. Метод синтеза отказоустойчивой структуры сенсорной сети при наличии ограничений по размещению узлов сети в разнородном пространстве / В. А. Мочалов // T-Comm : Телекоммуникации и транспорт. — 2012. — № 10. — С. 71–75.
4. Киреев, А. О. Распределённая система энергетического мониторинга беспроводных сенсорных сетей / А. О. Киреев // Изв. Юж. федер. ун-та. Техн. науки. — 2011. — Т. 118, № 5. — С. 60–65.
5. Ishmanov, F. Energy consumption balancing (ECB) issues and mechanisms in wireless sensor networks (WSNs): a comprehensive overview / F. Ishmanov, A.-S. Malik, S.-W. Kim // European Transactions on Telecommunications. — 2011. — Т. 22. — С. 151–167.
6. Восков, Л. С. Метод энергетической балансировки беспроводной стационарной сен-сорной сети с автономными источниками питания / Л. С. Восков, М. М. Комаров // Бизнес-информатика. — 2012. — № 1 (19). — С. 70–75.
7. Ефремов, С. Г. Задача увеличения времени автономной работы беспроводных сенсорных сетей в системах сбора данных и способ её решения / С. Г. Ефремов, Л. С. Восков // Датчики и системы. — 2013. — № 4. — С. 2–6.
8. Восков, Л. С. Позиционирование датчиков беспроводной сенсорной сети как способ энергосбережения / Л. С. Восков, М. М. Комаров // Датчики и системы. — 2012. — № 1. — С. 34–38.
9. Bouabdallah, F. On balancing energy consumption in wireless sensor networks / F. Bouabdallah, N. Bouabdallah, R. Boutaba // IEEE Transactions on Vehicular Technology. — 2009. — Vol. 58, № 6. — Pp. 2909–2924.
10. Оптимальное расположение узла-стока в беспроводной сенсорной сети : св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ 2014610877 Рос. Федерация / М. Н. Мохсен, И. В. Богуславский. — № 2013660754 ; заявл. 21.11.2013 ; опубл. 17.01.2014, бюл. № 2 (88), 2014. — 1 с.
