Розроблення методу підвищення точності локалізації бездротових сенсорних мереж
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.1.180Ключові слова:
локалізація; бездротові сенсорні мережі; налаштування потужності передачі сигналу; точність локалізації; багатокрокова оптимізація; IoT; прогнозування місця розташування; енергоефективність.Анотація
Предметом дослідження в статті є методи підвищення точності локалізації в бездротових сенсорних мережах в умовах відкритого середовища. Особливу увагу приділено методам налаштування потужності передачі сигналу для визначення діапазонів зв’язку між опорними й невідомими вузлами, а також методам оптимізації локалізації за допомогою багатокрокового звуження зони пошуку можливих місць розташування вузлів. Мета роботи – розроблення ефективного методу, що підвищує точність локалізації вузлів бездротових сенсорних мереж унаслідок налаштування потужності передачі сигналів для поступового звуження зони пошуку, використання багатораундового вимірювання для покращення результатів локалізації та статистичного аналізу для прогнозування місця розташування вузлів. У статті розв’язуються такі завдання: 1) розроблення методу адаптивного налаштування потужності сигналу; 2) створення алгоритму багатораундового звуження зони пошуку; 3) використання статистичних методів для прогнозування позицій вузлів. Методи, що застосовуються в дослідженні: адаптивне налаштування потужності сигналу; алгоритм багатораундового звуження зони пошуку; статистичний аналіз для прогнозування місця розташування вузла. Досягнуті результати. Запропоновано метод, що дає змогу значно підвищити точність локалізації в бездротових сенсорних мережах. У процесі експериментів було показано, що, на відміну від традиційних методів, новий підхід знижує похибки позиціювання на 30–40 %, що є значним досягненням для мереж, які працюють в умовах відкритого середовища. У деяких випадках метод допомагає точно визначити місце розташування вузла вже на пізньому етапі вимірювань. Це сприяє зменшенню витрат енергії, оскільки кількість необхідних вимірювань і перевірок істотно скорочується. Розроблений підхід демонструє ефективність (навіть у ситуаціях, коли сигнали зазнають значних перешкод) завдяки адаптивному налаштуванню потужності передачі сигналу. Висновки. Застосування методу підвищує точність локалізації в бездротових сенсорних мережах, що важливо для IoT-застосунків. Це знижує енергоспоживання завдяки меншій потребі у вимірюваннях. Подальші дослідження можуть зосередитися на адаптації до складніших умов, як-от міські середовища чи внутрішні простори.
Посилання
Список літератури
Власова В.О., Скорик Ю.В. Моделювання бездротової сенсорної мережі для оцінки точності позиціонування методом RSSI. Міжнародна науково-практична конференція High-Technologies in infocommunications. 2019. С. 104–105 с. URL: http://openarchive.nure.ua/handle/document/10848
Семенюк О. М., Процах Н. П. Інструменти для моделювання та перевірки розташування нодів у бездротових сенсорних мережах. Scientific Bulletin of UNFU, № 34(8). 2024. С. 136–141. URL: https://doi.org/10.36930/40340816
Делембовський М., Корнійчук Б. Аналіз застосування сенсорних мереж у складних умовах. Grail of Science, № (39). 2024. С. 353–359. URL: https://doi.org/10.36074/grail-of-science.10.05.2024.053
Melnyk V., Bahniuk N., Zdolbitska N., Yakimchuk T. Methods for constructing the address space for wireless sensor networks. Computer-integrated technologies: education, science, production, № (43). 2021. Р. 206 211. URL: https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2021-43-34
Khlaponin Y., Selyukov O. Underwater radio device. Underwater radio device. International scientific journal. Underwater technologies: industrial and civil engineering. № (10). 2020. С. 39–49. DOI: https://doi.org/10.32347/uwt2020.09.1501
Dyachenko D., Kaida V., Levchenko A., Mikhal O., Methods of iot devices operation using machine learning, Control, Navigation and Communication Systems. Collection of Scientific Papers. Volume 2 № 76. 2024. С. 78–81. DOI: 10.26906/SUNZ.2024.2.078
Khan R., Pathan A.The state-of-the-art wireless body area sensor networks: A survey. International Journal of Distributed Sensor Networks. 2018. 14 р. DOI:10.1177/1550147718768994
Guerrero-Ibáñez J., Zeadally S., Contreras-Castillo J. Sensor technologies for intelligent transportation systems. Sensors 18(4). 2018. 1212 р. DOI: 10.3390/s18041212
Hilmani A., Maizate A., Hassouni L. Designing and managing a smart parking system using. Wireless Sensor Networks. Journal of Sensor and Actuator Networks. 2018. 24 р. DOI: 10.3390/jsan7020024
Alkhatib A., Hnaif A., Kanan T. Proposed simple system for Road Traffic Counting. International Journal of Sensors, Wireless Communications and Control. № 9(2). 2019. P. 269–277. DOI: 10.2174/2210327908666181107110441
Nguyen L. N., Vy T. D., Shin Y. An efficient hybrid RSS-AoA localization for 3D wireless. Sensor Networks. Sensors. № 19(9). 2019. P. 2121. DOI: https://doi.org/10.3390/s19092121
Pita R., Utrilla R., Rodriguez-Zurrunero R., Araujo A. Experimental evaluation of an RSSI-Based localization algorithm on IoT End-Devices. Sensors. № 19(18). 2019. 3931 р. DOI: https://doi.org/10.3390/s19183931
Tomic S., Beko M., Dinis R., Bernardo L. On target localization using combined RSS and AoA measurements. Sensors. № 18. 2018. 1266 р. DOI: https://doi.org/10.3390/s18041266
Alkhatib A., Alia M., Hnaif A.,Yousef S. A novel method for localising a randomly distributed wireless sensor network. International Journal of System Assurance Engineering and Management, Springer № 9(2). 2018. P. 354–361. DOI: 10.1007/s13198-017-0670-0
Xiaoyang L., Chao L. Wireless sensor network dynamic mathematics modeling and node localization. Wireless Communications and Mobile Computing. 2018. 141 р. DOI: https://doi.org/10.1155/2018/1082398
Cama-Pinto A., Piñeres-Espitia G., Caicedo-Ortiz J., Ramírez-Cerpa E., Betancur-Agudelo L., Gómez-Mula F. Received strength signal intensity performance analysis in wireless sensor network using Arduino platform and XBee wireless modules. International Journal of Distributed. 2018. P. 1–9. DOI: 10.1177/1550147717722691
Sandeli M., Bouanaka M. A., Kitouni I. An efficient localization approach in wireless sensor networks using chicken swarm optimization. 2021 International Conference on Information Systems and Advanced Technologies (ICISA). 2021. P. 1–6. DOI: 10.1109/ICISAT54145.2021.9678446
Avareddy S., Biradar R. V. Comparative analysis of localization techniques and security mechanisms in WSN. 2021 IEEE International Conference on Mobile Networks and Wireless Communications (ICMNWC). 2021. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICMNWC52512.2021.9688549
Padhy S., Dash S., Malla P. P., Routray S., Qi Y. An energy efficient node localization algorithm for wireless sensor network. IEEE 2nd International Conference on Applied Electromagnetics, Signal Processing, & Communication (AESPC). 2021 P. 1–5. DOI: 10.1109/AESPC52704.2021.9708459
Khobragade P., Ghutke P., Kalbande V. P., Purohit N. Advancement in Internet of things (iot) based solar collector for thermal energy storage system devices: a review. nd International Conference on Power Electronics & IoT Applications in Renewable Energy an its Control (PARC). 2022. P. 1–5. DOI: 10.1109/PARC52418.2022.9726651
Lachouri A., Ardjouni A. Aeroelastic stability of combined plunge-pitch mode shapes in a linear compressor cascade. Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 6 (1). 2022. P. 101–117. DOI: 10.3390/ijtpp7010007
Panwar A., Morwal R., Kumar S. Fixed points of ρ-nonexpansive mappings using MP iterative process. Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 6 (2). 2022. P. 229–245. DOI: 10.31197/atnaa.980093
Bhattacharya S., Pandey M. Deploying an energy efficient, secure and high-speed sidechain-based TinyML model for soil quality monitoring and management in agriculture. Expert Systems with Applications, Volume 242. 2024. 122735 р. DOI: 10.1016/j.eswa.2023.122735
Shivadekar S., Kataria B., Limkar S., S. Wagh K., Lavate S., Mulla R. A. Design of an efficient multimodal engine for preemption and post-treatment recommendations for skin diseases via a deep learning-based hybrid bioinspired process. Soft Computing. 2023. P. 1–19. DOI: 10.1007/s00500-023-08709-5
Boutebba H., Lakhal H., Slimani K., Belhadi T. The nontrivial solutions for nonlinear fractional Schrödinger-Poisson system involving new fractional operator. Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 7(1). 2023. P. 121–132. DOI: 10.31197/atnaa.1141136
References
Vlasova, V.O., Skoryk, Y.V. (2019), "Modeling of a wireless sensor network for assessing positioning accuracy using the RSSI method", International Scientific and Practical Conference High-Technologies in infocommunications, Р. 104–105. available at: http://openarchive.nure.ua/handle/document/10848
Semenyuk, O. M., Protsakh, N. P. (2024), "Тools for modeling and checking the location of nodes in wireless sensor networks", Scientific Bulletin of UNFU. № 34 (8), Р. 136–141. DOI: 10.36930/40340816
Delembovsky, M., Korniychuk, B. (2024), "Analysis of the application of sensor networks in complex conditions". Grail of Science. № (39), P. 353–359. DOI: 10.36074/grail-of-science.10.05.2024.053
Melnyk, V., Bahniuk, N., Zdolbitska, N., Yakimchuk, T. (2021), "Methods for constructing the address space for wireless sensor networks", Computer-integrated technologies: education, science, production. № (43), P. 206–211. DOI: 10.36910/6775-2524-0560-2021-43-34
Khlaponin, Y., Selyukov, O. (2020), "Underwater radio device". International scientific journal Underwater technologies: industrial and civil engineering. № (10), Р. 39–49. DOI: https://doi.org/10.32347/uwt2020.09.1501
Dyachenko D., Kaida V., Levchenko A., Mikhal O. (2024), "Methods of iot devices operation using machine learning". Control, Navigation and Communication Systems. Collection of Scientific. Papers: Volume 2 No, P. 76. 78–81. DOI: 10.26906/SUNZ.2024.2.078
Khan, R., Pathan, A. (2018), "The state-of-the-art wireless body area sensor networks: A survey". International Journal of Distributed Sensor Networks, 14 р. DOI: 10.1177/1550147718768994
Guerrero-Ibáñez, J., Zeadally, S., Contreras-Castillo, J. (2018), "Sensor technologies for intelligent transportation systems", Sensors. № 18 (4), 1212 р. DOI: 10.3390/s18041212
Hilmani, A., Maizate, A., Hassouni, L. (2018), "Designing and Managing a Smart Parking System Using Wireless Sensor Networks", Journal of Sensor and Actuator Networks. 24 р. DOI: 10.3390/jsan7020024
Alkhatib, A., Hnaif, A., Kanan, T. (2019), "Proposed simple system for Road Traffic Counting". International Journal of Sensors, Wireless Communications and Control. № 9(2), P. 269–277. DOI: 10.2174/2210327908666181107110441
Nguyen, L. N., Vy, T., D., Shin, Y. (2019), "An efficient hybrid RSS-AoA localization for 3D wireless sensor networks", Sensors. № 19 (9), 2121 р. DOI: 10.3390/s19092121
Pita, R., Utrilla, R., Rodriguez-Zurrunero, R., Araujo, A. (2019), "Experimental evaluation of an RSSI-Based localization algorithm on IoT end-devices", Sensors. № 19(18), 3931 р. DOI: 10.3390/s19183931
Tomic, S.; Beko, M.; Dinis, R.; Bernardo, L. (2018), "On target localization using combined RSS and AoA measurements", Sensors. №18, 1266 р. DOI: 10.3390/s18041266
Alkhatib, A., Alia, M., Hnaif, A., Yousef, S. (2018), "A novel method for localizing a randomly distributed wireless sensor network". International Journal of System Assurance Engineering and Management. Springer № 9 (2), P. 354–361. DOI: 10.1007/s13198-017-0670-0
Xiaoyang, L. and Chao, L. (2018), "Wireless sensor network dynamic mathematical modeling and node localization", Wireless Communications and Mobile Computing. 141 р. DOI: 10.1155/2018/1082398
Cama-Pinto, A., Piñeres-Espitia, G., Caicedo-Ortiz, J., Ramírez-Cerpa, E., Betancur-Agudelo, L., Gómez-Mula, F. (2018), "Received strength signal intensity performance analysis in wireless sensor network using Arduino platform and XBee wireless modules", International Journal of Distributed, P. 1–9. DOI: 10.1177/1550147717722691
Sandeli, M., Kitouni, I. (2021), "An Efficient Localization Approach in Wireless Sensor Networks Using Chicken Swarm Optimization". International Conference on Information Systems and Advanced Technologies (ICISA), P. 1–6. DOI: 10.1109/ICISAT54145.2021.9678446
Avareddy, S., Biradar, R. V. (2021), "Comparative Analysis of Localization Techniques and Security Mechanisms in WSN". IEEE International Conference on Mobile Networks and Wireless Communications (ICMNWC), P. 1–4. DOI: 10.1109/ICMNWC52512.2021.9688549
Padhy, S., Dash, S., Malla, P. P., Routray, S., Qi, Y. (2021), "An energy efficient node localization algorithm for wireless sensor network", IEEE 2nd International Conference on Applied Electromagnetics, Signal Processing, & Communication (AESPC), P. 1–5. DOI: 10.1109/AESPC52704.2021.9708459
Khobragade, P., Ghutke, P., Kalbande, V. P., Purohit, N. (2022), "Advancement in internet of things (IoT) based solar collector for thermal energy storage system devices: a review", 2nd International Conference on Power Electronics & IoT Applications in Renewable Energy and its Control (PARC), P. 1–5. DOI: 10.1109/PARC52418.2022.9726651
Lachouri, A., Ardjouni, A. (2022), "Aeroelastic stability of combined plunge-pitch mode shapes in a linear compressor cascade". Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 6 (1), P. 101–117. DOI: 10.3390/ijtpp7010007
Panwar, A., Morwal, R., Kumar, S. (2022), "Fixed points of ρ-nonexpansive mappings using MP iterative process". Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 6 (2), P. 229–245. DOI: 10.31197/atnaa.980093
Bhattacharya, S., Pandey, M. (2024), "Deploying an energy efficient, secure and high-speed sidechain-based TinyML model for soil quality monitoring and management in agriculture". Expert Systems with Applications, Volume 242. 122735 р. DOI: 10.1016/j.eswa.2023.122735
Shivadekar, S., Kataria, B., Limkar, S., S. Wagh, K., Lavate, S., Mulla, R. A. (2023), "Design of an efficient multimodal engine for preemption and post-treatment recommendations for skin diseases via a deep learning-based hybrid bioinspired process". Soft Computing, P. 1–19. DOI: 10.1007/s00500-023-08709-5
Boutebba, H., Lakhal, H., Slimani, K., Belhadi, T. (2023), "The nontrivial solutions for nonlinear fractional Schrödinger-Poisson system involving new fractional operator". Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and Its Applications. № 7 (1), P. 121–132. DOI: 10.31197/atnaa.1141136
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
