Исследование энергосберегающей беспроводной самоорганизующейся многопротокольной сети передачи данных интернет устройств

Аннотация

Современный уровень развития беспроводных устройств позволяет использовать дешевый беспроводной интерфейс практически в любых областях электроники, где раньше использовались преимущественно проводные решения. Большинство устройств в последнее время – это беспроводные, мобильные или носимые устройства различной степени автономности. Большое количество сооружений, зданий и частных объектов оборудованы беспроводными системами охраны, пожарной сигнализации, беспроводными датчиками учета воды, электроэнергии, газа и т.д. Многие объекты дополнительно используют множество беспроводных устройств контроля и управления объектами, беспроводные реле, замки, видеонаблюдение. Многие устройства имеют несколько независимых каналов связи, например, Wi-Fi и Bluetooth, GSM/LTE, ZigBee, 6LoWPAN или NFC. Некоторые из этих способов связи несовместимы с другими, не используют IP адреса или имеют другие ограничения. Разработка методов и алгоритмов функционирования сетей беспроводных устройств с разными типами интерфейсов с единообразным механизмом взаимодействия и управления, а также их энергопотребление ставится целью этой работы. Рассмотрены протоколы функционирования Интернет-вещей, выбраны для исследования самые доступные и популярные аппаратные решения. Поскольку стоит задача построения произвольной сети, были рассмотрены методы реализации самоорганизующихся сетей на основе выбранных аппаратных устройств и протоколов. Основной задачей экспериментального исследования стало исследование энергопотребления устройств при использовании выбранных сетевых протоколов и методов, особенно с учетом того, что производители часто не акцентируют внимание на накладных расходах при включении устройств и модулей, предварительном согласовании подключений, которые могут быть больше потребления при полезной работе.

Сведения об авторах

Margarita Victorovna Ushakova, Оренбургский государственный университет

старший преподаватель кафедры геометрии и компьютерных наук

Yury Alexandrovich Ushakov, Оренбургский государственный университет

доцент кафедры геометрии и компьютерных наук, кандидат технических наук

Литература

[1] Sisinni E., Saifullah A., Han S., Jennehag U., Gidlund M. Industrial Internet of Things: Challenges, Opportunities, and Directions. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2018; 14(11):4724-4734. (In Eng.) DOI: 10.1109/TII.2018.2852491
[2] Saloni S., Hegde A. WiFi-aware as a connectivity solution for IoT pairing IoT with WiFi aware technology: Enabling new proximity based services. In: 2016 International Conference on Internet of Things and Applications (IOTA), Pune, 2016, pp. 137-142. (In Eng.) DOI: 10.1109/IOTA.2016.7562710
[3] Jeon K.E., She J., Soonsawad P., Ng P.C. BLE Beacons for Internet of Things Applications: Survey, Challenges, and Opportunities. IEEE Internet of Things Journal. 2018; 5(2):811-828. (In Eng.) DOI: 10.1109/JIOT.2017.2788449
[4] Akeela R., Elziq Y. Design and verification of IEEE 802.11ah for IoT and M2M applications. In: 2017 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerCom Workshops), Kona, HI, 2017, pp. 491-496. (In Eng.) DOI: 10.1109/PERCOMW.2017.7917612
[5] Koren A., Šimunić D. Modelling an energy-efficient ZigBee (IEEE 802.15.4) body area network in IoT-based smart homes. In: 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), Opatija, 2018, pp. 0356-0360. (In Eng.) DOI: 10.23919/MIPRO.2018.8400068
[6] Yassein M.B., Mardini W., Khalil A. Smart homes automation using Z-wave protocol. In: 2016 International Conference on Engineering & MIS (ICEMIS), Agadir, 2016, pp. 1-6. (In Eng.) DOI: 10.1109/ICEMIS.2016.7745306
[7] Phung K., Tran H., Nguyen Q., Huong T.T., Nguyen T. Analysis and assessment of LoRaWAN. In: 2018 2nd International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom), Ho Chi Minh City, 2018, pp. 241-246. (In Eng.) DOI: 10.1109/SIGTELCOM.2018.8325799
[8] Unwala I., Taqvi Z., Lu J. IoT Security: ZWave and Thread. In: 2018 IEEE Green Technologies Conference (GreenTech), Austin, TX, 2018, pp. 176-182. (In Eng.) DOI: 10.1109/GreenTech.2018.00040
[9] Liu X., Zhang X. Rate and Energy Efficiency Improvements for 5G-Based IoT With Simultaneous Transfer. IEEE Internet of Things Journal. 2009; 6(4):5971-5980. (In Eng.) DOI: 10.1109/JIOT.2018.2863267
[10] Samsiar A., Ibrahim I., Aulia A.L., Sari R.F. Performance comparison of Wi-Fi and LTE for Internet of Things on named data networking. In: 2017 4th International Conference on New Media Studies (CONMEDIA), Yogyakarta, 2017, pp. 1-5. (In Eng.) DOI: 10.1109/CONMEDIA.2017.8266021
[11] Chen M., Miao Y., Hao Y., Hwang K. Narrow Band Internet of Things. IEEE Access. 2017; 5:20557-20577. (In Eng.) DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2751586
[12] Amir Alavi S., Rahimian A., Mehran K., Mehr Ardestani J. An IoT-Based Data Collection Platform for Situational Awareness-Centric Microgrids. In: 2018 IEEE Canadian Conference on Electrical & Computer Engineering (CCECE), Quebec City, QC, 2018, pp. 1-4. (In Eng.) DOI: 10.1109/CCECE.2018.8447718
[13] Bastys I., Balliu M., Sabelfeld A. If This Then What? Controlling Flows in IoT Apps. In: Proceedings of the 2018 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (CCS’18). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2018, pp. 1102-1119. (In Eng.) DOI: 10.1145/3243734.3243841
[14] Kodali R.K., Naikoti A. ECDH based security model for IoT using ESP8266. In: 2016 International Conference on Control, Instrumentation, Communication and Computational Technologies (ICCICCT), Kumaracoil, 2016, pp. 629-633. (In Eng.) DOI: 10.1109/ICCICCT.2016.7988026
[15] Babiuch M., Foltýnek P., Smutný P. Using the ESP32 Microcontroller for Data Processing. In: 2019 20th International Carpathian Control Conference (ICCC), Krakow-Wieliczka, Poland, 2019, pp. 1-6. (In Eng.) DOI: 10.1109/CarpathianCC.2019.8765944
[16] Kumar N.S., Vuayalakshmi B., Prarthana R.J., Shankar A. IOT based smart garbage alert system using Arduino UNO. In: 2016 IEEE Region 10 Conference (TENCON),Singapore, 2016, pp. 1028-1034. (In Eng.) DOI: 10.1109/TENCON.2016.7848162
[17] Gao C., Ling Z., Chen B., Fu X., Zhao W. SecT: A Lightweight Secure Thing-Centered IoT Communication System. In: 2018 IEEE 15th International Conference on Mobile Ad Hoc and Sensor Systems (MASS), Chengdu, 2018, pp. 46-54. (In Eng.) DOI: 10.1109/MASS.2018.00018
[18] Ushakov Yu.A., Ushakova M.V. Research Work of Wireless Internet Devices with Different Mesh Routing Protocols. Sovremennye informacionnye tehnologii i IT-obrazovanie = Modern Information Technologies and IT-Education. 2018; 14(3):686-691. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: 10.25559/SITITO.14.201803.686-691
[19] Ushakov Y.A., Ushakova M.V., Shukhman A.E., Polezhaev P.N., Legashev L.V. Service-oriented routing in distributed self-organizing software-defined networks. In: 2018 IEEE 12th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT), Almaty, Kazakhstan, 2018, pp. 1-5. (In Eng.) DOI: 10.1109/ICAICT.2018.8747111
[20] Ushakova M.V., Ushakov Y.A., Polezhaev P.N., Tarasov V.N. Model of the Distributed Self-Organizing Network of IoT Sensors. In: 2018 International Scientific and Technical Conference Modern Computer Network Technologies (MoNeTeC), Moscow, 2018, pp. 1-6. (In Eng.) DOI: 10.1109/MoNeTeC.2018.8572076
[21] Ushakov Yu.A., Polezhaev P.N., Shukhman A.E., Ushakova M.V. Distribution of the Neural Network Between Mobile Device and Cloud Infrastructure Services. Sovremennye informacionnye tehnologii i IT-obrazovanie = Modern Information Technologies and IT-Education. 2018; 14(4):903-910. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: 10.25559/SITITO.14.201804.903-910
[22] Ushakov Y.A., Polezhaev P.N., Shukhman A.E., Ushakova M.V., Nadezhda M.V. Split Neural Networks for Mobile Devices. In: 2018 26th Telecommunications Forum (TELFOR), Belgrade, 2018, pp. 420-425. (In Eng.) DOI: 10.1109/TELFOR.2018.8612133
[23] Lutui P.R., Cusack B., Maeakafa G. Energy efficiency for IoT devices in home environments. In: 2018 IEEE International Conference on Environmental Engineering (EE), Milan, 2018, pp. 1-6. (In Eng.) DOI: 10.1109/EE1.2018.8385277
[24] Zhang K., Ahn J.H., Lee T., Zhao P. AP scheduling protocol for power beacon with directional antenna in Energy Harvesting Networks. In: 2017 International Conference on Applied System Innovation (ICASI), Sapporo, 2017, pp. 906-909. (In Eng.) DOI: 10.1109/ICASI.2017.7988586
[25] ESP-BLE-MESH Is Now Fully Certified by Bluetooth-SIG. ESPRESSIF. Shanghai, China, Oct. 31, 2019. Available at: https://www.espressif.com/en/news/ESP_BLE_MESH_SIG_Certified (accessed 02.05.2019). (In Eng.)
Опубликована
2019-09-30
Как цитировать
USHAKOVA, Margarita Victorovna; USHAKOV, Yury Alexandrovich. Исследование энергосберегающей беспроводной самоорганизующейся многопротокольной сети передачи данных интернет устройств. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 15, n. 3, p. 733-745, sep. 2019. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/571>. Дата доступа: 22 oct. 2021 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.15.201903.733-745.
Раздел
Интернет вещей: стандарты, коммуникационные и ИТ, сетевые приложения