Спосіб оптимізації енергоживлення IoT-системи моніторінгу кліматичних показників
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми: Стрімка інтеграція Інтернету речей (IoT) у сфери екологічного моніторингу та точного землеробства вимагає розгортання мереж автономних сенсорів у важкодоступних місцях. Критичною проблемою таких систем є обмежений енергетичний ресурс хімічних джерел живлення. Існуючі методи керування зі статичними інтервалами активності є неефективними в умовах динамічного середовища, що призводить до надлишкових витрат енергії та здорожчання експлуатації. Тому розробка адаптивних методів керування, здатних балансувати між деталізацією даних та енергозбереженням, є актуальним науково-прикладним завданням.
Мета роботи: Підвищення енергоефективності та подовження терміну автономної роботи ІТ-системи моніторингу кліматичних показників шляхом розробки, реалізації та дослідження модифікованого гібридного методу адаптивного керування режимами функціонування мікроконтролерів. Об’єкт дослідження: Процес енергоспоживання в розподілених автономних ІТ-системах моніторингу параметрів навколишнього середовища. Предмет дослідження: Методи, моделі та алгоритми адаптивного керування режимами роботи мікроконтролерів (ESP32) та комунікаційних інтерфейсів для мінімізації інтегральних енергетичних витрат.
Методи дослідження: У роботі використано методи системного аналізу (для вибору апаратної платформи та протоколів), теорії скінченних автоматів (для моделювання станів пристрою), об'єктно-орієнтованого програмування (для реалізації ПЗ), натурного експерименту (для вимірювання струмів споживання) та математичної статистики (для обробки результатів). Наукова новизна: Удосконалено метод керування енергоспоживанням шляхом розробки гібридного адаптивного алгоритму, який поєднує локальну аналітику на мікроконтролері (для LoRa/BLE) та хмарне керування на базі AWS Lambda (для Wi-Fi), що дозволило знизити енергоспоживання на 72–87% порівняно з базовими методами. Вперше проведено комплексне порівняльне дослідження енергоефективності п’яти протоколів (MQTT, HTTP, CoAP, BLE, LoRaWAN) на єдиній апаратній базі, за результатами якого доведено перевагу протоколу CoAP (12.47 мА) та технології LoRa (12.63 мА) для задач моніторингу. Практична цінність: Розроблено універсальну програмно-апаратну платформу на базі ESP32 та BME680, реалізовано захищену архітектуру збору даних із використанням сервісів AWS. Впровадження розроблених алгоритмів дозволяє подовжити час автономної роботи пристрою. Особистий внесок магістранта: Обґрунтовано вибір компонентної бази, розроблено архітектуру системи та схеми безпеки, програмно реалізовано адаптивні алгоритми для п’яти протоколів, створено вимірювальний стенд та проведено серію експериментів з аналізом результатів.
Апробація результатів дисертації:
- XVIII науково-практичній конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп'ютинг» (м. Київ, 2025 р.).
- International R&D Online Student Conference And Competition “Science And Technology Of The XXI Century” (м. Київ, 2025 р.).
Публікації:
- 1 стаття у науковому фаховому виданні України (категорія «Б») «Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки»;
- 2 тез доповідей у збірниках матеріалів міжнародних та всеукраїнських конференцій.
Структура та обсяг роботи: Магістерська дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків до кожного розділу, загальних висновків, списку використаних джерел (19 найменувань) та додатків. Загальний обсяг – 115 сторінок, з них 84 сторінки основного тексту, 4 рисунки, 4 таблиці, 4 додатків.
Опис
Ключові слова
IoT, ESP32, енергоефективність, адаптивний алгоритм, Deep Sleep, MQTT, CoAP, LoRaWAN, BLE, AWS IoT, Energy Efficiency, Adaptive Algorithm
Бібліографічний опис
Стецюренко, І. С. Спосіб оптимізації енергоживлення IoT-системи моніторингу кліматичних показників : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія / Стецюренко Ілля Станіславович. – Київ, 2025. – 115 с.