RU2528415C1 - Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network - Google Patents

Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network Download PDF

Info

Publication number
RU2528415C1
RU2528415C1 RU2013143500/07A RU2013143500A RU2528415C1 RU 2528415 C1 RU2528415 C1 RU 2528415C1 RU 2013143500/07 A RU2013143500/07 A RU 2013143500/07A RU 2013143500 A RU2013143500 A RU 2013143500A RU 2528415 C1 RU2528415 C1 RU 2528415C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
node
network
nodes
sensor
routing
Prior art date
Application number
RU2013143500/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Вадимович Воронин
Юрий Константинович Аурениус
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ"
Priority to RU2013143500/07A priority Critical patent/RU2528415C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2528415C1 publication Critical patent/RU2528415C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention discloses a method and a system for distributed traffic balancing in a wireless sensor network based on an algorithm for routing from a source node to a destination node, where the wireless sensor network is presented as a graph G (N, M), where N denotes network nodes and M boundaries. There are K routes and information is generated at a rate Qc and transmitted over a communication channel C at a rate qc. The i-th node has an energy margin Ei, and each boundary ij has a weight/value eij which corresponds to energy for transmitting one data packet from node i to j, and the life Ti of each node is defined as
Figure 00000007
. Each node determines a routing table and stores a message transmission vector, performs analysis of routing alternatives on the most optimum sum vectors calculated from the routing table. To this end, the life of the entire network T sys = min i N  T i ( q c )
Figure 00000008
is determined. Maximisation of the life is defined as maximise Tsys, and to achieve maximum life of the entire network, routes are distributed, where the choice of a route in a network is based on use of the least costly transmissions at each node and the most costly transmissions are excluded.
EFFECT: providing efficient routing, prolonging the life of a network and high reliability.
11 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области беспроводной связи и может быть использовано в автоматизированных системах мониторинга, работающих как независимо, так и в составе многоуровневых информационно-управляющих системах, в частности в системах мониторинга экологических или промышленных параметров в реальном времени с узлами, распределенными на больших территориях и не имеющими проводных линий связи и линий электропитания.The invention relates to the field of wireless communications and can be used in automated monitoring systems that operate both independently and as part of multi-level information management systems, in particular in real-time monitoring of environmental or industrial parameters with nodes distributed over large territories and not having wired communication lines and power lines.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время сенсорные сети все больше занимают свое место в приложениях мониторинга различных мест и событий. В связи с развитием технологии беспроводной связи появилась возможность развития беспроводных распределенных сенсорных сетей (РСС). Распределенные сенсорные сети отличаются от обычных сетей ограниченным энергоресурсом, низкой вычислительной мощностью, необходимостью более плотного расположения и низкой ценой одного узла. Эти особенности от других сетей (например, сотовых) определяют новые цели и задачи их применения. Беспроводные сенсорные сети получили широкое применение во многих сферах деятельности человека, и поэтому им сейчас уделяется огромное внимание.Currently, sensor networks are increasingly taking their place in monitoring applications for various places and events. In connection with the development of wireless communication technology, it became possible to develop wireless distributed sensor networks (RCC). Distributed sensor networks differ from conventional networks in limited energy resources, low computing power, the need for a denser location and low cost of one node. These features from other networks (for example, cellular) determine new goals and objectives of their application. Wireless sensor networks are widely used in many areas of human activity, and therefore they are now receiving great attention.

Распределенная сенсорная сеть состоит из множества дешевых, автономных, многофункциональных узлов, которые находятся в зоне мониторинга. Каждый узел состоит из набора блоков, таких как: сенсор, используемый для получения данных от окружающей среды, блок приема-передачи данных, микроконтроллер для обработки и управления сигналами и источник энергии. Процессор питается от автономной батареи с конечным энергоресурсом, что приводит к значительным ограничениям в энергопотреблении. Обслуживание сенсорных узлов, например замена батарей питания, требует значительных затрат, в особенности, когда узлы расположены в труднодоступных местах, так что большинство сенсорных сетей является необслуживаемыми и работают до разрядки батареи. Это свойство сенсорных сетей является очень важным при разработке алгоритмов маршрутизации в РСС, позволяющих повысить эффективность расходования энергоресурса сети.The distributed sensor network consists of many cheap, autonomous, multi-functional nodes that are located in the monitoring zone. Each node consists of a set of blocks, such as: a sensor used to receive data from the environment, a data transmit-receive block, a microcontroller for processing and controlling signals, and an energy source. The processor is powered by a self-contained battery with a finite energy resource, which leads to significant restrictions on energy consumption. Maintaining sensor nodes, such as replacing batteries, is expensive, especially when nodes are located in hard-to-reach places, so most sensor networks are maintenance free and work until the battery runs out. This property of sensor networks is very important in the development of routing algorithms in the BSS, allowing to increase the efficiency of energy consumption of the network.

Так, существует множество способов экономии энергоресурсов узлов в сенсорной сети, и на фиг.1 приведена их классификация. Способы можно разделить на три большие группы - это сохранение энергии при помощи циклов работы, основанные на количестве передаваемой информации и на мобильности.So, there are many ways to save energy nodes in the sensor network, and figure 1 shows their classification. The methods can be divided into three large groups - this is energy conservation using work cycles, based on the amount of information transmitted and mobility.

К циклам работы относят контроль топологии и управление энергопотреблением. Контроль топологии направлен на использование или уменьшение избыточных связей в сети в целях экономии ресурса. Управлять потреблением можно, применяя различные энергосберегающие протоколы управления доступом к среде передачи (МАС-протоколы) и режимы работы устройств. Второй класс способов сохранения энергоресурса основан на количестве передаваемой информации, а также на получении этой информации экономичными способами. Энергия, потраченная на обработку информации, несравнимо меньше требующейся энергии для ее передачи, поэтому используется внутрисетевая обработка данных, сжатие или предсказание данных. Также используются ретрансляторы для экономии электроэнергии узлов сенсорных сетей.Work cycles include topology control and energy management. Topology control is aimed at using or reducing redundant network connections in order to save resources. You can manage consumption by using various energy-saving media access control protocols (MAC protocols) and device operating modes. The second class of ways to save energy is based on the amount of information transmitted, as well as on the receipt of this information in economical ways. The energy spent on processing information is incomparably less than the energy required to transmit it, so intranet data processing, data compression or prediction is used. Repeaters are also used to save power from sensor networks.

Методы маршрутизации можно разделить на следующие категории: прямая, иерархическая и маршрутизация в зависимости от географического положения.Routing methods can be divided into the following categories: direct, hierarchical, and routing depending on geographic location.

Прямая маршрутизация подразумевает передачу сообщений от узла к узлу в сети, где каждый узел выполняет одинаковую функцию передачи и/или ретрансляции, в отличие от иерархической, где выделяется один или несколько узлов сбора и обработки информации. Недостаток прямой маршрутизации заключается в том, что сети, собирающие информацию с какой-то области, будут посылать множество избыточной информации, особенно при значительной плотности сенсорной сети. Для того чтобы избежать избыточности информации, используют специальные алгоритмы, направленные на получение информации не от узлов, а от определенной области сети. Например, известен алгоритм Sensor Protocols for Information via Negotiation (SPIN), где базовая станция посылает запрос к определенному региону сенсорной сети. Получив запрос, узлы области выполняют требование запроса, локально обмениваются данными и посылают обратно обобщенный ответ.Direct routing involves the transmission of messages from node to node in the network, where each node performs the same function of transmission and / or relay, in contrast to hierarchical, where one or more nodes of information collection and processing are allocated. The disadvantage of direct routing is that networks that collect information from some area will send a lot of redundant information, especially with a significant density of the sensor network. In order to avoid redundancy of information, they use special algorithms aimed at obtaining information not from nodes, but from a specific area of the network. For example, the Sensor Protocols for Information via Negotiation (SPIN) algorithm is known, where the base station sends a request to a specific region of the sensor network. Upon receiving the request, the nodes of the region fulfill the request requirement, locally exchange data and send back a generalized response.

При иерархической маршрутизации для сбора и обработки требуется использовать узлы с большим запасом энергии, что хотя и позволяет экономить на передачи уже обработанных данных значительно меньшего объема, зачастую неприемлемо ввиду однородности используемых приборов или других трудностей. Для того чтобы не использовать специализированные узлы, существуют несколько технологий. Так, известна технология Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH), когда функцию сбора принимают поочередно несколько узлов сенсорной сети, выбираемых по определенному алгоритму, тем самым распределяя нагрузку узла сбора.In hierarchical routing, it is required to use nodes with a large supply of energy for collection and processing, which, although it allows saving on the transfer of already processed data of a much smaller amount, is often unacceptable due to the homogeneity of the devices used or other difficulties. In order not to use specialized nodes, there are several technologies. So, the Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) technology is known, when the collection function is taken in turn by several sensor network nodes selected according to a certain algorithm, thereby distributing the load of the collection node.

Маршрутизация в зависимости от географического положения также еще называется геометрической маршрутизацией, потому что для нахождения маршрута используется геометрическое направление на базовую станцию. Также существует маршрутизация по виртуальным координатам, которые выстраиваются не только в зависимости от реального положения узла, но и учитывают естественные неровности поверхности, препятствия, уровень канала передачи и др.Routing depending on geographic location is also called geometric routing, because the geometrical direction to the base station is used to find the route. There is also routing by virtual coordinates, which are built not only depending on the actual position of the node, but also take into account natural surface irregularities, obstacles, the level of the transmission channel, etc.

Также известна многопотоковая маршрутизация, где доставка сообщения от одного узла возможна по нескольким путям. В последнее время большое внимание уделяется маршрутизации по запросу у базовой станции, например, на основе нахождения кратчайшего пути и поддержания его с учетом плохого канала и выхода из строя узлов. Однако узлы, расположенные на кратчайшем расстоянии, быстро истощаются, что приводит к обрывам связи и уменьшению времени жизни сети, под которым часто понимается время жизни первого вышедшего из строя узла. Поэтому имеется необходимость в создании технологии максимизации времени жизни сенсорной сети, которая решается тем или иным методом линейного программирования.Multithread routing is also known, where message delivery from one node is possible in several ways. Recently, much attention has been paid to on-demand routing at the base station, for example, based on finding the shortest path and maintaining it taking into account the bad channel and the failure of nodes. However, nodes located at the shortest distance are quickly depleted, which leads to disconnection and a decrease in the lifetime of the network, which is often understood as the lifetime of the first failed node. Therefore, there is a need to create a technology for maximizing the lifetime of the sensor network, which is solved by one or another linear programming method.

Так, в качестве близкого по сущности технического решения известен патент RU 2439812 C1, опубликован 2012-01-10, МПК H04W 36/00, где раскрыта самоконфигурируемая сенсорная сеть из множества датчиков и исполнительных устройств на основе маршрутизации в зависимости от географического положения. Сенсорная сеть состоит из центрального устройства обработки данных (ЦУОД) и N базовых станций (БС), расположенных равномерно или хаотически по границам территории покрытия сети, где БС имеют пространственную привязку к глобальным координатам позиционирования и содержат память для хранения значения коэффициента доверия, который представляет собой число в диапазоне от заданного минимального и максимального значений. Коэффициент доверия для БС устанавливают приблизительно равным максимальному значению. Внутри территории покрытия сенсорной сети равномерно или хаотически располагают М узлов, причем M>>N. Узлы оснащают памятью, предназначенной для хранения значений координат пространственной привязки, которую инициализируют случайными значениями в процессе производства, и для хранения коэффициента доверия, которую инициализируют значением, приблизительно равным минимальному значению коэффициента доверия. Каждый узел и БС устанавливают соединение не более чем с К соседними узлами и БС, причем значение К зависит от характеристик пропускной способности канала связи, характеристик быстродействия и энергопотребления микропроцессоров, входящих в их состав. После установления соединения узлы и БС выполняют операцию взаимного определения значений пространственных координат. Для этого каждый узел или БС циклически передает значения собственной памяти для хранения значений координат пространственной привязки и памяти для хранения значения коэффициента доверия. В каждом цикле обработки узел получает значения координат и коэффициентов доверия от всех соседних устройств, с которыми установлено соединение, и определяет расчетные значения собственных координат и собственного коэффициента доверия по методу взвешенного усреднения значений собственных координат и координат соседних устройств, используя в качестве весовых коэффициентов коэффициенты доверия самого устройства и соседних устройств. Таким образом, узлы сенсорной сети получают пространственную привязку. Для маршрутизации сообщения от ЦУОД к узлу с координатами (x, y, z) оно передает сообщение к одной или нескольким БС, ближайшим к требуемым координатам. Указанные БС передают сообщение ближайшим узлам, а узлы последовательно - своим ближайшим узлам в направлении вектора, направленного к требуемой точке (x, y, z). Узлы, пространственно привязанные к точкам, расположенным на расстоянии, не превышающем радиус чувствительности сенсорной сети r, воспринимают сообщение как адресованное им. Дальнейший арбитраж узлов для выбора окончательного адресата сообщения, а также отправку подтверждения о приеме сообщения производят по необходимости, исходя из технических требований к функционированию сети. Для маршрутизации сообщения от узла к ЦУОД узлы дополнительно оснащают памятью для хранения списка координат ближайших БС. Для передачи сообщения ЦУОД узел передает сообщение одному или нескольким соседним узлам в направлении вектора, направленного к точке с координатами БС, когда сообщение достигает БС, она передает сообщение непосредственно на ЦУОД и, при необходимости, отправляет в сторону передавшего узла сообщение о подтверждении передачи.So, patent RU 2439812 C1 is known as an essentially technical solution, published 2012-01-10, IPC H04W 36/00, where a self-configuring sensor network of a plurality of sensors and actuators based on routing depending on geographical location is disclosed. The sensor network consists of a central data processing device (DLC) and N base stations (BS) located uniformly or randomly along the boundaries of the network coverage area, where the BSs are spatially referenced to global positioning coordinates and contain memory for storing the value of the confidence coefficient, which is a number in the range from the specified minimum and maximum values. The confidence coefficient for the BS is set approximately equal to the maximum value. Inside the coverage area of the sensor network, M nodes are evenly or randomly located, with M >> N. The nodes are equipped with a memory designed to store the coordinates of the spatial reference, which is initialized with random values during the production process, and to store the confidence coefficient, which is initialized with a value approximately equal to the minimum value of the confidence coefficient. Each node and BS establish a connection with no more than K neighboring nodes and BS, and the value of K depends on the characteristics of the bandwidth of the communication channel, the performance and power consumption of microprocessors that are part of them. After the connection is established, the nodes and the BS perform the operation of mutual determination of the values of spatial coordinates. For this, each node or BS cyclically transmits its own memory values to store the values of the coordinates of the spatial reference and memory to store the value of the confidence coefficient. In each processing cycle, the node receives the values of coordinates and confidence coefficients from all neighboring devices with which it is connected, and determines the calculated values of its own coordinates and its own confidence coefficient using the method of weighted averaging of the values of its own coordinates and coordinates of neighboring devices, using confidence coefficients the device itself and neighboring devices. Thus, the nodes of the sensor network receive spatial reference. To route a message from the central control center to a node with coordinates (x, y, z), it transmits a message to one or more BSs closest to the required coordinates. The indicated BS transmit the message to the nearest nodes, and the nodes sequentially - to their nearest nodes in the direction of the vector directed to the desired point (x, y, z). The nodes spatially attached to points located at a distance not exceeding the radius of sensitivity of the sensor network r perceive the message as addressed to them. Further arbitration of nodes for selecting the final addressee of the message, as well as sending confirmation of the receipt of the message, is carried out as necessary, based on the technical requirements for the functioning of the network. To route a message from a node to a central control center, nodes are additionally equipped with memory to store a list of coordinates of the nearest BSs. To transmit the DLCM message, the node transmits the message to one or several neighboring nodes in the direction of the vector directed to the point with the BS coordinates, when the message reaches the BS, it sends the message directly to the DLC and, if necessary, sends a transmission confirmation message to the sending node.

Недостатком такой самоконфигурируемой сенсорной сети и способа ее функционирования является сложность применяемого оборудования, связанная с необходимостью задавать и использовать координаты пространственной привязки узлов и базовых станций, а также такое решение не обеспечивает продолжительное время жизни всей сети в целом.The disadvantage of such a self-configuring sensor network and the method of its operation is the complexity of the equipment used, associated with the need to set and use the coordinates of the spatial reference of nodes and base stations, and also this solution does not provide a long life time of the entire network as a whole.

В качестве наиболее близкого аналога - прототипа можно предложить способ маршрутизации с максимальным временем жизни в беспроводной сети Ad-hoc, раскрытый в публикации Arvind Sankar and Zhen Liu, Maximum Lifetime Routing in Wireless Ad-hoc Networks, INFOCOM 2004, Twenty-third Annual Joint Conference of the IEEE, Computer and Communications Societies, vol.2, p.p.1089-1097, где формулируется задача максимизации времени жизни сенсорной сети, которая решается методом линейного программирования, а именно предложен алгоритм, чтобы минимизировать сумму потенциальных функций всех очередей.As the closest analogue to the prototype, we can propose the method of routing with the maximum lifetime in the wireless Ad-hoc network, disclosed in the publication Arvind Sankar and Zhen Liu, Maximum Lifetime Routing in Wireless Ad-hoc Networks, INFOCOM 2004, Twenty-third Annual Joint Conference of the IEEE, Computer and Communications Societies, vol.2, pp1089-1097, where the problem of maximizing the lifetime of a sensor network, which is solved by linear programming, is formulated, namely, an algorithm is proposed to minimize the sum of potential functions of all queues.

Недостатком такого способа является низкая эффективность, поскольку узлы, расположенные на кратчайшем расстоянии, часто быстро истощаются, что приводит к обрывам связи и уменьшению времени жизни сети.The disadvantage of this method is the low efficiency, since nodes located at the shortest distance are often quickly depleted, which leads to disconnection and a decrease in the network lifetime.

Таким образом, имеется необходимость в решении вышеуказанных проблем предшествующего уровня техники.Thus, there is a need to solve the above problems of the prior art.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное изобретение, является, в частности: обеспечение эффективной маршрутизации и продление времени жизни беспроводной сенсорной сети для мониторинга различных объектов и параметров в режиме реального времени, где важна информация каждого узла, повышение функциональности, надежности и снижение стоимости использования систем для мониторинга. Использование предложенного решения позволит повысить эффективность эксплуатации контролируемого объекта за счет более продолжительного срока службы автономной батареи электропитания, что позволит регистрировать и передавать данные о параметрах объекта и/или окружающей среды в течение более продолжительного времени.The technical result to which the proposed invention is directed is, in particular: providing efficient routing and extending the life of the wireless sensor network for monitoring various objects and parameters in real time, where the information of each node is important, increasing functionality, reliability and reducing the cost of use systems for monitoring. Using the proposed solution will improve the efficiency of operation of the controlled object due to the longer life of the autonomous power supply battery, which will allow to register and transmit data on the parameters of the object and / or environment for a longer time.

Сущность предложенного способа распределенной балансировки трафика в беспроводной сенсорной сети заключается в применении нового алгоритма маршрутизации от узла источника к узлу назначения. Связь между упомянутыми узлами в сенсорной сети выполняется, например, по протоколу Zigbee, или в нелицензируемом диапазоне радиочастот, или по мобильной цифровой радиосети, или по любому другому подходящему протоколу беспроводной связи. Распределенную сенсорную сеть можно представить как граф G (N, M), который определяет набор упомянутых узлов и связи между ними, где N узлы сети, а М грани, также имеется К маршрутов. Информация генерируется со скоростью Qc и передается по каналу связи С со скоростью qc, причем i-й узел имеет запас энергии Ei, а каждая грань ij имеет вес/цену eij, которая соответствует энергии для передачи одного пакета данных от узла i к j, при этом время жизни Ti каждого узла определяется какThe essence of the proposed method of distributed traffic balancing in a wireless sensor network is to apply a new routing algorithm from the source node to the destination node. Communication between the nodes in the sensor network is, for example, via the Zigbee protocol, or in the unlicensed radio frequency range, or via a mobile digital radio network, or any other suitable wireless communication protocol. A distributed sensor network can be represented as a graph G (N, M), which defines a set of the mentioned nodes and the connections between them, where N are network nodes, and M faces, there are also K routes. Information is generated at a speed of Q c and transmitted over communication channel C at a speed of q c , with the i-th node having an energy reserve E i , and each face ij has a weight / price e ij that corresponds to the energy for transmitting one data packet from node i to j, while the lifetime T i of each node is defined as

Figure 00000001
Figure 00000001

Далее определяется таблица маршрутизации на каждом узле и выстаивается вектор передачи сообщения, проводится анализ возможных вариантов маршрутов согласно наиболее оптимальным суммарным векторам, которые рассчитываются по таблице маршрутизации, для этого определяется время жизни всей сети Tsys Next, a routing table is determined at each node and a message transmission vector is aligned, an analysis of possible route options is carried out according to the most optimal total vectors, which are calculated from the routing table, for this the lifetime of the entire network T sys is determined

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, максимизация времени жизни определяется как maximize Tsys, и для достижения максимального времени жизни всей сети распределяют маршруты для передаваемой информации, при этом выбор маршрута трафика в сети основан на использовании наименее затратных передач на каждом узле, а при построении маршрута исключаются наиболее затратные узлы на основе его рассчитанного Ti.Thus, the maximization of the lifetime is defined as maximize T sys , and to achieve the maximum lifetime of the entire network, routes are allocated for the transmitted information, while the choice of the traffic route in the network is based on the use of the least expensive transmissions at each node, and the most costly nodes based on its calculated T i .

По меньшей мере, один узел источника содержит датчик измерения и мониторинга физических параметров (величин) с автономным питанием, который осуществляет мониторинг в заданной области сети и передачу сообщений (пакетов данных) с измеренными параметрами к, по меньшей мере, одному узлу назначения.At least one source node contains a sensor for measuring and monitoring physical parameters (quantities) with autonomous power, which monitors in a given area of the network and transmits messages (data packets) with measured parameters to at least one destination node.

Как вариант, в каждом узле для приведения данных мониторинга к единообразному виду могут выполнять первичную обработку полученных с датчиков физических параметров, например, путем их накопления в памяти, усреднения, аналого-цифрового преобразования в соответствующий код. В качестве измеряемых параметров для мониторинга, например, окружающей среды, используются различные параметры, такие как температура, давление, влажность, освещенность, задымление, уровень вибрации и др.Alternatively, in each node, in order to bring the monitoring data to a uniform form, primary processing of physical parameters obtained from sensors can be performed, for example, by storing them in memory, averaging, and analog-to-digital conversion to the corresponding code. As the measured parameters for monitoring, for example, the environment, various parameters are used, such as temperature, pressure, humidity, light, smoke, vibration level, etc.

Как вариант, выбор маршрута при формировании и/или обновлении таблицы маршрутизации производится в соответствии с комбинациями таких критериев, как длина маршрута, измеренная количеством маршрутизаторов, через которые необходимо пройти до узла назначения; пропускная способность канала связи; прогнозируемое суммарное время передачи; стоимость канала связи; количество остаточной энергии на узле.Alternatively, the choice of the route when creating and / or updating the routing table is made in accordance with combinations of criteria such as the length of the route, measured by the number of routers through which you must go to the destination node; communication channel bandwidth; predicted total transmission time; communication channel cost; the amount of residual energy on the site.

Как вариант, в способе дополнительно осуществляют обновление значений времени жизни Ti каждого узла или времени жизни всей системы Tsys в соответствии с упомянутой комбинацией критериев, проводимое при посылке сообщения из узла источника к узлу назначения или при обнаружении разрыва соединения между узлами.Alternatively, the method further updates the values of the lifetime T i of each node or the lifetime of the entire system T sys in accordance with the mentioned combination of criteria, carried out when sending a message from the source node to the destination node or when a connection break between the nodes is detected.

Как вариант, после построения таблицы маршрутизации функцию передачи пакетов по оптимальным путям (маршруту) реализуют при отправке пакета, каждый узел сети помещает адрес следующего узла в заголовок пакета на уровне управления доступом к среде передачи (MAC- уровень).Alternatively, after constructing a routing table, the function of transmitting packets along the optimal paths (route) is implemented when a packet is sent, each network node places the address of the next node in the packet header at the media access control level (MAC level).

Также предложена система распределенной балансировки трафика в распределенной сенсорной сети на основе алгоритма маршрутизации от узла источника к узлу назначения в распределенной сенсорной сети согласно предложенному способу, содержащая: узел назначения, соединенный беспроводным каналом связи с узлом источника, который представляет собой сенсорный модуль, где размещены приемопередатчик, датчик физических параметров, микроконтроллер для обработки и управления и автономный источник их питания, а узел назначения содержит приемопередатчик, средства накопления получаемой информации и средства обработки и отображения получаемой информации с сенсорных модулей для построения модели исследуемого объекта или пространства.Also proposed is a distributed traffic balancing system in a distributed sensor network based on a routing algorithm from a source node to a destination node in a distributed sensor network according to the proposed method, comprising: a destination node connected by a wireless communication channel to a source node, which is a sensor module that houses a transceiver , a sensor of physical parameters, a microcontroller for processing and control and an autonomous source of their power, and the destination node contains a transceiver a sensor, means for accumulating the received information, and means for processing and displaying the received information from sensor modules for constructing a model of the object or space under study.

Как вариант, сенсорные модули могут быть разделены на группы, и каждая группа связана с узлом назначения беспроводной связью через свой приемопередатчик. Мониторинг экологических или промышленных параметров в реальном времени проводится точечно в заданной области, где первое подмножество из упомянутого множества узлов источников выполняет функции мониторинга, а второе подмножество узлов источников выполняет только функции приемопередачи пакетов данных с измеренными физическими параметрами, полученных с первого подмножества узлов источников.Alternatively, the sensor modules can be divided into groups, and each group is connected to the destination node by wireless communication through its transceiver. Real-time monitoring of environmental or industrial parameters is carried out pointwise in a given area, where the first subset of the mentioned set of source nodes performs monitoring functions, and the second subset of source nodes performs only the transceiver functions of data packets with measured physical parameters obtained from the first subset of source nodes.

Эти и другие конструктивные и функциональные особенности и преимущества предложенного изобретения станут очевидными из детального описания его вариантов, которые должны читаться совместно с чертежом.These and other structural and functional features and advantages of the proposed invention will become apparent from a detailed description of its options, which should be read in conjunction with the drawing.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показана известная классификация способов сохранения энергии узлов в сенсорной сети.Figure 1 shows a well-known classification of methods for conserving the energy of nodes in a sensor network.

На фиг.2 показан алгоритм построения сенсорной сети на основе опроса.Figure 2 shows the algorithm for constructing a sensor network based on a survey.

На фиг.3 показана сенсорная сеть в виде графа G (N, M).Figure 3 shows the sensor network in the form of a graph G (N, M).

На фиг.4 показаны варианты определения маршрутов.Figure 4 shows the options for determining routes.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Предложен алгоритм, на котором базируется технология автоматизированного сбора и передачи данных посредством предложенной РСС (сети автономных беспроводных самоорганизующихся мобильных устройств) на единую точку для построения модели исследуемого объекта или пространства. Данная модель преимущественно может быть использована для построения сетей мониторинга экологических или промышленных параметров в реальном времени, мониторинга состояния в жизненном цикле зданий и сооружений, при проектировании и построении рекреационных зон и объектов санитарно-курортного строительства, а также в других различных областях автомобильной индустрии, на железнодорожном транспорте, в дорожном строительстве, в медицине.An algorithm is proposed on which the technology of automated data collection and transmission is based on the proposed RCC (network of autonomous wireless self-organizing mobile devices) to a single point for constructing a model of the object or space under study. This model can mainly be used to build networks for monitoring environmental or industrial parameters in real time, to monitor the condition in the life cycle of buildings and structures, during the design and construction of recreation areas and facilities for sanatorium-resort construction, as well as in various other areas of the automotive industry, railway transport, in road construction, in medicine.

Предложенное изобретение позволяет существенно повысить функциональность, надежность и снизить стоимость использования таких систем для мониторинга. Снижение стоимости неразрывно связано с конструктивной, функциональной и программной унификацией частей, из которых строится система, что предполагает тщательный анализ требований и проведение исследований способов построения универсальной программно-аппаратной платформы для создания систем мониторинга экологического состояния среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей. Для этого исследуются различные параметры: температура, давление, влажность, освещенность, задымление, вибрация, которые собираются посредством самоорганизующихся сенсорных сетей. РСС состоит из конечных устройств, промежуточных роутеров, координатора сети и выделенной точки сбора данных, иногда такую точку называют шлюзом сети, она служит для конвертации данных из радиоканала в сеть, организованную на оптических или медных проводах - Ethernet. Датчики сбора физических параметров крепятся к узлам сети - конечным устройствам, которые через координатор сети выстраиваются в единую структуру, например, посредством протокола ZigBee. Это позволяет развернуть сеть для мониторинга за короткий промежуток времени с минимальными затратами и достаточно высокой надежностью.The proposed invention can significantly increase the functionality, reliability and reduce the cost of using such systems for monitoring. The cost reduction is inextricably linked with the constructive, functional and software unification of the parts that make up the system, which requires a thorough analysis of the requirements and research on how to build a universal software and hardware platform for creating environmental monitoring systems based on wireless sensor technology. For this, various parameters are studied: temperature, pressure, humidity, light, smoke, vibration, which are collected through self-organizing sensor networks. RCC consists of end devices, intermediate routers, a network coordinator and a dedicated data collection point, sometimes called a network gateway, it serves to convert data from a radio channel to a network organized on optical or copper wires - Ethernet. Sensors for collecting physical parameters are attached to network nodes - end devices, which are built into a single structure through the network coordinator, for example, using the ZigBee protocol. This allows you to deploy a network for monitoring in a short period of time with minimal cost and sufficiently high reliability.

Каждый узел РСС снабжен автономным источником питания, что позволяет устанавливать их в труднодоступных местах для снятия требуемых показаний с минимальными трудозатратами. Особенностью предложенного изобретения является создание уникального масштабируемого программно-аппаратного обеспечения, состоящего из необходимого для внедрения набора модулей, позволяющего управлять устройствами для максимально возможного времени работы, и при этом формировать в автоматическом режиме достоверную модель пространственной гетерогенной среды. Связь между устройствами происходит по радиоканалу в различных стандартах связи, в том числе по протоколу Zigbee, в нелицензируемом диапазоне частот или по мобильной цифровой радиосети. Собранные для обработки данные позволяют использовать такую систему для построения экологической 3D модели исследуемой среды/пространства или исследуемого объекта, существенно сократив объем требуемого времени на обработку и получение информации и денежных ресурсов. Суть предложенного алгоритма, названного two ladder-logic, заключается в управлении элементами РСС, позволяющего балансировать нагрузкой на узлах сети таким образом, чтобы передаваемые данные отправлялись на ближайший узел сети не случайным образом, а на тот, который обладает наибольшим запасом энергии в текущий момент времени. Используемый алгоритм функционирования РСС позволяет изменять нагрузку на узлы сети таким образом, что вся сеть остается работоспособной максимально продолжительное время.Each RCC node is equipped with an autonomous power source, which allows them to be installed in hard-to-reach places to take the required readings with minimal labor. A feature of the proposed invention is the creation of a unique scalable software and hardware, consisting of a set of modules necessary for implementation, which allows you to control devices for the maximum possible operating time, and at the same time create an authentic model of a spatial heterogeneous environment in automatic mode. Communication between devices takes place over the air in various communication standards, including the Zigbee protocol, in the unlicensed frequency range or over the mobile digital radio network. The data collected for processing allows you to use such a system to build an ecological 3D model of the environment / space or object under study, significantly reducing the amount of time required for processing and obtaining information and financial resources. The essence of the proposed algorithm, called two ladder-logic, is to control the RCC elements, which allows balancing the load on the network nodes so that the transmitted data is sent to the nearest network node not randomly, but to the one that has the largest energy reserve at the current time . The RCC functioning algorithm used allows you to change the load on the network nodes in such a way that the entire network remains operational for as long as possible.

Применение РСС может обеспечить получение значительных преимуществ как в технологическом, так и в экономическом аспекте, перед традиционными системами сбора и обработки данных. Принципиальное возрастание производительности сбора и обработки цифровой телеметрии, достигаемое за счет использования РСС, позволяет агрессивно внедряться в рынок и перейти на технологические решения нового поколения, тем самым становится возможным и легко реализуемым появление новых автоматизированных систем, действующих в реальном времени на основе облачных технологий. По мере развития технологии должен произойти переход от соединенных локальных сетей мониторинга к крупномасштабным системам мониторинга, наблюдения и предсказания, основанным на беспроводной РСС.The use of RCC can provide significant advantages in both technological and economic aspects, over traditional data collection and processing systems. A fundamental increase in the performance of the collection and processing of digital telemetry, achieved through the use of PCC, allows you to aggressively enter the market and switch to technological solutions of a new generation, thereby making possible the emergence of new automated systems operating in real time based on cloud technologies. With the development of technology, a transition from connected local monitoring networks to large-scale monitoring, surveillance and prediction systems based on wireless RCC should occur.

На фиг.2 показан пример маршрутизации и построения сенсорной сети на основе опроса. РСС состоит из множества дешевых, автономных, многофункциональных узлов, которые находятся в зоне мониторинга. Каждый узел состоит из набора блоков, таких как сенсор, используемый для получения данных от окружающей среды, блок приема-передачи данных, микроконтроллер для обработки и управления сигналами и малогабаритный источник энергии. Процессор питается от автономной батареи с конечным энергоресурсом, что приводит к значительным ограничениям в энергопотреблении. Обслуживание сенсорных узлов, например замена автономной батареи, требуют значительных затрат, в особенности, когда узлы расположены в труднодоступных местах, так что большинство сенсорных сетей является необслуживаемыми и работают до истощения батареи питания.Figure 2 shows an example of routing and building a sensor network based on a survey. RCC consists of many cheap, autonomous, multifunctional nodes that are located in the monitoring zone. Each node consists of a set of blocks, such as a sensor used to receive data from the environment, a data reception and transmission unit, a microcontroller for processing and controlling signals, and a small-sized energy source. The processor is powered by a self-contained battery with a finite energy resource, which leads to significant restrictions on energy consumption. Maintenance of sensor nodes, such as replacing a stand-alone battery, is expensive, especially when nodes are located in hard-to-reach places, so most sensor networks are maintenance-free and operate until the battery is depleted.

Алгоритм маршрутизации позволяет строить маршрут на основании запросов и ответов. Координатор сети 1 отправляет широковещательный запрос HELLO и принимает ответы от маршрутизатора (роутера) 2. Каждый маршрутизатор также отправляет широковещательный запрос и получает ответы от соседних устройств, это могут быть другие маршрутизаторы или конечные устройства 3. На основе принятых ответов (силе сигнала, времени ответа и других параметров) координатором выстраивается таблица маршрутизации на каждом маршрутизаторе. Далее, выбор маршрута осуществляется в стандартном алгоритме путем определения весового графа с минимальным суммарным значением.The routing algorithm allows you to build a route based on requests and responses. Network Coordinator 1 sends a HELLO broadcast request and receives responses from the router (router) 2. Each router also sends a broadcast request and receives responses from neighboring devices, these can be other routers or end devices 3. Based on the received responses (signal strength, response time and other parameters) the coordinator builds a routing table on each router. Further, the route selection is carried out in the standard algorithm by determining the weight graph with the minimum total value.

Как правило, сенсорные узлы оборудуются однотипными устройствами с определенным набором функций. После установки, в процессе эксплуатации сенсорные узлы должны сами организоваться в коммуникационную сеть, где каждый узел использует только те функции, которые необходимы для решения поставленной задачи. Маршрутизация также происходит в автоматическом режиме. Помимо первичной маршрутизации, требуется еще регулярное перестроение сети, потому что устройства могут терять канал связи или выходить из строя по причинам, связанным с внешними или внутренними факторами.As a rule, sensor nodes are equipped with similar devices with a certain set of functions. After installation, during operation, the sensor nodes must themselves be organized into a communication network, where each node uses only those functions that are necessary to solve the task. Routing also occurs automatically. In addition to the primary routing, regular network rebuilding is also required, because devices can lose the communication channel or fail for reasons related to external or internal factors.

Работа каждого сенсорного узла направлена на измерение различных параметров среды, например температуры, давления, освещенности, влажности, задымления, уровня вибрации и др. Такое разнообразие параметров влечет за собой различные сферы применения, например сбор данных и мониторинг окружающей среды, мониторинг различных производственных объектов, размещенных как в отдельном здании, так и на большой территории, объектов нефтегазовой промышленности, транспортных объектов, военные применения и др. Сенсорные сети выполняют различные задачи, которые можно грубо разделить на две категории. Первая категория задач связана с детекцией событий, которые происходят очень редко, но требуют немедленного оповещения и/или обнаружения местонахождения. Во вторую категорию (мониторинг) входят задачи непрерывного измерения какой-либо величины в течение длительного промежутка времени. Здесь время задержки может быть равно характерному времени изменения измеряемого параметра. Мониторинг может проводиться точечно по какой-либо площади, при точечном измерении основная часть узлов играет роль передатчиков, и лишь незначительная часть узлов непосредственно осуществляет мониторинг.The operation of each sensor unit is aimed at measuring various environmental parameters, such as temperature, pressure, light, humidity, smoke, vibration level, etc. Such a variety of parameters entails various fields of application, for example, data collection and environmental monitoring, monitoring of various production facilities, located both in a separate building and on a large territory, oil and gas industry facilities, transport facilities, military applications, etc. Sensor networks perform various tasks and which can be roughly divided into two categories. The first category of tasks is associated with the detection of events that occur very rarely, but require immediate notification and / or location detection. The second category (monitoring) includes the tasks of continuous measurement of a quantity over a long period of time. Here, the delay time may be equal to the characteristic time of change of the measured parameter. Monitoring can be carried out pointwise over any area, with point measurement, the main part of the nodes plays the role of transmitters, and only a small part of the nodes directly monitors.

Предложен алгоритм маршрутизации с балансировкой трафика в распределенной сенсорной сети. Для этого, распределенную сенсорную сеть можно представить как граф G (N, M) с N узлами и М гранями, который представляет набор существующих узлов и возможные связи между ним, как показано на фиг.3. Каждый i-й узел изначально имеет запас энергии Ei. Каждая грань ij имеет вес/цену eij, которая соответствует энергии для передачи одного пакета данных от узла i к j. Считается, что есть К маршрутов, а информация генерируется со скоростью Qc и передается по каналу связи C со скоростью qc.A routing algorithm with traffic balancing in a distributed sensor network is proposed. For this, a distributed sensor network can be represented as a graph G (N, M) with N nodes and M faces, which represents a set of existing nodes and possible connections between it, as shown in Fig. 3. Each i-th node initially has an energy reserve E i . Each face ij has a weight / price e ij that corresponds to the energy for transmitting one data packet from node i to j. It is believed that there are K routes, and information is generated at a speed of Q c and transmitted over a communication channel C at a speed of q c .

Время жизни Ti каждого узла будет равняться в такой системеThe lifetime T i of each node will be equal in such a system

Figure 00000003
Figure 00000003

Согласно используемому алгоритму определяется таблица маршрутизации координатором на каждом узле. Выстраивается вектор передачи сообщения. Далее проводится анализ возможных вариантов маршрутов согласно наиболее оптимальным суммарным векторам, которые рассчитываются по таблице маршрутизации. Таким образом, целью является экономия суммарно затраченной энергии во всей сети на передачу одного пакета. Это эффективно для сетей передачи данных, когда время жизни сети определяется временем, в течение которого сеть способна передавать сообщения.According to the algorithm used, the routing table is determined by the coordinator at each node. Lines a message transfer vector. Next, an analysis of the possible route options is carried out according to the most optimal total vectors, which are calculated according to the routing table. Thus, the goal is to save the total energy consumed in the entire network for the transmission of one packet. This is effective for data networks, when the network lifetime is determined by the time during which the network is able to transmit messages.

В сетях, где каждый узел осуществляет одновременно две функции: измерение какой-то величины и передачу сообщений, то есть сенсорная сеть выполняет функцию мониторинга физических величин в заданной области, для полноты картины важно значение каждого узла.In networks where each node simultaneously performs two functions: measuring a quantity and transmitting messages, that is, the sensor network performs the function of monitoring physical quantities in a given area, the importance of each node is important to complete the picture.

Тогда время жизни всей системы Tsys определим как:Then the lifetime of the entire system T sys is defined as:

Figure 00000004
Figure 00000004

Задача максимизации времени жизни будет выглядеть: maximize Tsys, и для достижения максимального времени жизни всей системы необходимо распределять маршруты для передаваемой информации. Суть предложенного способа маршрутизации с балансировкой трафика в РСС состоит в том, что выбор маршрута трафика в сети основан на использовании наименее затратных передач на каждом узле, которые могут быть задействованы при передаче данных. Иначе говоря, из возможных вариантов маршрута движения пакета данных исключаются наиболее затратные прыжки-хопы (транзитный участок или переход в сети между двумя узлами сети, по которому передается трафик), тем самым экономится энергия на каждом узле и снижается вероятность выхода узла из строя, что исключает крах всей сети измерений из-за того, что один узел уже перестал выполнять актуальные замеры.The task of maximizing the lifetime will look like: maximize T sys , and to achieve the maximum lifetime of the entire system, it is necessary to distribute routes for the transmitted information. The essence of the proposed routing method with balancing traffic in the RCC is that the choice of the traffic route in the network is based on the use of the least costly transmissions on each node that can be involved in data transmission. In other words, the most expensive hop-hop jumps (a transit section or a transition in the network between two nodes of the network through which traffic is transmitted) are excluded from possible options for the route of the data packet, thereby saving energy at each node and reducing the probability of failure of the node, which eliminates the collapse of the entire network of measurements due to the fact that one node has already ceased to perform actual measurements.

Выбор варианта маршрута (показан на фиг.4) при формировании и обновлении таблицы маршрутизации производится в соответствии с комбинациями таких критериев, как: длина маршрута, измеренная количеством маршрутизаторов, через которое необходимо пройти до пункта назначения; пропускная способность канала связи; прогнозируемое суммарное время пересылки; стоимость канала связи; количество остаточной энергии на узле.The choice of route option (shown in Fig. 4) during the formation and updating of the routing table is made in accordance with a combination of criteria such as: the length of the route, measured by the number of routers through which it is necessary to go to the destination; communication channel bandwidth; predicted total forwarding time; communication channel cost; the amount of residual energy on the site.

После построения таблицы маршрутизации функцию передачи пакетов по оптимальным путям алгоритм реализует тем, что при отправке пакета через маршрутизатор каждый узел локальной сети помещает в заголовок пакета на МАС-уровне адрес следующего получателя. Таким образом, в приведенном примере на фиг.3, исходя из минимума суммарных затрат (веса/цены) на узлах (фиг.4) будет выбран маршрут 1, с суммой затрат веса/цены - 9, как самой минимальной величины. Тем самым прохождение трафика по узлам маршрута 1 приведет в скорейшем времени к полному энергетическому истощению узла 4, что выведет из строя эти узлы и исключит возможность сбора параметров в нужных точках исследования.After constructing a routing table, the algorithm implements the function of transmitting packets along optimal paths by the fact that when sending a packet through a router, each node on the local network places the address of the next recipient in the packet header at the MAC level. Thus, in the example shown in Fig. 3, based on the minimum total cost (weight / price) at the nodes (Fig. 4), route 1 will be selected, with the sum of the cost of weight / price - 9, as the minimum value. Thus, the passage of traffic through the nodes of route 1 will lead to the complete energy depletion of node 4 as soon as possible, which will disable these nodes and exclude the possibility of collecting parameters at the desired points of the study.

Однако при использовании предложенного распределенного алгоритма балансировки трафика на основе весовых коэффициентов будет выбран маршрут 2, что позволит сенсорной сети существовать на порядок дольше. Такое возможно за счет того, что нагрузка на все узлы, в случае предложенного алгоритма, распределяется более планомерно по все узлам сети.However, when using the proposed distributed traffic balancing algorithm based on weighting factors, route 2 will be selected, which will allow the sensor network to exist an order of magnitude longer. This is possible due to the fact that the load on all nodes, in the case of the proposed algorithm, is distributed more systematically across all nodes of the network.

Предложенное изобретение может быть реализовано с использованием различных функциональных и/или аппаратных средств, программного обеспечения, процессоров специального назначения и/или их комбинации. Предпочтительно изобретение реализуется как комбинация аппаратных средств и программного обеспечения. Программное обеспечение предпочтительно реализуется как прикладная программа, материально осуществленная на устройстве хранения/считывания программ. Прикладная программа может быть выгружена или приведена в исполнение посредством ЭВМ, содержащей любую архитектуру, и реализуется на вычислительной платформе, имеющей аппаратные средства: один или более центральных процессоров, оперативное запоминающее устройство и интерфейсы ввода-вывода. Вышеописанные различные варианты осуществления изобретения представлены только для понимания и в качестве примера и не должны ограничиваться этими примерами.The proposed invention can be implemented using various functional and / or hardware, software, special-purpose processors and / or combinations thereof. Preferably, the invention is implemented as a combination of hardware and software. The software is preferably implemented as an application program materially implemented on a program storage / reader. An application program can be downloaded or executed by means of a computer containing any architecture, and is implemented on a computing platform that has hardware: one or more central processors, random access memory and input-output interfaces. The various embodiments of the invention described above are provided for understanding only and as an example, and should not be limited to these examples.

Claims (11)

1. Способ распределенной балансировки трафика на основе алгоритма маршрутизации от узла источника к узлу назначения в распределенной сенсорной сети,
при этом распределенная сенсорная сеть представляется как граф G (N, M), который характеризует набор упомянутых узлов и связи между ним, где N узлы сети, а M грани, имеется К маршрутов, а информация генерируется со скоростью Qc и передается по каналу связи С со скоростью qc, причем i-й узел имеет запас энергии Ei, а каждая грань ij имеет вес/цену eij, которая соответствует энергии для передачи одного пакета данных от узла i к j,
при этом время жизни Ti каждого узла определяется как
Figure 00000005

определяется таблица маршрутизации на каждом узле и выстаивается вектор передачи сообщения,
проводится анализ возможных вариантов маршрутов согласно наиболее оптимальным суммарным векторам, которые рассчитываются по таблице маршрутизации, для этого определяется время жизни всей сети Tsys
Figure 00000006

при этом максимизация времени жизни определяется как maximize Tsys, и для достижения максимального времени жизни всей сети распределяют маршруты для передаваемой информации, при этом выбор маршрута трафика в сети основан на использовании наименее затратных передач на каждом узле, а при построении маршрута исключаются наиболее затратные.
1. A method of distributed traffic balancing based on a routing algorithm from a source node to a destination node in a distributed sensor network,
in this case, the distributed sensor network is represented as the graph G (N, M), which characterizes the set of the mentioned nodes and the connections between it, where N network nodes, and M faces, there are K routes, and information is generated at a speed of Q c and transmitted over the communication channel C with a speed q c , and the i-th node has an energy reserve E i , and each face ij has a weight / price e ij , which corresponds to the energy for transferring one data packet from node i to j,
wherein the lifetime T i of each node is defined as
Figure 00000005

a routing table is determined on each node and a message transmission vector is aligned,
the analysis of possible route options is carried out according to the most optimal total vectors, which are calculated according to the routing table, for this the lifetime of the entire network T sys is determined
Figure 00000006

in this case, the maximization of the lifetime is defined as maximize T sys , and to achieve the maximum lifetime of the entire network, routes are allocated for the transmitted information, while the choice of the traffic route in the network is based on the use of the least expensive transmissions at each node, and the most costly ones are excluded when constructing the route.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в, по меньшей мере, одном узле источника размещен датчик с автономным питанием, который осуществляет измерение и мониторинг физических параметров в заданной области и передачу пакетов данных с измеренными физическими параметрами к, по меньшей мере, одному узлу назначения.2. The method according to claim 1, characterized in that in at least one node of the source there is a self-powered sensor that measures and monitors physical parameters in a given area and transfers data packets with measured physical parameters to at least , to one destination node. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве датчиков используются датчики измерения физических параметров для мониторинга окружающей среды на основе контроля следующих параметров: температуры, давления, влажности, освещенности, задымления, уровня вибрации.3. The method according to claim 2, characterized in that the sensors are used to measure physical parameters to monitor the environment based on the control of the following parameters: temperature, pressure, humidity, light, smoke, vibration level. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в, по меньшей мере, одном узле источника выполняют первичную обработку физических параметров, полученных с упомянутых датчиков, например, накопление, усреднение, аналого-цифровое преобразование.4. The method according to claim 3, characterized in that in at least one source node, primary processing of physical parameters obtained from said sensors is performed, for example, accumulation, averaging, analog-to-digital conversion. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, связь между узлами в сенсорной сети выполняется по протоколу Zigbee, или в нелицензируемом диапазоне радиочастот, или по мобильной цифровой радиосети, или по любому другому протоколу беспроводной связи.5. The method according to claim 1, characterized in that the communication between nodes in the sensor network is carried out according to the Zigbee protocol, or in the unlicensed radio frequency range, or via a mobile digital radio network, or by any other wireless communication protocol. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в канале связи между узлом источника и узлом назначения содержится маршрутизатор, который взаимодействует с этими узлами.6. The method according to claim 1, characterized in that in the communication channel between the source node and the destination node contains a router that interacts with these nodes. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор маршрута при формировании и/или обновлении таблицы маршрутизации производится в соответствии с комбинациями таких критериев, как длина маршрута, измеренная количеством маршрутизаторов, через которое необходимо пройти до узла назначения, пропускная способность канала связи, прогнозируемое суммарное время передачи, количество остаточной энергии на узле, стоимость канала связи.7. The method according to claim 1, characterized in that the choice of the route when generating and / or updating the routing table is made in accordance with combinations of criteria such as the length of the route, measured by the number of routers through which it is necessary to go to the destination node, the bandwidth of the communication channel , the predicted total transmission time, the amount of residual energy at the node, the cost of the communication channel. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что после построения таблицы маршрутизации функцию передачи пакетов по оптимальным маршрутам реализуют при отправке пакета, где каждый узел сети помещает в заголовок пакета на уровне управления доступом к среде передачи (MAC- уровне) адрес следующего узла.8. The method according to claim 1, characterized in that after constructing the routing table, the function of transmitting packets along the optimal routes is realized when sending a packet, where each network node puts the address of the next node in the packet header at the level of medium access control (MAC level) . 9. Способ по любому из пп.1, 6, 7, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя этап обновления значений времени жизни Ti каждого узла или времени жизни всей системы Tsys в соответствии с упомянутой комбинацией критериев, проводимый при посылке сообщения из узла источника к узлу назначения или при обнаружении разрыва соединения между узлами.9. The method according to any one of claims 1, 6, 7, characterized in that the method further includes the step of updating the lifetime values T i of each node or the lifetime of the entire system T sys in accordance with the mentioned combination of criteria, carried out when sending a message from a source node to a destination node or when a disconnection is detected between nodes. 10. Система распределенной балансировки трафика в беспроводной сенсорной сети для мониторинга физических параметров согласно способу по любому из пп.1-9, содержащая множество узлов источника, соединенных между собой, и узел назначения, соединенный с, по меньшей мере, одним узлом источника, который представляет собой сенсорный модуль, где размещены приемопередатчик, датчик физических параметров, микроконтроллер для обработки и управления и автономный источник питания, сенсорные модули разделены на группы и каждая группа связана с узлом назначения через свой приемопередатчик, при этом узел назначения содержит приемопередатчик, средства накопления получаемой информации и средства обработки и отображения получаемой информации с сенсорных модулей для построения модели исследуемого объекта или пространства.10. A system of distributed traffic balancing in a wireless sensor network for monitoring physical parameters according to the method according to any one of claims 1 to 9, comprising a plurality of source nodes interconnected and a destination node connected to at least one source node, which It is a sensor module, which houses a transceiver, a sensor of physical parameters, a microcontroller for processing and control and an autonomous power source, the sensor modules are divided into groups and each group is connected to a node values through its transceiver, while the destination node contains a transceiver, means for accumulating the received information and means for processing and displaying the received information from the sensor modules to build a model of the object or space under study. 11. Система по п.10, отличающаяся тем, что мониторинг проводится точечно в заданной области, где, по меньшей мере, одно подмножество из упомянутого множества узлов источников выполняет функции мониторинга посредством своих датчиков физических параметров, а другое подмножество узлов источников выполняет посредством своих приемопередатчиков только функции приемо-передачи пакетов данных с измеренными физическими параметрами, полученных с упомянутого подмножества узлов источников. 11. The system of claim 10, characterized in that the monitoring is carried out pointwise in a predetermined area, where at least one subset of the aforementioned set of source nodes performs monitoring functions by means of its sensors of physical parameters, and another subset of the source nodes performs by means of its transceivers only the functions of the reception and transmission of data packets with measured physical parameters obtained from the mentioned subset of source nodes.
RU2013143500/07A 2013-09-26 2013-09-26 Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network RU2528415C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143500/07A RU2528415C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143500/07A RU2528415C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2528415C1 true RU2528415C1 (en) 2014-09-20

Family

ID=51582932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013143500/07A RU2528415C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2528415C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668222C1 (en) * 2017-12-27 2018-09-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method of safe routing in peer self organization networks
RU2682019C2 (en) * 2015-02-05 2019-03-14 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Balancing d2d traffic

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405282C2 (en) * 2005-11-09 2010-11-27 Томсон Лайсенсинг Route selection in wireless networks
RU2430399C1 (en) * 2010-01-11 2011-09-27 ЗАО "Объединение БИНАР" Method and wireless system for monitoring technical parameters of industrial objects
EP2293642B1 (en) * 2009-01-26 2012-08-22 Panasonic Corporation Relay apparatus, control method, and program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405282C2 (en) * 2005-11-09 2010-11-27 Томсон Лайсенсинг Route selection in wireless networks
EP2293642B1 (en) * 2009-01-26 2012-08-22 Panasonic Corporation Relay apparatus, control method, and program
RU2430399C1 (en) * 2010-01-11 2011-09-27 ЗАО "Объединение БИНАР" Method and wireless system for monitoring technical parameters of industrial objects

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARVIND SANKAR and ZHEN LIU, Maximum Lifetime Routing in Wireless Ad-hoc Networks, INFOCOM 2004, Twenty-third Annual Joint Conference of the IEEE, Computer and Communications Societies, vol.2, c.c.1089-1097 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682019C2 (en) * 2015-02-05 2019-03-14 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Balancing d2d traffic
RU2668222C1 (en) * 2017-12-27 2018-09-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method of safe routing in peer self organization networks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Faheem et al. MQRP: Mobile sinks-based QoS-aware data gathering protocol for wireless sensor networks-based smart grid applications in the context of industry 4.0-based on internet of things
Kinalis et al. Biased sink mobility with adaptive stop times for low latency data collection in sensor networks
Malik et al. Analysis of LEACH protocol in wireless sensor networks
Luo et al. Optimal energy strategy for node selection and data relay in WSN-based IoT
Hamdi et al. Performance Analysis of QoS in MANET based on IEEE 802.11 b
Mardini et al. Rotated hybrid, energy-efficient and distributed (R-HEED) clustering protocol in WSN
Renold et al. MRL-SCSO: multi-agent reinforcement learning-based self-configuration and self-optimization protocol for unattended wireless sensor networks
Ezhilarasi et al. A survey on wireless sensor network: energy and lifetime perspective
Sadouq et al. Conserving energy in WSN through clustering and power control
Bhattacharjee et al. Energy-efficient hierarchical cluster based routing algorithm in WSN: A survey
RU2528415C1 (en) Method for distributed traffic balancing in wireless sensor network
Akbar et al. Evaluation of AODV and DSR routing protocols of wireless sensor networks for monitoring applications
Pandey et al. Energy conservation and efficient data collection in WSN-ME: a survey
Aquino-Santos et al. Performance analysis of routing strategies for wireless sensor networks
Sharma On energy efficient routing protocols for wireless sensor networks
Matsui et al. ECORS: Energy consumption-oriented route selection for wireless sensor network
Magadán et al. Clustered wsn for building energy management applications
Jayram et al. Merits and demerits of existing energy efficient data gathering techniques for wireless sensor networks
Singh et al. Energy efficient fixed-cluster architecture for wireless sensor networks
Tang et al. Virtual grid margin optimization and energy balancing scheme for mobile sinks in wireless sensor networks
Ram et al. Green Computing for Industrial Wireless Sensor Networks: Energy oriented Cross Layer Modelling
Montecchiari Hybrid ground-aerial mesh networks for IoT monitoring applications: network design and software platform development
Dhatchayani et al. Agent based efficient data gathering scheme for wireless sensor networks with a mobile sink
Gayathri et al. Long-Lifetime and Low Latency Data Aggregation Scheduling for Wireless Sensor Network
Wang et al. RSCHE: A Virtual Grid Structure Based Routing Scheme with Cell-Header Group Exchanged for Wireless Sensor Network

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150927