Розробка модифікації методу побудови енергоефективних сенсорних мереж з використанням статичних і динамічних датчиків
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252988Ключові слова:
сенсорна мережа, покриття території, енергоефективність сенсорних мереж, оптимальна траєкторія обльотуАнотація
У зв’язку з поширенням використання сенсорів та сенсорних мереж у задачах покриття території актуальними критеріями є максимізація покриття та мінімізація енерговитрат. Саме одночасна відповідність мережі даним критеріям є актуальною проблемою у сучасному технологічному світі. Запропоновано модифікацію методу побудови енергоефективних сенсорних мереж шляхом введення додаткового критерію мінімізації кількості сенсорів та обмеження кількості використаних сенсорів, який дозволяє зменшити енерговитрати сенсорних мереж на 19 %. У отриманій оптимізаційній задачі критеріями оптимальності виступають функції мінімізації площі непокритої території, значення енергоспоживання та кількості датчиків. Оптимальне рішення формується у вигляді пар значень радіусу покриття та рівня перетину зон покриття з використанням яких досягається максимізація покриття з мінімізацією енерговитрат та кількості використаних сенсорів. Для розв’язання поставленої проблеми використано метод згортки параметрів та генетичний алгоритм. У випадку динамічних датчиків проблема полягає у відшуканні такої траєкторії руху датчику, яка забезпечує максимальний обліт території, але є мінімальної довжини. Для знаходження необхідної траєкторії запропоновано сітковий алгоритм. Представлений алгоритм полягає у розбитті території на вузли та оцінці значення покритої території датчиком у даному вузлі. Після формування оцінок використано пошук гамільтонового шляху. Розглянуто випадок багатозв’язності території з можливістю перетворення її до однозв’язної. Запропоновано схему знаходження параметрів енергоефективного покриття території з використанням статичних та динамічних сенсорів
Посилання
- Grimes, C., Dickey, E., Pishko, M. (Eds.) (2005). Encyclopedia of Sensors: 10-Volume Set. Vols. 1–10. The Pennsylvania State University, University Park. Available at: http://www.aspbs.com/eos.html
- Blaauw, F. J., Schenk, H. M., Jeronimus, B. F., van der Krieke, L., de Jonge, P., Aiello, M., Emerencia, A. C. (2016). Let’s get Physiqual – An intuitive and generic method to combine sensor technology with ecological momentary assessments. Journal of Biomedical Informatics, 63, 141–149. doi: https://doi.org/10.1016/j.jbi.2016.08.001
- Internet of Everything izmenit mir k luchshemu (2012). Available at: https://www.g-news.com.ua/news/10-it/-/13936-internet-of-everything-izmenit-mir-k-luchshemu.html
- Warneke, B., Last, M., Liebowitz, B., Pister, K. S. J. (2001). Smart Dust: communicating with a cubic-millimeter computer. Computer, 34 (1), 44–51. doi: https://doi.org/10.1109/2.895117
- Egorov, L. L., Kologrivov, V. A., Melihov, S. V. (2009). Algoritm rascheta zon pokrytiya bazovyh stantsiy sotovoy svyazi. Doklady TUSURa, 19, 15–21.
- Wu, H., Liu, Z., Hu, J., Yin, W. (2020). Sensor placement optimization for critical-grid coverage problem of indoor positioning. International Journal of Distributed Sensor Networks, 16 (12), 155014772097992. doi: https://doi.org/10.1177/1550147720979922
- Danyliuk, S. L. (2016). Adaptive ecological monitoring: conceptual approaches. Modern Information Technologies in the Sphere of Security and Defence, 1 (25), 45–48.
- Astrakova, S. N., Erzinbc, A. I., Zalyubovskiy, V. V. (2009). Sensor networks and covering of plane by discs. Diskretn. Anal. Issled. Oper., 16 (3), 3–19.
- Petrivskyi, V., Shevchenko, V., Bychkov, O., Brazhenenko, M. (2020). Information Technology of the Increasing Sensors Term of Use Considering Their Movement. 2020 IEEE XVIth International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). doi: https://doi.org/10.1109/memstech49584.2020.9109431
- Petrivskyi, V. Ya., Shevchenko, V. L., Brazhynenko, M. H. (2019). Zbilshennia chasu roboty datchykiv shliakhom rehuliuvannia enerhovytrat. Systemy Obrobky Informatsiyi, 3 (158), 36–41.
- Luo, C., Chen, W., Li, D., Wang, Y., Du, H., Wu, L., Wu, W. (2021). Optimizing flight trajectory of UAV for efficient data collection in wireless sensor networks. Theoretical Computer Science, 853, 25–42. doi: https://doi.org/10.1016/j.tcs.2020.05.019
- Haider, S. K., Jiang, A., Almogren, A., Rehman, A. U., Ahmed, A., Khan, W. U., Hamam, H. (2021). Energy Efficient UAV Flight Path Model for Cluster Head Selection in Next-Generation Wireless Sensor Networks. Sensors, 21 (24), 8445. doi: https://doi.org/10.3390/s21248445
- Amar, M. A., Khaznaji, W., Horchani, L. (2020). PTSP Solution Strategy for Motion Trajectory of UAV in Ubiquitous Sensor Network. Procedia Computer Science, 176, 3191–3199. doi: https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.09.130
- Ghosh, N., Sett, R., Banerjee, I. (2017). An efficient trajectory based routing scheme for delay-sensitive data in wireless sensor network. Computers & Electrical Engineering, 64, 288–304. doi: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2017.06.003
- Miles, J., Kamath, G., Muknahallipatna, S., Stefanovic, M., Kubichek, R. F. (2013). Optimal trajectory determination of a single moving beacon for efficient localization in a mobile ad-hoc network. Ad Hoc Networks, 11 (1), 238–256. doi: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2012.05.009
- Petrivskyi, V. Y., Shevchenko, V. L., Bychkov, O. S., Loza, V. M. (2020). Information technology of territory covering by sensors with the constant intersection level and cost minimization. Collection of Scientific Works of the Military Institute of Kyiv National Taras Shevchenko University, 68, 65–72. doi: https://doi.org/10.17721/2519-481x/2020/68-07
- Petrivskyi, V., Shevchenko, V., Bychkov, O., Brazhenenko, M., Petrov, P. (2021). CAD technology for optimal territory covering. 2021 IEEE 16th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM). doi: https://doi.org/10.1109/cadsm52681.2021.9385223
- Novikova, N. M., Pospelova, I. I., Zenyukov, A. I. (2017). Method of convolution in multicriteria problems with uncertainty. Journal of Computer and Systems Sciences International, 56 (5), 774–795. doi: https://doi.org/10.1134/s1064230717050082
- Alperen, Y., Sertac, C. (2020). Multi objective optimization of a micro-channel heat sink through genetic algorithm. International Journal of Heat and Mass Transfer, 146, 118847. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118847
- Bondarenko, M. F., Bilous, N. V., Rutkas, A. H. (2004). Kompiuterna dyskretna matematyka. Kharkiv: Kompanyia SMYT, 480.
- Murty, M. R., Thain, N. (2007). Pick's Theorem via Minkowski's Theorem. The American Mathematical Monthly, 114 (8), 732–736. doi: https://doi.org/10.1080/00029890.2007.11920465
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Volodymyr Petrivskyi, Viktor Shevchenko, Serhii Yevseiev, Oleksandr Milov, Oleksandr Laptiev, Oleksii Bychkov, Vitalii Fedoriienko, Maksim Tkachenko, Oleg Kurchenko, Ivan Opirskyy
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
