Інструменти для моделювання та перевірки розташування нодів у бездротових сенсорних мережах

Анотація

Розроблено програмне забезпечення (ПЗ) для моделювання процесу визначення місця розташування нодів у бездротових сенсорних мережах (БСМ). З'ясовано, що точність позиціонування у таких мережах залежить від кількості контрольних нодів із відомими координатами, щільності мережі та обраного методу обчислення відстаней. Проаналізовано три основні методи вимірювання: індикації рівня прийнятого сигналу RSSI (англ. Received Signal Strength Indication), часу прибуття сигналу TOA (англ. Time of Arrival) та затримки на повний шлях RTT (англ. Round Trip Time). Застосовано експериментальний підхід, що дав змогу оцінити вплив вхідних параметрів, таких як кількість сенсорів, частка контрольних точок та площа покриття мережі, на середню та максимальну похибку позиціонування. Встановлено, що збільшення кількості контрольних нодів до 10 % від загальної кількості дає змогу істотно знизити середню похибку позиціонування до 1,38 м по осі X та 1,13 м по осі Y. Натомість зменшення частки контрольних точок до 3 % підвищує похибку до 2,95 м по осі X та 2,01 м по осі Y, проте забезпечує енергозбереження та можливість роботи у складних умовах. Виявлено, що метод RSSI демонструє найкращі результати за відсутності значних перешкод, тоді як методи TOA та RTT є точнішими за наявності синхронізації годинників на нодах. Досліджено ефективність розробленого ПЗ, який дає змогу користувачам задавати різні параметри мережі, імпортувати або автоматично генерувати дані про сенсори, а також візуалізувати процес позиціонування в режимі реального часу. Візуалізація результатів дає змогу детально проаналізувати розташування сенсорів, оцінити їхню похибку та знайти оптимальні конфігурації для реального розгортання мережі. З'ясовано, що програмне забезпечення можна використати як ефективний інструмент для планування розгортання БСМ, здійснення досліджень з вибору параметрів позиціонування, які забезпечують підвищення точності та ефективності роботи мережі.