Спосіб оптимізації енергоживлення IoT-системи моніторінгу кліматичних показників

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПетрашенко, Андрій Васильович
dc.contributor.authorСтецюренко, Ілля Станіславович
dc.date.accessioned2026-01-16T13:15:54Z
dc.date.available2026-01-16T13:15:54Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність 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.
dc.description.abstractotherRelevance of the Topic: The rapid integration of the Internet of Things (IoT) into environmental monitoring and precision agriculture requires the deployment of autonomous sensor networks in remote locations. A critical issue for such systems is the limited energy resource of chemical power sources. Existing control methods with static activity intervals prove ineffective in dynamic environments, leading to excessive energy waste and increased operational costs. Therefore, developing adaptive control methods capable of balancing data granularity and energy conservation is an urgent scientific and applied task. Objective of the Study: To increase energy efficiency and extend the autonomous operation life of the IT climate monitoring system by developing, implementing, and investigating a modified hybrid method for adaptive control of microcontroller operating modes. Object of Study: The process of energy consumption in distributed autonomous IT systems for environmental parameter monitoring. Subject of Study: Methods, models, and algorithms for adaptive control of microcontroller (ESP32) and communication interface operating modes to minimize integral energy costs. Research Method: The study employs methods of system analysis (for selecting hardware and protocols), finite state machine theory (for modeling device states), object-oriented programming (for software implementation), full-scale experimentation (for measuring current consumption), and mathematical statistics (for data processing). Scientific Novelty: The method of energy consumption control has been improved by developing a hybrid adaptive algorithm that combines local analytics on the microcontroller (for LoRa/BLE) and cloud-based control using AWS Lambda (for Wi-Fi), which reduced energy consumption by 72–87% compared to baseline methods.A comprehensive comparative study of the energy efficiency of five protocols (MQTT, HTTP, CoAP, BLE, LoRaWAN) on a single hardware platform was conducted for the first time, proving the advantage of the CoAP protocol (12.47 mA) and LoRa technology (12.63 mA) for monitoring tasks. Practical Value: A universal hardware-software platform based on ESP32 and BME680 has been developed, and a secure data collection architecture using AWS services has been implemented. The implementation of the developed algorithms allows for extending the device's battery life. Personal Contribution: The student justified the choice of components, designed the system architecture and security schemes, implemented adaptive algorithms for five protocols, created a measurement stand, and conducted a series of experiments with results analysis. Approbation of the results of the dissertation: - XVIII scientific and practical conference of master's and postgraduate students "Applied Mathematics and Computing" (Kyiv, 2025). - International R&D Online Student Conference And Competition "Science And Technology Of The XXI Century" (Kyiv, 2025). Publications: - 1 article in the scientific professional publication of Ukraine (category "B") "Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences"; - 2 abstracts of reports in collections of materials of international and all-Ukrainian conferences. Structure and scope of work: The master's dissertation consists of an introduction, four sections, conclusions to each section, general conclusions, a list of sources used (19 names) and appendices. Total volume – 115 pages, of which 84+ pages of main text, 4 figures, 4 tables, 4 appendices.
dc.format.extent115 с.
dc.identifier.citationСтецюренко, І. С. Спосіб оптимізації енергоживлення IoT-системи моніторингу кліматичних показників : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія / Стецюренко Ілля Станіславович. – Київ, 2025. – 115 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78200
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectIoT
dc.subjectESP32
dc.subjectенергоефективність
dc.subjectадаптивний алгоритм
dc.subjectDeep Sleep
dc.subjectMQTT
dc.subjectCoAP
dc.subjectLoRaWAN
dc.subjectBLE
dc.subjectAWS IoT
dc.subjectEnergy Efficiency
dc.subjectAdaptive Algorithm
dc.subject.udc004.7:681.518
dc.titleСпосіб оптимізації енергоживлення IoT-системи моніторінгу кліматичних показників
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Stetsiurenko_magistr.pdf
Розмір:
1.59 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (СПСКС)
Магістерські роботи