Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування
| dc.contributor.advisor | Лисенко, Олександр Іванович | |
| dc.contributor.author | Сушин, Ігор Олексійович | |
| dc.date.accessioned | 2025-05-13T13:54:16Z | |
| dc.date.available | 2025-05-13T13:54:16Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | Сушин І.О. Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025. За матеріалами дисертації опубліковано: 46 робіт. З яких 19 – це статті у журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України за спеціальністю дисертації або у періодичних виданнях іноземних держав, 14 - публікації у матеріалах конференцій, у тому числі, міжнародних, 4 колективні монографії, 3 статті в інших журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України, 5 свідоцтв про реєстрацію авторського права на твір та 1 посібник. Результати досліджень в дисертаційній роботі є важливим внеском у розвиток мобільних сенсорних мереж (МСМ) із використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА), зокрема завдяки використанню сенсорів спрямованої дії та двох послідовних рівнів телекомунікаційних аероплатформ різного просторового розташування та енергетичного забезпечення. Зміст дисертації викладено у чотирьох розділах у кожному з яких наведено висновки проведених досліджень. У першому розділі було проведено аналіз сучасних методів організації інфраструктури мобільної сенсорної мережі, а саме: особливості архітектури БСМ, МСМ (необхідність великої кількості вузлів для покриття територій значного розміру, їх обмежені ресурси, вибір оптимальної топології тощо), передачі інформації в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури під час стихійних лих, катастроф, війн (із використанням мобільних базових станцій, транспортних засобів, телекомунікаційних аероплатформ), необхідні для цього апаратні засоби, протоколи обміну даних та інше. Вдосконалення існуючих мобільних сенсорних мереж із використанням телекомунікаційних аероплатформ (тобто наземно-повітряних мереж) було визначено ключовим напрямком, який є найбільш універсальним способом передачі даних. Розглянувши існуючі алгоритми і методи обміну та збору інформації у даних мережах зроблено висновок, що актуальні задачі можуть бути вирішено лише частково або недостатньо ефективно. Як наслідок, визначено цілі досліджень і поставлена задача багатокритеріального вдосконалення. У другому розділі розглянуто структуру та принципи функціонування існуючої на сьогодні системи прототип (мобільної сенсорної мережі з використанням одного рівня телекомунікаційних аероплатформ): особливості організації та моделі польоту, алгоритми розрахунку місць обміну інформації, кластеризації МСМ, визначено недоліки алгоритмів обміну і збору даних, що дало розуміння актуальності та необхідності подальшого розвитку систем даного типу. Як наслідок, представлено підхід у пошуку подальших напрямків вдосконалення методичного апарату стосовно пошуку найкращих дій щодо використання безпроводовових сенсорних мереж загалом та мобільних сенсорних мереж зокрема. Висунуто ідею створення структури наземно-повітряної мережі, що використовує сенсори спрямованої дії та різнорідні телекомунікаційні аероплатформи (гелікоптерного та літакового типів) різнорівневого розташування для підвищення ефективності функціонування в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури (тобто в умовах надзвичайної ситуації). Розроблено математичну модель і метод завдяки якому можливо забезпечити підтримку зв’язності вузлів мобільної мережі сенсорів спрямованої дії (ММССД) з використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА) різнорівневого розташування із досягненням переваг над існуючими мобільними сенсорними мережами (МСМ) з ТА за наступними критеріями: швидкості та часі передачі інформації, кількості безпосередньо задіяних ТА. Обчислення скалярних складових векторного критерію виконувалося за допомогою алгоритмічно заданої моделі. Результати розрахунків показали, що оптимізація за векторним критерієм із використанням запропонованого методу дала покращення порівняно із прототипом від 2% до 43%. Третій розділ присвячено апаратній реалізації запропонованого методу. Проведено аналіз антен спрямованої та всеспрямованої дії, які використовуються для мобільних пристроїв і зокрема в сенсорних вузлах. Визначено переваги та недоліки кожного типу, а також перспективи подальшого розвитку напрямку сенсорів спрямованої дії у наземно-повітряних мережах із застосуванням телекомунікаційних аероплатформ. Проведено розрахунок максимальної довжині лінії зв’язку ТА-вузол (або між ТА двох рівнів), що підтверджується порівняльним комп’ютерним моделюванням у середовищі Atoll. Запропоноване апаратне вдосконалення (завдяки застосуванню сенсорів спрямованої дії) дозволяє у 3.9-4.6 рази збільшити відстань передачі інформації зі збереженням кількості бітових помилок в одиницю часу або збільшити швидкість передачі інформації у 1.7-3.5 рази порівняно із існуючими МСМ із ТА. Четвертий розділ присвячено імітаційному моделюванню та оцінці ефективності запропонованого методу підтримки зв'язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування згідно визначеного переліку критеріїв (із переліку методичних рекомендацій МСЕ-Р та програмного комплексу Matlab). Побудовано дві математичні моделі: існуюча система прототип (МСМ з сенсорами всеспрямованої дії із використанням одного рівня ТА) і система запропонована в дисертації (ММССД із використанням ТА дворівневого розташування). Результати представлені у вигляді графіків та загальної таблиці, що показують покращення запропонованого методу за всіма визначеними критеріями. | |
| dc.description.abstractother | I.O. Sushyn. A method of maintaining connectivity in a mobile network with directed action sensors using telecommunication aerial platforms at different location levels. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for obtaining the scientific degree of PhD in the field of knowledge 17 "Electronics and telecommunications" in the specialty 172 "Telecommunications and radio engineering". – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorskyi Kyiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kyiv, 2025. Based on the materials of the dissertation, 46 papers have been published. 19 of which are articles in journals included in the list of professional publications approved by the Ministry of Education and Science of Ukraine in the specialty of the dissertation or in periodicals of foreign countries, 14 - publications in conference proceedings, including international, 4 - collective monographs, 3 - articles in other journals included in the list of professional publications approved by the Ministry of Education and Science of Ukraine, 5 - certificates of registration of copyright for the work and 1 tutorial The research results in the dissertation are an important contribution to the development of mobile sensor networks (MSNs) using telecommunications aeroplatforms (TA), in particular through the use of directional sensors and two consecutive levels of telecommunication aeroplatforms of different spatial arrangement and energy supply. The dissertation content is presented into four chapters, each presenting and elucidating the conclusions of the conducted researches. In the first chapter analyzed modern methods of organizing a mobile sensor network infrastructure, namely: features of the WSN, MSN architecture (the need for a large number of nodes to cover big areas, their limited resources, the choice of optimal topology, etc.), information transmission in the absence of telecommunications infrastructure during natural disasters, catastrophes, wars (using mobile base stations, vehicles, telecommunication aeroplatforms), the necessary hardware, data exchange protocols and other. Improvement of existing mobile sensor networks with the use of telecommunications aeroplatforms (i.e. ground-to-air networks) has been identified as a key area that is the most versatile method of data transmission. Having considered the existing exchanging and collecting information algorithms and methods in these networks, it was concluded that current tasks can be solved only partially or not effectively enough. As a result, research goals were defined and the task of multi-criteria improvement was set. In the second chapter examines the structure and operation principles of the currently existing prototype system (mobile sensor network with using one telecommunication aeroplatforms level): features of the organization and flight model, algorithms for calculating information exchange locations, clustering of MSN, identified data exchange and collection algorithms shortcomings, which provided relevance and necessity understanding of further development systems of this type. As a result, an approach is presented to find further directions for improving the methodological apparatus regarding the search for the best actions for the use of wireless sensor networks in general and mobile sensor networks in particular. The idea of creating a ground-to-air network structure, which using directed-action sensors and various telecommunication aerial platforms (helicopter and aircraft types) at different location levels has been put forward to increase the efficiency of functioning in the absence of telecommunications infrastructure (i.e. in an emergency situation). A mathematical model and method have been developed that allow for the support of maintaining connectivity between nodes of a mobile directed-action sensor network (MDASN) with using different location levels telecommunication aerial platforms (TA) with achieving advantages over existing mobile sensor networks (MSNs) with TA according to the following criteria: speed and time of information transmission, number of directly involved TAs. The calculation of the scalar components of the vector criterion was performed using an algorithmically specified model. The calculation results showed that optimization by the vector criterion using the proposed method gave an improvement compared to the prototype from 2% to 43%. The third chapter is devoted to the hardware implementation of the proposed method. An analysis of directional and omnidirectional antennas used for mobile devices and in particular in sensor nodes was conducted. The advantages and disadvantages of each type were identified, as well as the prospects for further development of directed-action sensors in ground-to-air networks using telecommunication aerial platforms. The maximum length of the TA-node communication line (or between two levels TAs) was calculated, which is confirmed by comparative computer modeling in the Atoll environment. The proposed hardware improvement (due to the use of directed-action sensors) allows to increase information transmission distance by 3.9-4.6 times while maintaining the number of bit errors per time unit or increase the information transmission speed by 1.7-3.5 times compared to existing MSN with TA. The fourth chapter is devoted to simulation modeling and effectiveness evaluation of the proposed method for maintaining connectivity in a mobile directed-action sensor network using telecommunication aeroplatforms at different location levels according to a specified list of criteria (from the list of ITU-R methodological recommendations and the Matlab software package). Two mathematical models were designed: the existing prototype system (MSN with omnidirectional action nodes using TA at one level) and the system proposed in the dissertation (MDASN using TA at two levels). The results are presented in the form of a graphs and a general table, which show the improvement of the proposed method across all defined criteria. | |
| dc.format.extent | 164 с. | |
| dc.identifier.citation | Сушин, І. О. Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування : дис. … д-ра філософії : 172 – Телекомунікації та радіотехніка / Сушин Ігор Олексійович. – Київ, 2025. – 164 с. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/73801 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | підтримка зв’язності мережі | |
| dc.subject | безпроводова сенсорна мережа | |
| dc.subject | мобільна сенсорна мережа | |
| dc.subject | система радіозв’язку | |
| dc.subject | сенсори спрямованої дії | |
| dc.subject | безпроводові пристрої | |
| dc.subject | телекомунікаційні аероплатформи | |
| dc.subject | БПЛА | |
| dc.subject | ТА різнорівневого розташування | |
| dc.subject | літаюча самоорганізована мережа | |
| dc.subject | кластеризація | |
| dc.subject | безпроводовий канал зв’язку | |
| dc.subject | Wi-Fi | |
| dc.subject | енергоефективність | |
| dc.subject | maintaining connectivity of network | |
| dc.subject | wireless sensor network | |
| dc.subject | mobile sensor network | |
| dc.subject | radio communication system | |
| dc.subject | directed-action sensor | |
| dc.subject | wireless devices | |
| dc.subject | telecommunication aerial platforms | |
| dc.subject | UAVs | |
| dc.subject | TA at different location levels | |
| dc.subject | flying ad-hoc network | |
| dc.subject | clusterization | |
| dc.subject | wireless communication channel | |
| dc.subject | energy efficiency | |
| dc.subject.udc | 621.391 | |
| dc.title | Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: