Енергоефективний протокол маршрутизації для бездротових сенсорних мереж у системах IoT
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми. Розвиток технологій Інтернету речей супроводжується зростанням вимог до надійності протоколів маршрутизації. Однією з основних проблем для довгострокового функціонування таких систем залишається швидке виснаження автономних джерел живлення під час радіообміну між пристроями, оскільки витрати енергії на зв'язок перевищують витрати на обчислення. Зважаючи на це, актуальною задачею є розробка алгоритмів маршрутизації, здатних забезпечувати адаптивне балансування навантаження та запобігати передчасному виснаженню вузлів.
Об’єкт дослідження. Інфраструктура бездротових сенсорних мереж, що функціонують в середовищі IoT.
Предмет дослідження. Предмет дослідження – енергоефективні методи та алгоритми маршрутизації в IoT для передачі інформації між автономними вузлами.
Мета роботи. Підвищення енергоефективності та подовження життєвого циклу бездротових сенсорних мереж в інфраструктурі Інтернету речей шляхом розробки, математичного обґрунтування та імітаційного моделювання нового протоколу маршрутизації, що забезпечує адаптивну кластеризацію, предиктивну оптимізацію мережевого навантаження на основі нечіткої логіки, алгоритму рою частинок і Mesh-магістралі.
Наукова новизна одержаних результатів. Запропоновано комплексний підхід до організації мережевої топології, реалізований у гібридному протоколі ASMPLEACH. Наукова новизна полягає розробці комплексного гібридного підходу на основі поєднання ройового інтелекту, апарату нечіткої логіки та машинного навчання для системної мінімізації енерговитрат. До цільової функції оптимізації інтегровано предиктивний фактор стабільності, який забезпечує механізм завчасного виявлення перевантажених ділянок завдяки оцінці дисперсії споживання заряду. Це дозволяє динамічно перерозподіляти потоки та формувати Mesh-магістраль.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблений метод збільшує період стабільності мережі та зводить до мінімуму втрати інформаційних пакетів. Запропоноване рішення може бути використано в реальних проектах, де важливо забезпечити тривалу автономну роботу датчиків на значних площах.
Особистий внесок. Особистий внесок при виконанні роботи полягає у проведенні аналізу області та створенні математичної моделі алгоритму. Розроблено імітаційну модель бездротової мережі IoT. Проведено порівняння різних алгоритмів маршрутизації за різними показниками.
Апробація результатів роботи. Ключові ідеї та результати дослідження були описані у статті «Підвищення енергоефективності маршрутизації в IoT шляхом впровадження багатокритеріальної оптимізації та Mesh-структур»
Публікації. Основні наукові здобутки висвітлено у двох працях:
- Клятченко Я. М., Катюха Б. М., Методи, структури та алгоритми підвищення енергоефективності бездротових IoT мереж // Матеріали конф. ПМК-2025 (м. Київ, 19-21 листопада 2025 р.).
- Катюха Б. М., Клятченко Я. М., Підвищення енергоефективності маршрутизації в IoT шляхом впровадження багатокритеріальної оптимізації та Mesh-структур // Науковий журнал «Компʼютерно-інтегровані технології: освіта, наука, виробництво», 2026 р.
Структура та обсяг роботи. Матеріали дисертації викладені на 102 сторінках. У роботі наведено 3 таблиці та 7 рисунків. Документ включає вступну частину, чотири розділи, загальні підсумки, список використаних джерел із 49 найменувань та додатки.
- Перший розділ розглядає теоретичні аспекти проблеми енергоспоживання у сенсорних мережах, містить огляд сучасних протоколів передачі даних та аналізує їхні вразливості, що призводять до передчасного виснаження батарей в умовах IoT.
- Другий розділ присвячений математичному опису гібридного алгоритму та формалізації багатокритеріальної задачі оптимізації, де ключовим пріоритетом є рівномірне збереження заряду завдяки кластеризації та гнучким Mesh-зв'язкам.
- Третій розділ описує хід симуляції мережі та експериментів і на базі цього аналізує отримані показники мережі. Досліджується динаміка життєвого циклу, пропускна здатність, обгрунтовується, що накладні витрати на інтелектуальні обчислення виправдовуються економією енергії на трансляції даних.
- Четвертий розділ оцінює доцільність застосування протоколу в розрізі різних профілів трафіку, аналізує компроміс між енергозбереженням і часовими затримками. Досліджує недоліки алгоритму та визначає перспективи подальшого зниження ресурсоємності мережі.
Опис
Ключові слова
енергозбереження, енергоефективна маршрутизація, ройовий інтелект, нечітка логіка, бездротові сенсорні мережі, Інтернет речей, Mesh-магістраль, кластерна ієрархія., energy saving, energy-efficient routing, swarm intelligence, fuzzy logic, wireless sensor networks, Internet of Things, Mesh backbone, cluster hierarchy.
Бібліографічний опис
Катюха, Б. М. Енергоефективний протокол маршрутизації для бездротових сенсорних мереж у системах IoT : 123 Комп'ютерна інженерія / Катюха Богдан Миколайович. – Київ, 2026. – 102 с.