Математическая модель поисковой сенсорной сети с управлением связностью

Аннотация

Введение: эффективность применения мобильных сенсорных сетей для решения задач поиска и описания особых областей на поверхности Земли, содержащих краткосрочно наблюдаемые объекты заданного типа, в значительной степени зависит от динамики топологических свойств сетей. Потеря связности сети при перемещении узлов и разбиение ее на компоненты приводит к устареванию информации в узлах и, как следствие, к уменьшению точности решения задач. Цель: разработать математическую модель поисковой сенсорной сети и на ее основе – алгоритмы управления связностью мобильной сети, обеспечивающие повышение эффективности поиска. Результаты: разработана математическая модель мобильной беспроводной компьютерной сети, использующая модель мобильности в форме случайных блужданий сенсорных узлов для поиска неизвестной области концентрации объектов заданного типа. Скорость поиска оценивается мерой выпуклой оболочки найденного к заданному моменту времени подмножества объектов. Показано, что эффективность процесса поиска определяется взаимодействием двух независимых альтернирующих случайных процессов – изменений состояний объектов «доступен для наблюдения»/«недоступен для наблюдения» и изменений состояний графа компьютерной сети «связен»/«несвязен». Найдены зависимости времени поиска от параметров этих процессов. Сформулированы условия успешного поиска всех объектов. Показано, что одной из основных проблем ускорения поиска является обеспечение связности сети. Разработаны новые алгоритмы управления топологией сенсорных сетей, высокая эффективность которых подтверждена результатами стохастического моделирования. Практическая значимость: результаты могут быть применены для создания ad hoc сетей поиска таких областей, как ареалы распространения различных видов животных, районы техногенных и природных катастроф, сосредоточения объектов различных типов.