Описаны методы сокращения энергопотребления датчиков ввода информации в беспроводных сенсорных сетях. Показано, что использование цифровой видеокамеры в системе позволяет снизить энергопотребление.
Ключевые слова: энергопотребление, беспроводная сеть, видеокамера.
В этой статье рассмотрены методы уменьшения (перераспределения) расхода энергии батарей с целью увеличения времени жизни сетей с избыточным количеством узлов за счет планирования и управления совместной работой элементов сети на различных уровнях эталонной модели взаимодействия открытых систем. Для уменьшения расхода энергоресурса узлов с целью увеличения времени жизни сети в настоящее время предложено множество соответствующих методов [1].
Основными методами экономии энергоресурса узлов беспроводных сенсорных сетей (БСС) является организация режимов работы, которая подразумевает периодическое отключение узлов или их приемопередатчиков. БСС осуществляют передачу данных мониторинга с заданным периодом и отключение узлов (приемопередатчиков) после передачи данных до начала следующего периода позволяет снизить расход энергоресурса, но при этом возникает задача организации взаимодействия между узлами для обеспечения ретрансляции сообщений в направлении шлюза с обеспечением минимальных задержек. Классическими подходами решения данного класса задач является организация согласованных циклов сна/пробуждения узлов (приемопередатчиков), что вносит задержки при передаче сообщений.
В отличие от классического подхода организации циклов сна/пробуждения для БСС с избыточным количеством узлов в работе [1] предлагается следующее.
- На прикладном уровне отключать узлы, которые дублируют покрытие района мониторинга. Для продления длительности функционирования сети предлагается организовать периоды включения/выключения отдельных узлов так, чтобы в каждый момент времени функционировало множество узлов, необходимое для обеспечения заданного покрытия района мониторинга.
- На сетевом уровне использовать энергосберегающий метод маршрутизации, учитывающий периодическое функционирование множеств избыточных узлов, а также метод уменьшения (сжатия) объема передаваемых данных за счет их избыточности.
- На канальном уровне при возрастании нагрузки передачи данных использовать гибридные методы множественного доступа (МД) (детерминированные и случайные методы доступа имеют различные предельные значения эффективности в зависимости от нагрузки). Для приближенных к шлюзу узлов (на которых концентрируется трафик всей сети) для уменьшения числа коллизий передачи пакетов и увеличения скоростей передачи целесообразно использовать методы детерминированного доступа к каналу. Для удаленных от шлюза узлов целесообразно использовать методы случайного доступа к каналу, не требующих синхронизации узлов.
Управление мощностью передачи позволяет уменьшить использование энергоресурса за счет уменьшения мощностей (дальности) передачи. Исходя из того, что узлы БСС не мобильны и варианты маршрутов могут быть определены заранее, управление мощностью передачи целесообразно использовать на сетевом уровне в методах маршрутизации.
Уменьшение использования энергоресурса методом уменьшения объема данных (агрегации) происходит за счет уменьшения избыточности или потери точности сбора данных мониторинга с внесением задержек передачи для обработки данных.
Рис. 1. Методы энергосбережения в сенсорных сетях
БСС с избыточным количеством узлов используется для повышения надежности и качества покрытия площади объекта мониторинга, поэтому в данных сетях методы агрегации целесообразно использовать на сетевом уровне на отдельных узлах с повышенным использованием энергоресурса для предотвращения выхода их из строя при неэффективности применения других методов энергосбережения. Для уменьшения объема данных целесообразно использовать их корреляцию (временную, когда данные не меняются со временем, и пространственную, когда данные от соседних узлов совпадают).
Другая классификация методов снижения энергопотребления в БСС приводится в работе [2], на основании которой можно привести классификацию методов энергосбережения в сенсорных сетях.
В связи со сказанным выше, в магистерской диссертации необходимо разработать и исследовать устройства ввода, работающие в оптическом диапазоне, в том числе устройство отражательного типа, которое будет основываться на принципе модуляции ретрорефлектора. В первую очередь оно должно быть ориентировано на наименьшее потребление электроэнергии батареи. В частности, это достигается использованием цифровой видеокамеры, причем ее процессор достаточно легко способен выделять и декодировать изменения яркости пикселя, создаваемого оптическим передатчиком в поле зрения видеокамеры.
Литература:
1. Коваленко, И. Г. Методы увеличения продолжительности функционирования беспроводных сенсорных сетей с избыточным количеством узлов [Текст] / Телекоммуникационные и информационные технологии. — 2014. — № 1. — С. 44–54.
2. Anastasi, G. Conservation in Wireless Sensor Networks: a Survey [Text] / Giuseppe Anastasi, Marco Conti, Mario Di Francesco, Andrea Passarella // Ad Hoc Networks. — 2009. — V. 7. — I. 3. — P. 537–568.
