АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ 

Муравьев Константин Александрович, старший преподаватель, кафедра проектирования и технологии производства электронной аппаратуры, Москоский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1), E-mail: kostiktakaya@gmail.com
Алябьев Илья Олегович, студент, Москоский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1), E-mail: olego9942@gmail.com
Синютина Дарина Сергеевна, студент, Москоский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1), E-mail: dsin76@yandex.ru
Шушуев Артемий Игоревич, студент, Москоский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1), E-mail: assassin1th@gmail.com 

621.3 

DOI

10.21685/2307-4205-2020-4-9 

В работе проанализированы технологические платформы для построения беспроводных сенсорных сетей. Проведено комплексное сравнение схемотехнических решений типовых узлов. Произведена классификация архитектур и аппаратных решений сенсорных сетей. Предложена типовая структура узла беспроводной сенсорной сети. Обобщены основные аспекты применения для базовых платформ энергоэффективных беспроводных сенсорных сетей.
Показано, что основная тенденция развития энергоэффективных беспроводных сенсорных сетей состоит в том, что маломощные устройства из низкого ценового сегмента преобладают в сборе ограниченного, однотипного набора данных, в то время как устройства из верхнего ценового сегмента используются для требовательных приложений и глобальной координации, организации, установки параметров сети. Предложен способ для работы устройств с высокой вычислительной мощностью. Предложен способ модернизации этих узлов для более эффективной работы в области применения. 

Ключевые слова

беспроводные сенсорные сети, сенсоры, энергопотребление, энергоэффективность, отказоустойчивость, алгоритмы управления, микроконтроллер 

 Скачать статью в формате PDF

1. Володин, К. И. Информационная система сопровождения разработки встраиваемого программного обеспечения для беспроводных сенсорных сетей / К. И. Володин, А. И. Переходов // Надежность и качество сложных систем. – 2015. – № 1 (9). – С. 85–90.
2. Design methods of teaching the development of internet of things components with considering predictive maintenance on the basis of mechatronic devices / A. I. Vlasov, A. V. Yudin, V. A. Shakhnov, K. A. Usov, M. A. Salmina // International Journal of Applied Engineering Research. – 2017. – Vol. 12, № 20. – Р. 9390–9396.
3. Власов, А. И. Системный анализ технологии обмена и хранения данных BLOCKCHAIN / А. И. Власов, А. А. Карпунин, И. П. Новиков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2017. – № 3 (55). – С. 75–83.
4. Демидов, Д. Е. Повышение времени жизни беспроводных сенсорных сетей с использованием нечеткой логики / Д. Е. Демидов, Н. В. Будылдина // Надежность и качество сложных систем. – 2018. – № 3 (23). – С. 50–58.
5. Власов, А. И. Анализ методов и средств обработки информации сенсорного кластера / А. И. Власов, М. Н. Юлдашев // Датчики и системы. – 2018. – № 1 (221). – С. 24–30.
6. Исследование алгоритмов кластеризации в беспроводных сенсорных сетях // Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича. – URL: http://diss.vlsu.ru/uploads/media/Diss_Nasser.pdf (дата обращения: 30.04.2020).
7. Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring / A. Mainwaring, J. Polastre, R. Szewczyk, D. Culler, J. Anderson // Ad Hoc & Sensor Wireless Networks. – 2004. – № 47. – P. 399–423.
8. Власов, Д. С. Исследование качественных показателей беспроводных AD-HOC сетей / Д. С. Власов, Д. С. Коновалов, К. А. Муравьев // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2019. – Т. 1. – С. 155–158.
9. Краснобрыжий, Б. В. Анализ беспроводных сенсорных сетей на основе стандарта ZIGBEE / Б. В. Краснобрыжий, И. В. Лавров, К. А. Муравьев, А. И. Чебова // Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы : сб. XV Молодеж. науч.-техн. конф. – Москва, 2013. – С. 306–314.
10. Зимин, Д. В. Анализ проблем энергоэффективности беспроводных сетей передачи данных на базе стека протоколов ZIGBEE / Д. В. Зимин, К. А. Муравьев // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2016. – Т. 1. – С. 195–197.
11. Санталов, Г. Д. Методика проектирования электронных устройств в концепции «Интернета вещей» / Г. Д. Санталов, К. А. Муравьев, В. В. Леонидов // Проектирование и технология электронных средств. – 2019. – № 1. – С. 10–22.
12. Муравьев, К. А. Анализ принципов построения самоорганизующихся сенсорных сетей / К. А. Муравьев, Д. Г. Манушян // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2018. – Т. 1. – С. 296–301.
13. Лаборатория физических основ и технологий беспроводной связи. – URL: https://wl.unn.ru/study/?page=4 (дата обращения: 07.03.2020).
14. Общие сведения о беспроводных сенсорных сетях. – URL: https://sibsutis.ru/upload/4b6/ %D0%92%D0%9A%D0%A0.pdf (дата обращения: 30.04.2020).
15. Дядюнов, А. Н. Моделирование беспроводных сенсорных сетей / А. Н. Дядюнов, К. Н. Кузнецов // Научный вестник МГТУ ГА. – 2009. – № 139. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovaniebesprovodnyh-sensornyh-setey (дата обращения: 28.04.2020).
16. Адамов, А. П. Протоколы обмена в беспроводных сенсорных сетях регистрации событий / А. П. Адамов, А. А. Адамова, С. Г. Семенцов, А. Т. Темиров // Надежность и качество сложных систем. – 2018. – № 3 (23). – С. 124–132.
17. Камакин, А. С. Разработка защищенного метода передачи данных между устройствами и анализ скорости передачи информации / А. С. Камакин, А. А. Павельев // Технологии инженерных и информационных систем. – 2019. – № 4. – С. 3–9.
18. Муравьев, К. А. Анализ протоколов передачи данных самоорганизующихся сенсорных сетей / К. А. Муравьев, Т. А. Цивинская, Д. Г. Манушян // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2019. – Т. 2. – С. 142–145.
19. Власов, А. И. Анализ методов и средств обработки информации сенсорного кластера / А. И. Власов, М. Н. Юлдашев // Датчики и системы. – 2018. – № 1 (221). – С. 24–30.
20. Денисенко, Н. А. Исследования сенсорной сети датчиков давления / Н. А. Денисенко, А. В. Лавров, К. А. Муравьев, А. И. Чебова // Датчики и системы. – 2013. – № 9 (172). – С. 51–55.
21. Муравьев, К. А. Методы управления сетевым трафиком гетерогенных распределенных телекоммуникационных систем/ К. А. Муравьев, В. В. Терехов // Проектирование и технология электронных средств. – 2017. – № 2. – С. 15–21.
22. Муравьев, К. А. Программно-аппаратный комплекс мониторинга распределенных телекоммуникационных систем / К. А. Муравьев, В. В. Терехов // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2017. – Т. 1. – С. 324–329.
23. Yuldashev, M. N. Energy-efficient algorithm for classification of states of wireless sensor network using machine learning methods / M. N. Yuldashev, A. I. Vlasov, A. N. Novikov // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1015. – P. 032153.
24. Vlasov, A. I. Load balancing in big data processing systems / A. I. Vlasov, K. A. Muraviev, A. A. Prudius, D. A. Uzenkov // International Review of Automatic Control. – 2019. – Vol. 12, № 1. – Р. 42–47.
25. Yuldashev, M. N. Mathematical model of the general problem of state classification in wireless sensor networks / M. N. Yuldashev, A. I. Vlasov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – P. 012002.
26. Власов, А. И. Методы упреждающего прогнозирования состояния широкополосной сети связи / А. И. Власов, В. В. Иванов, И. А. Косолапов // Программные продукты и системы. – 2011. – № 1. – С. 3–6.
27. Адамов, А. П. Беспроводные сенсорные сети с нулевой мощностью / А. П. Адамов, А. А. Адамова // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2018. – Т. 1. – С. 261–264.
28. Адамов, А. П. Повышение надежности элементов сенсорной сети за счет снижения токопотребления чувствительного элемента сенсора / А. П. Адамов, А. А. Адамова, С. Г. Семенцов, А. Т. Темиров // Надежность и качество сложных систем. – 2019. – № 4 (28). – С. 136–141.
29. Адамов, А. П. Энергоэффективные технические решения для беспроводных сенсорных сетей / А. П. Адамов, А. А. Адамова, С. Г. Семенцов // Надежность и качество сложных систем. – 2019. – № 4 (28). – С. 142–148.
30. Иванова, Г. С. Анализ алгоритмов консенсуса в блокчейн-система / Г. С. Иванова, К. А. Володин // Технологии инженерных и информационных систем. – 2019. – № 1. – C. 35–44.
31. Prisyazhnuk, S. P. Method of wireless sensor networks simulation / S. P. Prisyazhnuk, K. A. Muraviev, A. S. Zakharova // Proceedings 2018 Global Smart Industry Conference (GloSIC). – 2018. – P. 8570125.
32. Муравьев, К. А. Анализ показателей качества систем передачи данных / К. А. Муравьев, В. В. Терехов // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2018. – Т. 1. – С. 128–133.
33. Власов, А. И. Гауссовские процессы в регрессионном анализе состояний беспроводной сенсорной сети с учетом электромагнитных помех / А. И. Власов, М. Н. Юлдашев // Технологии электромагнитной совместимости. – 2017. – № 3 (62). – С. 35–43.
34. Бетанов, В. В. Радиочастотные методы локализации в беспроводных сенсорных сетях / В. В. Бетанов, Л. С. Восков, Р. О. Курпатов // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. – 2011. – № 2. – С. 44–49.
35. Восков, Л. С. Сравнительный анализ методов локализации в беспроводных сенсорных сетях / Л. С. Восков, Р. О. Курпатов // Качество. Инновации. Образование. – 2011. – № 3. – С. 35–39.