Реєстраційний номер
0825U002237, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
31-07-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Дослідження моделей та методів оптимізації енерговитрат у протоколах Інтернету речей
Здобувач
Іванчук Олексій Вікторович,
Керівник Козел Віктор Миколайович
Опонент Кльоц Юрій Павлович
Опонент Купін Андрій Іванович
Рецензент Вишемирська Світлана Вікторівна
Рецензент Лур'є Ірина Анатоліївна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Херсонський національний технічний університет
Опис
У дисертаційній роботі розглядається актуальна проблема оптимізації енерговитрат у протоколах Інтернету речей (Internet of Things, IoT). Враховуючи те, що більшість IoT-пристроїв живляться від батарей або акумуляторів, виникає необхідність у зменшенні енергоспоживання задля подовження їх автономної роботи та зменшення витрат на технічне обслуговування.
Метою роботи стало дослідження існуючих моделей та методів оптимізації енерговитрат у протоколах IoT. Для досягнення цієї мети автор проаналізував протоколи, які використовуються у системах Інтернету речей, розділивши їх на дві основні категорії: протоколи передачі сигналів (Wi-Fi, Bluetooth, NB-IoT, ZigBee, 6LoWPAN, WirelessHART) та протоколи структури даних (HTTP, SOAP, XMPP, STOMP, CoAP, MQTT).
У ході аналізу визначено структури типових пакетів даних кожного з протоколів передачі сигналів, а також виявлено наявні в них методи оптимізації енергоспоживання. Ці методи згруповано за п’ятьма категоріями: керування часом активності пристрою, керування частотними характеристиками передачі, керування потужністю передавача, керування пакетами даних, керування маршрутизацією. Найбільш повно охопленими виявились протоколи ZigBee та WirelessHART, які мають методи оптимізації в усіх категоріях. Найефективнішими з погляду енергозбереження визнано методи, що регулюють активність пристрою, адже дозволяють повністю вимикати його на певний період часу.
Щодо протоколів структури даних, було досліджено вплив форматування інформації на розмір передаваних пакетів. Порівняння форматів показало, що найменший обсяг трафіку забезпечує MQTT, однак через потребу в постійному з’єднанні він поступається CoAP, який показує схожі результати, але не потребує постійної активності пристрою.
Подальший аналіз включав комбінації протоколів передачі сигналів з протоколами структури даних. Виявлено, що найгірші результати демонструє пара ZigBee + SOAP/XMPP через надлишковість форматів SOAP і XMPP. Найкращими комбінаціями визнано NB-IoT + CoAP.
Також автор розглянув вплив шифрування даних на загальні розміри пакетів. Було встановлено, що в середньому додаткові технічні дані для шифрування збільшують обсяг інформації на 26%, а загальний обсяг пакета — на 10–20%, залежно від протоколу.
На основі отриманих результатів було розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє обирати оптимальні протоколи під конкретні характеристики IoT-системи. Програма має рекомендаційний характер.
Дата реєстрації
2025-06-10
Додано/оновлено в НРАТ
2025-06-10 / 2026-07-01
