Паспорт проекта

Эпиграф

Проект "Теоретические основы энерогоэффективных беспроводных сенсорных сетей" в 2013 году представлен по заявке №14-05-0064 на конкурс исследовательских проектов научно-учебных групп Программы "Научный фонд НИУ ВШЭ" 

Основной состав группы — члены студенческой лаборатории инновационных проектов WiSeNet Lab, победители программы У.М.Н.И.К. со стажем работы в лаборатории 2-5 лет, специалисты в области электроники, бизнес-информатики, сетевого программного обеспечения. 

Аннотация

Беспроводные сенсорные сети (БСС) – один из крупнейших мировых технологических трендов последних десяти лет, который с большой вероятностью станет в ближайшее время основой для создания качественно новых продуктов и услуг в системах распределенного контроля и управления в промышленности, беспроводной сетевой инфраструктуре в быту, улучшающей жизнь людей, сетевых медицинских приложениях, осуществляющих постоянный мониторинг состояния здоровья людей, и ряда других.

С сенсорными сетями напрямую связано понятие энергоэффективности, так как их элементы работают от батарей. Задача повышения энергоэффективности является в данных сетях актуальной, так как энергоэффективность напрямую определяет их практическую применимость.

Интуитивно понятно, как оценить энергоэффективность отдельного технического устройства – для этого можно в простейшем случае измерить потребляемую им мощность или продолжительность автономной работы от батарей. Однако оценка энергоэффективности распределенной сети, содержащей сотни узлов, является нетривиальной задачей, требующей разработки новых моделей, методов и алгоритмов.

Поэтому основной акцент в настоящем исследовании планируется сделать на выработке общего подхода к определению понятия энергоэффективности беспроводных сетей, состоящих из множества автономных элементов, и на разработке методов ее повышения.

Планируется провести анализ существующих подходов и разработать новые модели, методы и алгоритмы для увеличения энергоэффективности беспроводных сенсорных сетей и провести их экспериментальную верификацию на конкретных системах сбора данных: системах виртуальной реальности и захвата движения, передачи аудио и видео данных.

Актуальность планируемого исследования и его значение для развития актуальных направлений в данной научной области

Повышением эффективности сенсорных сетей активно занимаются ведущие российские организации, среди которых Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Институт точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева РАН, Нижегородский государственный университет, Московский авиационный институт, а также международные – Калифорнийский Университет в Беркли, Массачусетский Технологический Университет (США) и многие другие, что подтверждает актуальность выбранной области исследования.

На сегодняшний день, с точки зрения решения поставленной задачи, вышеперечисленными научными группами получены следующие результаты:

1. Созданы миниатюрные энергоэффективные аппаратные платформы.

2. Разработаны новые энергогэффективные протоколы доступа к среде передачи и маршрутизации в беспроводных сетях (B-MAC, T-MAC, S-MAC, D-MAC и др.).

3. Исследованы возможности использования альтернативных источников энергии для создания полностью автономных сетей сбора данных и управления.

Достигнутые результаты дают возможность для проведения дальнейших исследований по выработке общего подхода  к определению понятия энергоэффективности сетей передачи данных и разработке методов ее повышения.

Формулировка научной проблемы, которую НУГ собирается решать, конкретных гипотез, которые будут проверены

Выработать общий подход к определению понятия энергоэффективности сетей передачи данных на примере беспроводных сенсорных сетей и разработать методы ее повышения.

Цель и задачи исследования

Цель: Разработать методы повышения энергоэффективности беспроводных сенсорных сетей сбора данных и управления.

Задачи исследования:

1. Провести обзор и анализ критериев энергоэффективности беспроводных сенсорных сетей.

2. Разработать математические модели сенсорных сетей с точки зрения оценки их энергоэффективности.

3. Разработать методы повышения энергоэффективности с учетом предложенных критериев.

4. Оценить разработанные методы на примерах конкретных систем: система распознавания изображений, система аудио передачи, система захвата движения

Описание методик, методов исследования, получения научного результата, включая описание источников информации для проведения работы

Теоретическую и методологическую основу составляют комплексный анализ и системный подход к исследованию энергоэффективности беспроводных сенсорных сетей,  стандарты,  работы ведущих ученых и компаний, имеющиеся прототипы.

Специальные  методы  исследования: натурное полунатурное и имитационное моделирование, математическое программирование, системное программирование, объектно-ориентированное программирование.

Имитационное моделирование будет проводиться с использованием открытых программных сред для моделирование компьютерных сетей (omnet++, ns-2, ns-3) что позволит сравнить полученные результаты с данными из научной литературы, оценив таким образом адекватность предлагаемых моделей и методов.

Новизна и перспективность применяемых в работе методов исследования

Планируется применять последние открытые системы имитационного моделирования ведущих университетов и исследовательских центров.

Научная новизна планируемых результатов исследования .

1. Единый подход к определению понятия энергоэффективности для сложных распределенных систем.

2. Модель БСС, оценивающая ее энергоэффективность.

3. Методы и алгоритмы увеличения энергоэффективности БСС.

Практическая значимость предполагаемых результатов исследования

1. Комплекс программных средств для проведения имитационного моделирования.

2. Набор рекомендаций по разработке энергоэффективных систем сбора данных и управления на базе БСС.