Ковальова Ю. В. Математичні моделі та методи бездротової передачі даних в мережах енергомоніторингу на об’єктах критичної інфраструктури

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. Національний технічний університет «Дніпровська політехніка». Національна металургійна академія України, Днiпро, 2021. В дисертації розв’язано важливу науково-прикладну задачу підвищення якості функціонування бездротових сенсорних мереж енергомоніторингу та збільшення часу їх життя за рахунок розробки відповідних математичних моделей і методів дослідження режимів енергоспоживання. За результатами проведеного аналізу системно обґрунтовано, що з огляду на енергоємність процесу передачі даних, саме управління розмірами повідомлень є основним резервом збільшення терміну життя пристроїв і системи в цілому, а оптимізація енергоспоживання польових пристроїв бездротової мережі з автономним живленням на рівні користувальницького додатка дозволяє застосовувати приймально-передавачі різних виробників в пристроях збору і передачі даних. В роботі розроблено математичну модель функціонування великомасштабних мереж на базі запитів БСМ, чиї вузли виявляють і ретранслюють події, які потрібні тільки протягом обмеженого часу. Це дозволило підвищити точність оцінки затримок передачі даних, розрахунку енергоємності та терміну служби мережі. Модифіковано протокол SCTMex, який інкапсульовано в транспортний протокол ZigBee, що дозволило підвищити рівень захисту інформації на рівні польових пристроїв системи. Розроблено спеціалізовану програмно-апаратну платформу «Smart Utility Web» на базі бездротового модуля XBEE S2. Експериментальна експлуатація системи показала коректність підходу до побудови бездротової системи моніторингу на основі технології «роутерів, що прокидаються». Простота інсталяції обладнання системи і надійність захисту даних забезпечує високий рівень достовірності даних та експлуатаційних характеристик. Управління розміром блоків даних і шифруванням на рівні користувальницького додатка дозволяє домогтися оптимального з точки зору терміну життя системи енергоспоживання при збереженні необхідного рівня якості обслуговування. Ключові слова: бездротова сенсорна мережа, енергомоніторинг, об’єкти критичної інфраструктури, математична модель, енергоспоживання, протокол.