Автореферат (1137247)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЕфремов Сергей ГеннадьевичМоделирование времени жизни динамическиреконфигурируемых сенсорных сетей смобильным стоком05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексыпрограммАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2013РаботавыполненавНациональномисследовательскомуниверситете«Высшая школа экономики»Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентВосков Леонид Сергеевич.ОфициальныеПетренко Александр Константинович,оппоненты:д.ф.-м.н., проф., Институт системного про­граммирования РАН, заведующий отделомТехнологий программирования;Кузьмин Лев Викторович,д.ф.-м.н., Институт радиотехники и элек­троники им. В.А. Котельникова РАН, стар­ший научный сотрудник.Ведущая организация:Федеральное государственное унитарноепредприятие«Межотраслевойнаучно­исследовательский институт «Интеграл».Защита состоится 26 сентября 2013 г. в 16 часов на заседании диссертаци­онного совета Д 212.048.09 в Национальном исследовательском университете«Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) по адресу: 105187, Москва, ул.Кирпичная, д.

33/5, ауд. 505.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ВШЭ.Автореферат разослан «»2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,доктор технических наук, профессорНазаров С. В.2Общая характеристика работыАктуальность работыПоследние достижения технологического прогресса сделали возможнымсоздание недорогих миниатюрных вычислителей с чрезвычайно малым энер­гопотреблением, способных объединяться в сеть и взаимодействовать другс другом посредством беспроводных каналов связи. Сети таких устройствполучили название беспроводных сенсорных сетей (БСС), что, в частности,подчеркивает их основное назначение – сбор данных с датчиков (сенсоров)для последующего накопления, анализа и выдачи управляющих команд.Актуальными направлениями в области БСС являются создание новыхаппаратных платформ, разработка стеков сетевых протоколов и специализи­рованных операционных систем, разработка алгоритмов доступа к среде имаршрутизации для сложных сетевых топологий, имеющих целью повыше­ние энергоэффективности БСС, что позволяет увеличить время жизни (ав­тономной работы) БСС.Проводимые в диссертационной работе исследования находятся на сты­ке двух приоритетных направлений развития науки, технологий и техникив Российской Федерации: “Информационно-телекоммуникационные системы”и “Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика”.

Повыше­нием эффективности сенсорных сетей активно занимаются ведущие россий­ские организации, среди которых Институт радиотехники и электроники им.В.А. Котельникова РАН, Институт точной механики и вычислительной тех­ники им. С.А. Лебедева РАН, Нижегородский государственный университет,Московский авиационный институт, а также международные - Калифорний­ский Университет в Беркли, Массачусетский Технологический Университет(США) и многие другие.Одной из проблем, препятствующих повышению энергоэффективности3БСС, является проблема неравномерного потребления энергии узлами сети,заключающаяся в том, что сеть становится неработоспособной в тот момент,когда энергия заканчивается у нескольких узлов, в то время как большинствоостальных имеют значительный запас энергии.Существует ряд методов, направленных на решение данной проблемы.

Кним относятся индивидуальный подбор емкости батарей, плотности размеще­ния узлов, мощности передатчиков, применение энергоэффективных прото­колов маршрутизации, позиционирование узлов сети. Относительно недавнобыл предложен новый класс перспективных методов, использующих в ка­честве ресурса для энергетической балансировки мобильность узлов сети,предусматривающую динамическое изменение конфигурации (топологии) се­ти.Серьезным препятствием проведения дальнейших исследований являет­ся отсутствие математических моделей динамически реконфигурируемой сен­сорной сети.

В связи с этим задача исследования и разработки комплексноймодели, позволяющей, во-первых, оценивать время жизни автономных сетей,конфигурации которых меняются с течением времени, и во-вторых, оптими­зировать их работу по критерию максимизации времени жизни, является ак­туальной.Объектом исследования являются модели и методы динамической ре­конфигурации сенсорных сетей.Предметом исследования является применение моделей и методов ди­намической реконфигурации сенсорных сетей с мобильным стоком для оцен­ки и увеличения времени их жизни.Цель диссертационной работы состоит в разработке математиче­ской модели и метода динамической реконфигурации беспроводной сенсор­ной сети для увеличения времени ее жизни.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:41.

Проведен обзор и анализ подходов к определению понятия времени жиз­ни сенсорных сетей, дано новое определение.2. Разработана математическая модель динамически реконфигурируемойсенсорной сети с мобильным стоком.3. Разработан численный метод решения задачи планирования движениястока.4.

Исследованы и разработаны эвристические алгоритмы для динамиче­ского управления мобильным стоком в случае изменяющихся условийфункционирования сети.5. Разработан комплекс программ имитационного моделирования с цельюполучения зависимостей времени жизни от параметров функциониро­вания сети.Методы исследования. В диссертационной работе используются ме­тоды теории множеств, теории графов, линейного и целочисленного линейно­го программирования, методы имитационного моделирования.Научная новизна работы заключается в следующем:1.

Дано новое определение времени жизни сенсорной сети, позволяющеефиксировать момент ее выхода из строя с учетом возможного самовос­становления.2. Разработана модель сенсорной сети, позволяющая оценивать время еежизни при динамических реконфигурациях.3. Разработан метод динамической реконфигурации сенсорной сети, поз­воляющий оптимизировать движение стока по критерию максимизациивремени ее жизни.54. Разработан алгоритм управления движением мобильного стока в сен­сорной сети, учитывающий возможные изменения условий ее функцио­нирования.Практическая значимость. Создан комплекс компьютерных программдля моделирования работы динамически реконфигурируемой беспроводнойсенсорной сети, а также для моделирования алгоритмов планирования дви­жения мобильного стока.Создан малогабаритный макет беспроводного устройства сенсорной сетина базе приемопередатчика стандарта IEEE 802.15.4, реализующего необхо­димые алгоритмы по поддержке мобильности стока, включающие его пози­ционирование в пространстве.Достоверность и обоснованность полученных результатов под­тверждается их соответствием известным теоретическим и практическим дан­ным, опубликованным в литературе, а также положительными результатамиих внедрения в ряде практических проектов.Основные положения, выносимые на защиту:1.

Определение времени жизни самовосстанавливающейся сенсорной сети.2. Модель сенсорной сети, позволяющая оценивать время ее жизни придинамических реконфигурациях.3. Метод динамической реконфигурации сенсорной сети, позволяющий оп­тимизировать движение стока по критерию максимизации времени еежизни.4. Алгоритм управления движением мобильного стока в сенсорной сети,учитывающий возможные изменения условий ее функционирования.Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работыдокладывались и обсуждались на научно-технических конференциях студен­6тов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ (2008 - 2013гг.),научно-практическом семинаре ВШЭ “Системный анализ, управление и ин­формационные системы” (19.03.2013), XVI и XVII Международной студен­ческой конференции-школе-семинаре «Новые информационные технологии»(2008-2009гг.), на международных исследовательских семинарах в Универси­тете Шеффилда и Университете Бирмингема (Великобритания, 2011 г.).

Ре­зультаты работы вошли в научно-технические отчеты по НИОКР «Разработ­ка программных средств в целях внедрения информационных технологий впромышленность» (номер государственной регистрации НИОКР 01201056220),«Разработка системы активного беспроводного сбора данных в интралогисти­ке» (номер государственной регистрации НИОКР 01200961253).Результаты работы были применены при проектировании динамическиреконфигурируемой сети в рамках совместного Российско-Германского на­учно-исследовательского проекта.Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 печатныхработах, из них 2 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК, 6 статейв сборниках трудов конференций.Получены патент на полезную модель № 87259 от 11.06.2009, патент наполезную модель № 98623 от 30.06.2010, патент на полезную модель № 121947от 10.11.2012, патент на изобретение № 2429549 от 30.06.2010.Личный вклад автора.

Все представленные в диссертации результа­ты получены лично автором. Подготовка к публикации полученных резуль­татов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта былопределяющим.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения,4 глав, заключения, библиографии, включающей 95 наименований, и 4 при­ложений. Общий объем диссертации без учета приложений составляет 128страниц.7Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, сфор­мулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показанапрактическая значимость полученных результатов, представлены выносимыена защиту научные положения.В первой главе диссертации рассмотрены общие характеристики и от­личительные особенности беспроводных сенсорных сетей (БСС).

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации