Використання адаптивних MAC-протоколів для інтеграції даних гетерогенних сенсорів у IoT-системах

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorРуренко, Олександр Григорович
dc.contributor.authorВівсяний, Владислав Сергійович
dc.date.accessioned2026-02-10T12:44:21Z
dc.date.available2026-02-10T12:44:21Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractРобота містить 117 сторінок, 9 рисунків та 1 додаток. Було використано 30 джерел. Актуальність теми: Актуальність магістерської дисертації зумовлена стрімким зростанням кількості IoT-пристроїв і розширенням сфер їх застосування, що супроводжується підвищенням навантаження на бездротові сенсорні мережі. За таких умов істотно зростають вимоги до стабільності передавання даних, затримки та енергоефективності мережевих протоколів. Більшість існуючих MAC-протоколів використовують фіксовані параметри доступу до середовища, що обмежує їх здатність адаптуватися до змінної інтенсивності трафіку та гетерогенності сенсорних вузлів. Це призводить до деградації показників якості обслуговування, особливо в умовах пікових навантажень. У зв’язку з цим актуальним є дослідження адаптивних MACпротоколів, здатних динамічно змінювати параметри роботи мережі відповідно до поточного стану. Аналіз наукових публікацій показав, що значна частина сучасних MACрішень орієнтована переважно на зменшення енергоспоживання, тоді як питання забезпечення стабільності доставки даних і обмеження затримки в умовах високого та нерівномірного навантаження залишаються недостатньо опрацьованими. Особливо це стосується сценаріїв інтеграції гетерогенних сенсорів у межах IoT-систем. Це обґрунтовує доцільність проведення імітаційного дослідження адаптивних механізмів MAC-рівня. Мета й завдання дослідження: Метою роботи є дослідження ефективності адаптивного MAC-протоколу для інтеграції даних гетерогенних сенсорів у IoT-системах на основі імітаційного моделювання. Для досягнення мети в роботі вирішено такі завдання: - проаналізувати існуючі MAC-протоколи та визначити їх обмеження; - розробити формалізовану модель сенсорної мережі зі змінним навантаженням; - реалізувати програмну імітаційну модель MAC-протоколів; - провести експериментальні дослідження для різних режимів трафіку; - виконати порівняльний аналіз адаптивного MAC-протоколу та SMAC. Об’єкт дослідження – процес доступу до середовища передавання даних у бездротових IoT-мережах. Предмет дослідження – методи та механізми адаптивного керування параметрами MAC-рівня в умовах гетерогенного трафіку. Методи дослідження: у роботі використано методи аналізу наукових джерел, формалізації процесів, дискретно-подієвого імітаційного моделювання, статистичного усереднення результатів експериментів та графічного аналізу. Програмну реалізацію виконано мовою Python з використанням бібліотек SimPy, NumPy та Matplotlib. Наукова новизна: полягає в обґрунтуванні та дослідженні адаптивного механізму MAC-рівня, у якому кількість активних слотів динамічно змінюється залежно від поточного навантаження мережі. Отримано нові кількісні результати, що підтверджують переваги такого підходу над класичними протоколами з фіксованими параметрами. Практичне значення одержаних результатів: Результати можуть бути використані під час проєктування IoT-систем, бездротових сенсорних мереж, систем моніторингу та промислових IoT-рішень. Розроблена імітаційна модель може бути застосована для подальших досліджень MAC-протоколів.
dc.description.abstractotherThe work contains 135 pages, 9 figures, and 1 appendix. 30 sources were used. Relevance of the topic: The relevance of the master's thesis is due to the rapid growth in the number of IoT devices and the expansion of their areas of application, accompanied by an increase in the load on wireless sensor networks. Under such conditions, the requirements for data transmission stability, latency, and energy efficiency of network protocols are significantly increasing. Most existing MAC protocols use fixed parameters for accessing the environment, which limits their ability to adapt to variable traffic intensity and sensor node heterogeneity. This leads to a degradation in quality of service, especially during peak loads. In this regard, it is important to study adaptive MAC protocols that are capable of dynamically changing network parameters according to the current state. An analysis of scientific publications has shown that a significant part of modern MAC solutions is focused primarily on reducing energy consumption, while the issues of ensuring stable data delivery and limiting delays under conditions of high and uneven load remain insufficiently addressed. This is especially true for scenarios involving the integration of heterogeneous sensors within IoT systems. This justifies the feasibility of conducting a simulation study of adaptive MAC-level mechanisms. Research objectives and tasks: The aim of the work is to study the effectiveness of an adaptive MAC protocol for integrating data from heterogeneous sensors in IoT systems based on simulation modeling. To achieve this goal, the following tasks were solved: - analyze existing MAC protocols and identify their limitations; - develop a formalized model of a sensor network with variable load; - implement a software simulation model of MAC protocols; - conduct experimental studies for different traffic modes; - perform a comparative analysis of the adaptive MAC protocol and SMAC. The object of research is the process of accessing the data transmission environment in wireless IoT networks. The subject of research is methods and mechanisms for adaptive control of MAC-level parameters in heterogeneous traffic conditions. Research methods: the work uses methods of analysis of scientific sources, formalization of processes, discrete-event simulation modeling, statistical averaging of experimental results, and graphical analysis. The software implementation was performed in Python using the SimPy, NumPy, and Matplotlib libraries. Scientific novelty: consists in the justification and study of an adaptive MAClevel mechanism in which the number of active slots dynamically changes depending on the current network load. New quantitative results have been obtained that confirm the advantages of this approach over classical protocols with fixed parameters. Practical significance of the results obtained: The results can be used in the design of IoT systems, wireless sensor networks, monitoring systems, and industrial IoT solutions. The developed simulation model can be used for further research on MAC protocols.
dc.format.extent117 с.
dc.identifier.citationВівсяний, В. С. Використання адаптивних MAC-протоколів для інтеграції даних гетерогенних сенсорів у IoT-системах : магістерська дис. : 172 Електронні комунікації та радіотехніка / Вівсяний Владислав Сергійович. – Київ, 2025. – 117 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78729
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectінтернет речей
dc.subjectбездротові сенсорні мережі
dc.subjectMAC-протокол
dc.subjectадаптивний MAC
dc.subjectгетерогенні сенсори
dc.subjectімітаційне моделювання
dc.subjectSIMPY
dc.subjectзатримка передачі
dc.subjectенергоефективність
dc.titleВикористання адаптивних MAC-протоколів для інтеграції даних гетерогенних сенсорів у IoT-системах
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Vivsianyi_magistr.pdf
Розмір:
1.52 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 (ТК)
Магістерські роботи