Объект исследований: беспроводная сенсорная сеть. Предмет исследования: время жизни сенсорных сетей. В первой главе диссертации рассмотрены общие характеристики и отличительные особенности беспроводных сенсорных сетей (БСС), важные с точки зрения исследуемой проблемы. Приводится описание существующих стандартов в области БСС и возможных областей их применения. Дается общее определение времени жизни БСС с автономными источниками питания, анализируются возможные способы его увеличения. Подробно рассматривается группа методов, использующих энергетическую балансировку узлов сети, в ней в свою очередь выделяется перспективный метод динамической реконфигурации сети с помощью мобильного стока. Проводится анализ существующих моделей реконфигурируемых БСС с мобильным стоком, обосновывается необходимость разработки новой модели. Во второй главе рассматривается разработанная модель сенсорной сети, позволяющая оценивать время ее жизни при динамических реконфигурациях. Проводится методика расчета ключевых параметров модели. Оценивается время жизни различных элементов сенсорной сети при типовых значениях параметров. Проводится обзор и анализ подходов к определению времени жизни сети как распределенной системы, предлагается новое определение, учитывающее ее способность к самовосстановлению. Рассматривается задача оценки маршрутов мобильного стока по критерию времени жизни сети. В третьей главе описывается разработанный метод динамической реконфигурации автономных беспроводных сенсорных сетей, позволяющий решать общую задачу планирования движения мобильного стока для двух сценариев работы сети: 1. Узлы имеют устойчивый характер функционирования, выраженный в неизменной потребляемой мощности в каждой из возможных конфигураций (топологий) сети. 2. Условия функционирования сети могут изменяться, как следствие, мощность, потребляемая узлами, также меняется со временем. Для первого сценария предлагается метод нахождения оптимального маршрута стока по критерию максимизации времени жизни сети, основанный на решении оптимизационной задачи частично-целочисленного линейного программирования. Также рассматривается приближенный метод, позволяющий решать задачи большой размерности. Для второго сценария рассматривается несколько эвристических алгоритмов, включая новый алгоритм GML (Greedy Maximal Lifetime). В четвертой главе в ходе экспериментальных исследований было установлено: - использование протокола маршрутизации GEAR совместно с алгоритмом распределения нагрузки позволяет увеличить время жизни сети; - совместное использование алгоритмов требует передачу большего количества сообщений запросов, что увеличивает загруженность сети и увеличивает энергопотребление сенсорных узлов; - полученные результаты могут быть использованы при разработке гибридных протоколов маршрутизации в сенсорных сетях. БЕСПРОВОДНАЯ СЕНСОРНАЯ СЕТЬ, КООРДИНАТОР, МАРШРУТИЗАТОР, ОКОНЕЧНОЕ УСТРОЙСТВО, ВРЕМЯ ЖИЗНИ СЕТИ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ УСТРОЙСТВА. Об'єкт досліджень: бездротова сенсорна мережу. Предмет дослідження: час життя сенсорних мереж. У першому розділі дисертації розглянуті загальні характеристики та відмінні особливості бездротових сенсорних мереж (БСС), важливі з точки зору досліджуваної проблеми. Наводиться опис існуючих стандартів у галузі БСС і можливих областей їх застосування. Дається загальне визначення часу життя БСС з автономними джерелами живлення, аналізуються можливі способи його збільшення. Докладно розглядається група методів, що використовують енергетичну балансування вузлів мережі, в ній у свою чергу виділяється перспективний метод динамічної реконфігурації мережі за допомогою мобільного стоку. Проводиться аналіз існуючих моделей реконфігурованих БСС з мобільним стоком, обґрунтовується необхідність розробки нової моделі. У другому розділі розглядається розроблена модель сенсорної мережі, що дозволяє оцінювати час її життя при динамічних реконфігурації. Проводиться методика розрахунку ключових параметрів моделі. Оцінюється час життя різних елементів сенсорної мережі при типових значеннях параметрів. Проводиться огляд та аналіз підходів до визначення часу життя мережі як розподіленої системи, пропонується нове визначення, що враховує її здатність до самовідновлення. Розглядається задача оцінки маршрутів мобільного стоку за критерієм часу життя мережі. У третьому розділі описується розроблений метод динамічної реконфігурації автономних бездротових сенсорних мереж, що дозволяє вирішувати загальну задачу планування руху мобільного стоку для двох сценаріїв роботи мережі: 1. Вузли мають стійкий характер функціонування, виражений в незмінній споживаної потужності в кожній з можливих конфігурацій (топології) мережі. 2. Умови функціонування мережі можуть змінюватися, як наслідок, потужність, споживана вузлами, також змінюється з часом. Для першого сценарію пропонується метод знаходження оптимального маршруту стоку за критерієм максимізації часу життя мережі, заснований на вирішенні оптимізаційної задачі частково-цілочисельного лінійного програмування. Також розглядається наближений метод, що дозволяє вирішувати завдання великої розмірності. Для другого сценарію розглядається кілька евристичних алгоритмів, включаючи новий алгоритм GML (Greedy Maximal Lifetime). У четвертому розділі в ході експериментальних досліджень було встановлено: - використання протоколу маршрутизації GEAR спільно з алгоритмом розподілу навантаження дозволяє збільшити час життя мережі; - спільне використання алгоритмів вимагає передачу більшої кількості повідомлень запитів, що збільшує завантаженість мережі і збільшує енергоспоживання сенсорних вузлів; - отримані результати можуть бути використані при розробці гібридних протоколів маршрутизації в сенсорних мережах. БЕЗДРОТОВА СЕНСОРНА МЕРЕЖА, КООРДИНАТОР, МАРШРУТИЗАТОР, КІНЦЕВИЙ ПРИСТРІЙ, ЧАС ЖИТТЯ МЕРЕЖІ, СПОЖИВЧА ПОТУЖНІСТЬ ПРИСТРОЇ. Research's object: local wireless sensor network. Research's purpose: the lifetime of sensor networks. In the first chapter of the thesis deals with general characteristics and features of wireless sensor networks (WSN), important from the point of view of the problem under investigation. The description of the existing standards in the WSN and possible areas of application. To give a general definition of the lifetime of the WSN to independent power sources, analyzes the possible ways to increase it. Group considered in detail the methods that use energy balancing nodes, it in turn released a promising method of dynamic reconfiguration of a network using a mobile flow. The analysis of existing models of reconfigurable WSN with mobile sink, the necessity to develop a new model. The second chapter examines the developed model of the sensor network, which allows to estimate the time of her life with the dynamic reconfiguration. Held method of calculation of the key parameters of the model. Estimated lifetime of the various elements of a sensor network in the standard settings. The review and analysis of approaches to the determination of the lifetime of the network as a distributed system, it is proposed a new definition that takes into account its ability to heal itself. The problem of evaluating routes mobile runoff criterion lifetime of the network. The third chapter describes the developed method of dynamic reconfiguration of autonomous wireless sensor networks, allowing to solve the general problem of motion planning for mobile runoff for two scenarios of the network: 1. Units are sustainable operation, expressed in constant power consumption in each of the possible configurations (topology) of the network. 2. Terms of the network may be changed as a result, the power consumption of nodes, is also changing with time. For the first scenario, we propose a method of finding the optimal route drain on the criterion of maximizing the lifetime of the network, based on the solution of the optimization problem mixed integer linear programming. We also consider an approximate method to solve large-scale problems. For the second scenario examines several heuristic algorithms, including the new algorithm GML (Greedy Maximal Lifetime). In the fourth chapter in the experimental studies found: - The use of a routing protocol GEAR conjunction with load balancing algorithm can increase the lifetime of the network; - Sharing algorithms require the transmission of more request messages, which increases network utilization and increases the power consumption of sensor nodes; - The results can be used in the development of hybrid routing protocols in sensor networks. WIRELESS SENSOR NETWORK, COORDINATOR, ROUTER, TERMINAL DEVICES, LIFETIME NETWORKS, POWER CONSUMPTION UNITS.
