Increasing the efficiency of data gathering in clustered wireless sensor networks using UAV

Autor: Valery Romaniuk, Olexandr Zhuk, Olexandr Lysenko, Anton Romaniuk
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Information and telecommunication sciences : international research journal, 2020, Vol. 11, N. 1(20)
Popis: Проблематика. Для реалізації процесу збору даних моніторингу БпЛА від сенсорних вузлів в системі управління беспроводовими сенсорними мережами (БСМ) необхідно реалізувати відповідні методи і алгоритми. Для підвищення ефективності процесу збору даних в БСМ проводиться її кластеризація, виділяються головні вузли кластерів, що збирають дані моніторингу в кластері і передають ці дані на БпЛА при його підльоті. Запропоновані на сьогодні методи збору даних з вузлів сенсорних мереж з використанням БпЛА не враховують вимоги різних цільових функцій управління, особливості функціонування конкретних мереж і вимагають подальшого вдосконалення. Мета досліджень. Метою роботи є аналіз і розгляд способів підвищення ефективності процесу збору даних з сенсорних вузлів БСМ з використанням БпЛА при її кластеризації. Методика реалізації. На відміну від традиційних шляхів вирішення проблеми збору даних моніторингу БпЛА від вузлів БСМ запропонована сукупність методів досягнення різних цільових функцій управління (максимізація часу функціонування БСМ, мінімізація часу збору даних, мінімізація кількості БпЛА) на різних етапах функціонування мережі: кластеризація мережі; передача даних моніторингу в кластерах від простих вузлів до головних вузлів; знаходження положення в просторі БпЛА; побудова маршруту обльоту точок збору; політ БпЛА за розрахованим маршрутом і збір даних, ротація головних вузлів кластерів. Результати досліджень. Застосування запропонованих методів підвищення ефективності збору даних моніторингу дозволяє збільшити час життя мережі, зменшити час збору даних і зменшити кількість БпЛА, необхідних для збору даних. Висновки. Для досягнення різних цільових функцій управління на основних етапах збору даних моніторингу в бездротових сенсорних мережах запропоновано безліч методів, що дозволяють поліпшити основні показники їх функціонування. Background. To implement the process of collecting UAV monitoring data from sensor nodes in the wireless sensor networks (WSN) control system, it is necessary to implement appropriate methods and algorithms. To increase the efficiency of the data collection process in the WSN, it is clustered, the main cluster nodes are selected that collect monitoring data in the cluster and transmit this data to the UAV when it approaches. The methods proposed today for collecting data from nodes of sensor networks using UAVs do not consider the requirements of various target control functions, especially the functioning of specific networks and require further improvement. Objective. The aim of the work is to analyze and consider ways to improve the efficiency of the process of collecting data from sensor nodes of the WSN using UAVs during its clustering. Methods. In contrast to the traditional ways to solve the problem of collecting UAV monitoring data from WSN nodes, a set of methods is proposed to achieve various objective control functions (maximizing WSN functioning time, minimizing data collection time, minimizing the number of UAVs) at various stages of network operation. Results. The application of the proposed methods to increase the efficiency of monitoring data collection allows increasing the network lifetime, reducing data collection time and reducing the number of UAVs required for data collection. Conclusions. To achieve various target management functions at the main stages of monitoring data collection in wireless sensor networks, many methods have been proposed to improve the basic indicators of their functioning. Проблематика. Для реализации процесса сбора данных мониторинга БпЛА от сенсорных узлов в системе управления беспроводными сенсорными сетями (БСС) необходимо реализовать соответствующие методы и алгоритмы. Для повышения эффективности процесса сбора данных в БСС проводится ее кластеризация, выделяются главные узлы кластеров, собирающие данные мониторинга в кластере и передающие эти данные на БпЛА при его подлете. Предложенные на сегодня методы сбора данных с узлов сенсорных сетей с использованием БпЛА не учитывают требования различных целевых функций управления, особенности функционирования конкретных сетей и требуют дальнейшего совершенствования. Цель исследований. Целью работы является анализ и рассмотрение способов повышения эффективности процесса сбора данных с сенсорных узлов БСС с использованием БпЛА при ее кластеризации. Методика реализации. В отличие от традиционных путей решения проблемы сбора данных мониторинга БпЛА от узлов БСС предложена совокупность методов достижения различных целевых функций управления (максимизация времени функционирования БСС, минимизация времени сбора данных, минимизация количества БпЛА) на различных этапах функционирования сети: кластеризация сети; передача данных мониторингу в кластерах от простых узлов к главным узлам; нахождение положения в пространстве БпЛА; построение маршрута облета точек сбора; полет БпЛА по рассчитанному маршруту и сбора данных, ротация главных узлов кластеров. Результаты исследований. Применение предложенных методов повышения эффективности сбора данных мониторинга позволяет увеличить время жизни сети, уменьшить время сбора данных и уменьшить количество БпЛА, необходимых для сбора данных. Выводы. Для достижения различных целевых функций управления на основных этапах сбора данных мониторинга в беспроводных сенсорных сетях предложено множество методов, позволяющих улучшить основные показатели их функционирования.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: