Агрегирование данных мультисенсоров в беспроводных сенсорных сетях

• Автор: Тараканов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 95 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Агрегирование данных мультисенсоров
1.1. Восприятие информации
1.2. Агрегирование данных и динамическое моделирование
1.3. Принципы агрегирования воспринимаемой информации
1.4. Методы агрегирования цифровых данных
1.4.1. Фильтр Калмана
1.4.2. Сеть Байеса
1.4.3. Теория Демпстера-Шефера
1.4.4. Теория голосования
1.5. Применение метода динамического моделирования
1.6. Выводы к главе
ГЛАВА 2. Агрегирование данных мультисснсоров на основе отношения
консенсуса
2.1. Определение отношения консенсуса
2.2. Принципы голосования
2.3. Определение ранжирования Кемени
2.4. Методы решения задачи о ранжировании Кемени
2.5. Неоднозначность задачи о ранжировании Кемени
2.6. Решение задачи об отношении консенсуса по правилу Борда
2.7. Выводы к главе
ГЛАВА 3. Разработка протокола передачи измерительных данных
мультисенсоров в беспроводных сенсорных сетях
3.1. Устройство беспроводных сенсорных сетей
3.1.1. Узлы беспроводной сенсорной сети
3.1.2. Стек протоколов беспроводной сенсорной сети
3.1.3. Технология ZigBee
3.1.4. Беспроводные модули MICAz
3.1.5. Архитектура беспроводной сенсорной сети

3.1.6. Особенности передачи данных в беспроводной сенсорной сети
3.2.Протокол передачи пакетов данных мультисенсоров
3.2.1. Алгоритм назначения интервалов ожидания передачи пакетов данных
3.2.2.Формирование очереди передачи пакетов данных
3.3.Статистическое обоснование предложенной схемы
3.3.1. Обоснование выбора количества кластеров и допустимого числа отбрасываемых пакетов данных
3.3.2. Вероятность потери пакета в зависимости от приоритета узла
3.4. Выводы к главе
ГЛАВА 4. Экспериментальная проверка метода передачи пакетов данных мультисенсоров в беспроводной сенсорной сети
4.1. Выбор среды эмуляции
4.2. Описание среды эмуляции Т0881М
4.3. Обзор существующих протоколов передачи данных в беспроводных
сенсорных сетях
4.4 Эмуляция передачи пакетов данных в системе пожарной сигнализации
4.5. Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Приложение. Акты внедрения результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Сенсорная сеть представляет собой распределенную, самоорганизующуюся, устойчивую к отказам отдельных элементов сеть из необслуживаемых и не требующих специальной установки устройств. В таких системах разнородные измерительные данные собираются мультисенсорами, входящими в состав узлов, расположенных в подлежащих мониторингу точках определенной географической области, и передаются по беспроводной сети в центральный узел для обработки и принятия решений. Мультисенсор представляет собой набор датчиков (первичных измерительных преобразователей) измеряющих одновременно несколько физических величин. Обычно сеть имеет иерархическую (древовидную) структуру, в которой на каждом уровне данные могут передаваться от узлов-источников к одному или нескольким узлам-приемникам. Благодаря быстрому развитию технологий беспроводной связи, миниатюризации и снижения энергопотребления электронных устройств, все большее развитие получают беспроводные сенсорные сети (БСС). Основными преимуществами беспроводных (БСС) являются простота развертывания, высокая надежность сети в целом и стойкость к электромагнитным помехам. Благодаря этому БСС все чаще используются для организации различных видов мониторинга: параметров окружающей среды, состояния конструкций, зданий и сооружений, в системах безопасности (пожарной, сейсмической, экологической и др.), для отслеживания целей в процессе ведения боевых действий и т.п.
При передаче данных в беспроводных сенсорных сетях возникают существенные проблемы, связанные с ограниченной полосой пропускания используемых в качестве линий связи радиоканалов. В частности, в ситуациях, когда много узлов-источников одновременно инициируют передачу данных, может возникать перегрузка или даже коллапс сети, в результате чего ее пропускная способность, выражаемая в количестве проходящих от источника к центральному узлу пакетов данных в единицу времени, падает практически

О, ак > ак:
1, (б а) ~ а)
2, Г а* -< а)
Теперь можно определить (п*п) матрицу профиля Р = рч.

/>,=Ё4
(30)

(31)
и число свойств т профиля Л представлено в каждом из элементов матрицы как + р) = т, /, / — 1, от. Таким образом, значение ру
можно понимать, как число предпочтений а, относительно а
2.2 Принципы голосования
Нахождение отношения консенсуса является задачей голосования, в которой множество А - это множество кандидатов, а Л - множество избирателей. Существует несколько принципов голосования для выбора отношения консенсуса.
Принцип простого большинства состоит в следующем: подсчитывается число избирателей, отдавших предпочтение каждому из предложенных кандидатов. Наилучшим по данному принципу признается кандидат, которого назвали таковым большинство избирателей.
Рассмотрим данный принцип на примере: 6 избирателям предложено выбрать лучшего из 7 кандидатов. Получены следующие результаты:
Т.]: «2 О] яз >- а4 >- а$
Х2: а2 у а3 > а >- а4 >- а5 >- а6 >- а7
Ху. а > а2 >- а4 >- а5 >- а6 >- а7 >- а2
Хр. а3 >- а| >- а4 > а5 >- а6 >- а7 > а2
Х5: а4 >- О] >- а3 >- а5 >- а6 >~ а7 > а2