Анализ и разработка алгоритмов управления и обработки информации в распределенных сетях датчиков

• Автор: Зайцев, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 229 с.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор существующих разработок в области РСД.

1.1 Задачи, решаемые РСД.

1.2 Способы построения РСД.

1.3 Обзор работ в области РСД

1.4 Постановка задачи диссертационной работы.

1.5 Выводы.

Глава 2. Математическая модель РСД и ее функциональная декомпозиция.

2.1 Анализ интенсивности трафика в РСД.

2.2 Характеристики работы узлов РСД

2.3 Характеристики качества обслуживания, предоставляемого РСД
2.4 Энергетические характеристики и время работы РСД
2.5 Выводы
Глава 3. Архитектура РСД. осуществляющей распределенный мониторинг параметрического поля.
3.1 Общая структура РСД.
3.2 Алгоритм прикладного уровня.
3.3 Протокол маршрутизации
3.4 Проюкол канального уровня.
3.5 Протокол уровня доступа к среде.
3.6 Алгоритм обработки собираемых РСД данных
3.7 Выводы
Глава 4. Исследование РСД методом имитационного моделирования
4.1 Построение имитационной модели РСД
4.2 Идентификация модели канала связи.
4.3 Экспериментальная проверка математической модели РСД
4.4 Исследование вопросов, выходящих за рамки математической модели РСД.
4.5 Выводы
Заключение
Список литературы


Затраты ресурсов и времени при этом будут гораздо меньше, чем при использовании исследовательских аппаратов, перемещающихся по поверхности планеты. Анализу различных аспектов построения РСД и протекающих в них процессах и посвящена настоящая работа. РСД представляют собой новую разновидность беспроводных сетей, существенно отличающуюся от традиционных их разновидностей, таких, как сотовые или ad hoc сети. Эти задачи должны решаться в условиях высокой мобильности узлов сети. Энергопотребление в таких сетях имеет второстепенное значение, поскольку в подавляющем большинстве случаев имеется возможность регулярного пополнения запасов энергии их узлов. Значительную долю трафика, передаваемого в традиционных беспроводных сетях, составляют потоки мультимедийных данных с примерно постоянной, и зачастую достаточно высокой, скоростью (порядка нескольких мегабит или десятков мегабит). В отличие от традиционных беспроводных сетей, РСД предназначены в первую очередь для работы в необслуживаемом режиме. Основными задачами при построении РСД является продление срока их службы и предотвращение потери связи между различными участками сети из-за исчерпания запасов энергии ее узлов. РСД не могут быть пополнены в силу очень большого числа этих узлов и их потенциальной недоступности для обслуживания. Узлы РСД размещены неподвижно, за исключением редких случаев, когда узел сети меняет свое положение в результате какого-либо внешнего воздействия. Интенсивность трафика в РСД может со временем претерпевать сильные колебания. Большую часть времени РСД может находиться в неактивном состоянии, когда ее узлы либо вовсе не передают сообщений, либо число этих сообщений очень мало. Однако при обнаружении некоторого события, множество узлов в его окрестности могут активизироваться и начать передавать информацию о нем. Скорость передачи информации каждым из этих узлов, как правило, невелика и не превышает величины порядка 0 кбит/с, что обуславливается небольшими энергетическими ресурсами узла. Наконец, в РСД преобладающим является одно направление передачи данных - от узлов сети к ее клиентам-получателям ин<|юрмации, называемым стоками. Перечисленные отличня РСД от традиционных беспроводных сетей показывают, что создание РСД требует пересмотра большей части аспектов построения беспроводных сетей для их адаптации к специфическим требованиям РСД. Тем самым, РСД открывают сравнительно новую область исследований со своими задачами и методами их решения. Основные свойства РСД были перечислены выше. Они дают представление и об основных сложностях, возникающих при построении РСД []: случайном размещении узлов, необходимости приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям и состоянию самой сети, наличии жестких ограничений на ресурсы и необслуживаемом режиме работы. Плотность размещения узлов РСД достаточно высока (до нескольких узлов на квадратный метр), следовательно, узлы должны быть как можно более компактными. В военных задачах незаметность узлов имеет особенно большое значение. Узлы сети уязвимы для внешних воздействий, среда их размещения может быть достаточно агрессивной, а повторное использование узлов во многих случаях невозможно. В то же время, число узлов в РСД очень велико. Как следствие, их стоимость должна быть сведена к минимуму. В перспективе стоимость узлов может быть снижена настолько, что дешевле станет изготовить и разместить новые узлы, чем собрать и повторно использовать уже размещенные. Ограничения на размер и стоимость узлов ограничивают также и емкость батарей, питающих их. Следовательно, все операции в РСД должны быть энергетически эффективными. Маломощные радиопередатчики обладают небольшим радиусом действия, следовательно, передаваемые сообщения будут мноюкрагно ретранслироваться по пути к получателю сообщения. Каждый узел сети является, таким образом, и источником, и маршрутизатором сообщений. Офаниченные запасы энергии в узле РСД делают нецелесообразной, да и невозможной, схему построения сети, когда каждый ее узел имеет связь со стоком.