В России нашли способ повысить надежность беспроводных сенсорных сетей

Ученые СКФУ разработали новый алгоритм цифровой фильтрации, который, по словам его создателей, повысит надежность работы беспроводных сенсорных сетей. Результаты исследования опубликованы в журнале Automatic Control and Computer Sciences.

Беспроводная сенсорная сеть (wireless sensor network, WSN) – это распределенная, самоорганизующаяся сеть из множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств, объединенных между собой радиоканалом. Область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет ретрансляции.

Как сообщили исследователи Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ), беспроводные сенсорные сети способны не только обмениваться данными между узлами сети, но и собирать информацию с датчиков температуры, давления, влажности, уровня радиации или акустических колебаний для анализа и обработки.

По их словам, технология WSN широко применяется в системах безопасности (например, в концепции умного дома) и в мониторинге окружающей среды. В то же время в ее работе часто возникают помехи.«»Беспроводные датчики должны максимально достоверно передавать получаемую информацию в режиме реального времени. Однако зачастую этому мешает шум, возникающий при цифровой передаче данных. Обработка поврежденного шумом канала связи, в свою очередь, ведет к ошибкам в расшифровке измерений», – рассказал заведующий отделом модулярных вычислений и искусственного интеллекта СКФУ Павел Ляхов.

Чтобы решить эту проблему, ученые разработали алгоритм цифровой фильтрации. По мнению создателей, он может повысить надежность и эффективность работы сенсорных беспроводных сетей минимум в полтора раза по сравнению с существующими системами и увеличить эффективность применения WSN в условиях удаленности сенсоров друг от друга.

«Для решения задачи повышения надежности мы взяли за основу идею вероятностной фильтрации на основе фильтра Калмана. Это математический алгоритм, который позволяет оценивать состояние системы на основе неполной информации и используется для динамичных систем практически во всех областях науки и техники. Однако, в отличие от известных алгоритмов, мы предлагаем локально объединять измерения, получаемые с датчиков беспроводных сетей. Такой подход уменьшает возникающие ошибки», – рассказала старший научный сотрудник департамента науки и инноваций СКФУ Диана Калита.

По ее словам, результаты экспериментов показали, что новый алгоритм можно успешно применять в системах беспроводных сенсорных сетей. С его помощью можно снизить неопределенность, возникающую в процессе измерений, и повысить надежность работы системы.

В будущем ученые займутся разработкой аппаратной реализации разработанного алгоритма и применением его на реальных данных, получаемых с датчиков в беспроводных сенсорных сетях.

СКФУ – участник российской государственной программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».