УДК 004.7

Эволюция протоколов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях

Васенин Руслан Сергеевич – студент Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича.

Аннотация: В данной статье проводится всесторонний анализ развития механизмов маршрутизации, применяемых в сфере беспроводных сенсорных сетей (БСС). Исследование начинается с обзора основных концепций и архитектурных решений, заложенных в основу современных сенсорных сетей, подчеркивая их значимость для различных приложений, от мониторинга окружающей среды до систем умного дома и здравоохранения. Рассматривается историческое развитие протоколов маршрутизации, начиная с простых алгоритмов, базирующихся на фиксированных маршрутах, до более сложных адаптивных и иерархических систем, разработанных для повышения эффективности и устойчивости сети в условиях ограниченной энергии, вычислительных ресурсов и динамичных изменений в топологии сети.

Ключевые слова: беспроводные сенсорные сети, протоколы маршрутизации, адаптивная маршрутизация, топология сети, устойчивость сети, динамические сетевые условия, оптимизация ресурсов, инновации в маршрутизации, сетевая безопасность.

Введение

В последние годы беспроводные сенсорные сети (БСС) нашли широкое применение в различных областях, включая экологический мониторинг, здравоохранение, военные приложения и умные города. Эти сети состоят из большого числа распределенных датчиков, собирающих и передающих данные к центральным узлам обработки. Одним из ключевых аспектов, определяющих эффективность и надежность БСС, является маршрутизация, то есть процесс определения и управления путями передачи данных от источника к получателю.

Протоколы маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях испытывают уникальные вызовы, обусловленные ограниченными ресурсами устройств, такими как память, вычислительная мощность и, что наиболее критично, энергия. Кроме того, динамичная природа среды, в которой оперируют сенсорные сети, требует от протоколов маршрутизации высокой степени адаптивности и устойчивости к изменениям.

С учетом этих вызовов, исследователи и инженеры в течение последних десятилетий активно разрабатывали и совершенствовали различные подходы к маршрутизации в БСС. Целью данной статьи является предоставление обзора эволюции протоколов маршрутизации, от простых ранних моделей до современных сложных систем, включая те, что используют принципы искусственного интеллекта и машинного обучения.

Эволюция протоколов маршрутизации

Эволюция протоколов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях (БСС) отражает развитие технологий и потребностей в различных областях применения. Процесс этот можно условно разделить на несколько этапов, от ранних экспериментов до современных адаптивных и интеллектуальных систем.

Ранние стадии: статическая маршрутизация

В начале развития БСС протоколы маршрутизации были довольно примитивными и основывались на статической маршрутизации. Данные передавались через фиксированные маршруты без учета изменений в сетевых условиях. Такой подход был довольно эффективен в стабильных и предсказуемых средах, но не обеспечивал должной гибкости и масштабируемости.

Развитие динамической маршрутизации

С ростом сложности сетей и задач появилась необходимость в более гибких решениях. Это привело к разработке динамических протоколов маршрутизации, способных адаптироваться к изменениям в топологии сети и условиях передачи данных. Протоколы, такие как LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy), предложили иерархическую организацию сети и динамическое формирование кластеров для более эффективного управления энергоресурсами.

Энергосберегающие протоколы

Энергопотребление является критическим параметром для БСС, так как большинство сенсорных устройств работают от батарей. Разработка протоколов, направленных на минимизацию энергопотребления, стала приоритетной задачей. В результате появились такие протоколы, как SPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation), которые оптимизировали энергопотребление за счет выборочной передачи данных.

Использование машинного обучения

Последние исследования в области маршрутизации БСС сосредоточены на применении методов машинного обучения и искусственного интеллекта для улучшения эффективности и надежности сетевых операций. Использование алгоритмов предсказательного анализа и адаптивного обучения позволяет системам самостоятельно оптимизировать маршруты передачи данных, учитывая текущее состояние сети и предполагаемые изменения.

Направления будущих исследований

В будущем ожидается дальнейшее развитие интеллектуальных протоколов маршрутизации, интеграция с технологиями Интернета вещей (IoT) и киберфизическими системами. Особое внимание будет уделено обеспечению безопасности данных, управлению сетевыми ресурсами и разработке устойчивых к ошибкам систем.

Заключение

В заключение следует подчеркнуть, что развитие протоколов маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях продолжится и в будущем. Исследователям предстоит решить множество задач, связанных с безопасностью данных, управлением ресурсами и интеграцией с другими технологиями, такими как Интернет вещей и киберфизические системы. Прогресс в этой области будет способствовать развитию не только самих сенсорных сетей, но и множества связанных с ними приложений, от умных городов до промышленного интернета вещей.

Список литературы

1. Пестов И.Е. Методика автоматизированного противодействия несанкционированным воздействиям на инстансы облачной инфраструктуры с использованием безагентного метода сбора метрик: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Санкт-Петербург, 2022
2. Пестов И.Е., Фёдоров П.О., Кошелева С.А., Алёхин Р.В. Метод передачи метрик загруженности инстансов облачной инфраструктуры в кластер обработки средствами и методами больших данных для защиты информации и обеспечения информационной безопасности // I-methods. 2022. Т. 14. № 1.
3. Пестов И.Е., Шинкарева П.С., Кошелева С.А., Бурмистров М.Д. Разработка программно-аппаратной системы контроля и управления доступом // Эргодизайн. 2020. № 1 (7). С. 19-24.
4. Красов А.В., Штеренберг С.И., Фахрутдинов Р.М., Рыжаков Д.В., Пестов И.Е. Анализ информационной безопасности предприятия на основе сбора данных пользователей с открытых ресурсов и мониторинга информационных ресурсов с использованием машинного обучения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Т. 12. № 10. С. 36-40.
5. Пестов И.Е., Сахаров Д.В., Сергеева И.Ю., Чернобородов И.С. Выявление угроз безопасности информационных систем // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2017). Сборник научных статей VI Международной научно-технической и научно-методической конференции. В 4-х томах. Под редакцией С.В. Бачевского. 2017. С. 525-527.