Алгоритмы и средства автоматизации проектирования беспроводных сенсорных сетей со статической топологией

• Автор: Кисляков, Максим Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ. ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Основы технологии беспроводных сенсорных сетей

1.1.1. Тенденции развития БСС

1.1.2. Состав и структура БСС

1.1.3. Области применения БСС

1.2. Аппаратное обеспечение беспроводных сенсорных сетей

1.3. Программное обеспечение беспроводных сенсорных сетей

1.3.1. Операционные системы БСС

1.3.2. Средства моделирования БСС

1.4. Актуальность и проблемы автоматизации проектирования БСС
1.5. Постановка цели и задач работы
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. СТРУКТУРА САПР БСС. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
2.1. САПР и жизненный цикл БСС
2.2. Состав и структура САПР БСС
2.2.1. Подсистемы САПР БСС
2.2.2. Виды обеспечений САПР БСС
2.2.3. Уровни проектирования БСС
2.3. Маршрут проектирования БСС
2.3.1. Формализация начальных требований к БСС
2.3.2. Определение параметров компонентной базы БСС
2.3.3. Синтез базовой структуры БСС
2.3.4. Обеспечение надежности БСС
2.3.5. Обеспечение энергоэффективности БСС
2.3.6. Имитационное моделирование
2.3.7. Формирование проекта эскизной модели БСС
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР
БСС. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МОДЕЛЕЙ
3.1. Программное обеспечение САПР БСС
3.2. Информационное обеспечение САПР БСС
3.3.1. Представление эскизной модели БСС
3.2.2. Библиотеки САПР БСС
3.3. Исследование программных моделей САПР БСС
3.3.1. Характеристики алгоритмов синтеза базовой структуры БСС
3.3.2. Результаты обеспечения надежности БСС
3.3.3. Результаты обеспечения энергоэффективиости БСС
3.3.4. Результаты моделирования эскизной модели БСС
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПР

4.1. Система беспроводного мониторинга климата серверных помещений.
4.2. Система беспроводного мониторинга состояния промышленного оборудования
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время беспроводные технологии занимают важное место в информационном обществе. Расширение областей их применения стимулирует рост потребностей в построении новых беспроводных систем. Одним из наиболее перспективных направлений является создание систем контроля и мониторинга параметров объектов. Передовая технология в данном направлении - беспроводные сенсорные сети (БСС).
БСС используют для организации низкоскоростных сетей с ячеистой структурой, что позволяет свободно проектировать их топологию в зависимости от требуемой конфигурации системы. Появление новых интегральных технологий стало определяющим фактором при разработке малогабаритной, энергоэффективной и дешевой компонентной базы, что обеспечило переход БСС на уровень востребованного коммерческого продукта.
На протяжении ряда лет мировые аналитические агентства фиксируют рост объема рынка сенсорных сетей. В соответствии с «циклом зрелости» технологий аналитического агентства Gartner на 2012 год беспроводные сенсорные сети преодолели свой «пик активности», что позволяет сделать следующие выводы [78]:
1. Выявлены слабые стороны технологии, что стимулирует научное сообщество для поиска путей устранения недостатков таких систем;
2. Спрогнозирован длительный период адаптации технологии, что вызвано недостаточным уровнем проработки сетей данного типа и отсутствием средств их проектирования;
3. Спрогнозирована вторая волна инвестирования технологии, которая позволит вывести такие системы на новый уровень и уверенно закрепить их позиции па рынке.
В соответствии со статистикой и прогнозами аналитического агентства ЮТесИЕх на 2010-2014 гг. зафиксирована тенденция ускорения темпа роста объемов производства компонентной базы и систем на основе технологии БСС [112].
Построение технически сложных и многоразмерных систем мониторинга,

ГЛАВА 2. СТРУКТУРА САПР БСС. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
В главе рассмотрен жизненный цикл объекта проектирования САПР беспроводных сенсорных сетей, отдельно выделена стадия проектирования и представлена ее декомпозиция. Определено место разрабатываемой САПР в жизненном цикле БСС. Выделено проектное решение САПР в виде эскизной модели БСС.
Предложены иерархическая структура и подсистемы САПР БСС. Выделены компоненты в виде математического, методического, информационного и программного обеспечения САПР.
Предложен маршрут проектирования САПР БСС. Выделены проектные процедуры на системном, структурном и функциональном уровнях САПР, включающие процедуры структурного и параметрического синтеза, имитационного моделирования и верификации.
Предложено математическое обеспечение САПР БСС. Представлена математическая модель процедуры формализации начальных требований к объекту проектирования САПР. Рассмотрена процедура определения компонентной базы, включающая извлечение набора параметров устройств, необходимого и достаточного для проектирования БСС.
Рассмотрены алгоритмы синтеза базовой структуры БСС. Предложены алгоритмы группового размещения узлов БСС, основанные на применении алгоритма к-средних и кривых Гильберта. Предложен алгоритм оптимизации базовой структуры сети с применением алгоритма Дейкстры,
Предложен алгоритм отказоустойчивого размещения узлов БСС, основанный на использовании алгоритма Эдмондса-Карпа. Представлена методика расчета надежности связи узлов БСС на основе вероятности отказа независимых путей.
Предложен алгоритм структурной и параметрической оптимизации БСС, который обеспечивает энергетическую эффективность БСС и позволяет увеличить общее время работы сети от автономных источников питания. Представлена