Оптимізація енергоефективності у безпроводових сенсорних мережах

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorФуртат, Олена Вікторівна
dc.contributor.authorПроценко, Андрій Олександрович
dc.date.accessioned2025-07-16T09:46:55Z
dc.date.available2025-07-16T09:46:55Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність роботи. У сучасному світі безпроводові сенсорні мережі відіграють важливу роль у широкому спектрі галузей - від моніторингу навколишнього середовища та інфраструктури до охорони здоров’я, сільського господарства, розумного дому, військових застосувань та промислових систем Інтернету речей . Ключовою перевагою таких мереж є їх здатність забезпечувати автономне функціонування великої кількості сенсорних вузлів, які можуть бути розміщені у важкодоступних або енергетично обмежених умовах. Проте автономність таких систем тісно пов’язана з обмеженими енергетичними ресурсами, зокрема живленням від акумуляторів, які часто неможливо замінити або підзарядити після встановлення. Мета роботи полягає у проведенні комплексного аналізу методів оптимізації енергоспоживання в безпроводових сенсорних мережах (WSN) з урахуванням особливостей їхньої архітектури, функціонального призначення та обмежень енергоресурсів. Це включає дослідження принципів побудови WSN, виявлення основних джерел енергоспоживання в таких мережах, а також систематизацію сучасних підходів до енергозбереження на різних рівнях – фізичного, канального прикладного. У межах поставленої мети розглядаються технічні та алгоритмічні рішення, які дозволяють мінімізувати витрати енергії за рахунок ефективного управління режимами роботи вузлів, оптимізації обміну даними, маршрутизації, а також використання інтелектуальних методів контролю активності мережі. Особлива увага приділяється практичній реалізації вибраних підходів у експериментальній моделі сенсорної мережі з подальшим аналізом досягнутого рівня енергоефективності. Об’єкт дослідження - Оптимізація енергоефективності у безпроводових сенсорних мережах. Предмет досліджень - Безпроводові сенсорні мережі. Методи дослідження. В роботі використовуються підходи практичного, критичного та порівняльного aнaлізу, протягом дослідження теорії тa облaднaння безпроводових сенсорних мереж. Отримaні результaти. У результаті виконаної дипломної роботи було здійснено комплексний аналіз архітектур, компонентів і методів оптимізації енергоспоживання у WSN. Проведено класифікацію джерел енерговитрат у WSN та проаналізовано фактори, що впливають на тривалість автономної роботи вузлів. Систематизовано сучасні методи оптимізації, серед яких: управління режимами сну, подієва активація, агрегація та фільтрація даних, data throttling, адаптивне управління потужністю передавача та застосування поновлюваних джерел живлення. Розроблено експериментальну модель сенсорного вузла на базі ESP32-CAM та HC-SR501, яка дозволила перевірити ефективність окремих методів оптимізації у практичних сценаріях. Проведено енергетичні розрахунки для різних режимів роботи, що продемонстрували значну різницю у тривалості автономної роботи залежно від обраної стратегії. Отримані результати підтверджують доцільність індивідуального підбору або поєднання енергоефективних рішень відповідно до конкретних умов експлуатації WSN. Гaлузь зaстосувaння. Результати дослідження можуть бути використані в проєктуванні та експлуатації безпроводових сенсорних мереж у різних сферах, де енергоефективність є критичним фактором стабільної роботи системи. Усі сфери мають спільну потребу у зниженні енергоспоживання, що дозволяє зменшити експлуатаційні витрати, подовжити термін служби мереж та забезпечити їхню ефективність у довготривалих розгортаннях. Тому результати цієї роботи можуть бути безпосередньо впроваджені в реальні проєкти та використані в подальших наукових і прикладних дослідженнях.
dc.description.abstractotherRelevance of the work. In the modern world, wireless sensor networks play a vital role across a wide range of fields - from environmental and infrastructure monitoring to healthcare, agriculture, smart homes, military applications, and industrial Internet of Things (IIoT) systems. The key advantage of such networks lies in their ability to provide autonomous operation of a large number of sensor nodes, which can be deployed in hard-to-reach or energy-constrained environments. However, the autonomy of these systems is closely linked to their limited energy resources, particularly battery power, which often cannot be replaced or recharged after deployment. Goal. The goal of this work is to conduct a comprehensive analysis of energy consumption optimization methods in wireless sensor networks (WSNs), taking into account the architectural features, functional purposes, and energy constraints of such systems. This includes the study of WSN design principles, identification of the main sources of energy consumption in these networks, and systematization of modern energy-saving approaches at different levels - from the physical to the application layer. Within the framework of the stated aim, the work explores technical and algorithmic solutions that allow for minimizing energy consumption through efficient node operation mode control, data exchange optimization, routing improvement, and the use of intelligent methods for managing network activity. Special attention is given to the practical implementation of selected approaches in an experimental sensor network model, followed by analysis of the achieved energy efficiency level. The object of the research is energy efficiency optimization in wireless sensor networks. The subject of the research is the wireless sensor networks. Research methods. This work employs approaches of practical, critical, and comparative analysis during the study of theory and hardware components of wireless sensor networks. Results obtained. As a result of this thesis, a comprehensive analysis of the architectures, components, and energy optimization methods in WSNs was carried out. The main sources of energy consumption in WSNs were classified, and the key factors influencing the autonomous operation of sensor nodes were analyzed. Modern optimization techniques were systematized, including sleep mode management, eventdriven activation, data aggregation and filtering, data throttling, adaptive transmission power control, and the use of renewable energy sources. An experimental sensor node model was developed using the ESP32-CAM and HC-SR501 modules, which made it possible to evaluate the practical effectiveness of various energy-saving approaches. Power consumption calculations were performed for different operating modes, showing significant differences in node autonomy depending on the chosen strategy. The results confirm the importance of selecting or combining energy optimization solutions based on the specific operational conditions of the WSN. Field of application. The results of this study can be applied in the design and deployment of wireless sensor networks in various domains where energy efficiency is a critical factor for ensuring system reliability and longevity. All such domains share a common requirement to reduce energy consumption, which leads to lower operational costs, extended network lifespan, and enhanced performance during long-term deployments. Therefore, the findings of this work can be directly integrated into realworld projects and serve as a foundation for further scientific and applied research.
dc.format.extent80 с.
dc.identifier.citationПроценко, А. О. Оптимізація енергоефективності у безпроводових сенсорних мережах : дипломна робота ... бакалавра : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Проценко Андрій Олександрович. – Київ, 2025. – 80 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/74979
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectбезпроводові сенсорні мережі
dc.subjectенергоефективність
dc.subjectоптимізація енергоспоживання
dc.subjectподієва активація
dc.subjectлокальна обробка даних
dc.subjectпоновлювані джерела живлення
dc.subjectаналіз енергоспоживання
dc.subjectwireless sensor networks
dc.subjectenergy efficiency
dc.subjectpower consumption optimization
dc.subjectlocal data processing
dc.subjectrenewable energy sources
dc.subjectpower consumption analysis
dc.titleОптимізація енергоефективності у безпроводових сенсорних мережах
dc.typeBachelor Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Procenko_bakalavr.pdf
Розмір:
1.22 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

Бакалаврські роботи (ТК)
Бакалаврські роботи