CC BY
53
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ ДОСТУП К КАНАЛАМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В КЛАСТЕРНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЯХ
ЭО! 10.24411/2072-8735-2018-10126
Голубничая Екатерина Юрьевна,
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Самара, Россия, ekaterina.golubn@mail.ru
Ключевые слова: беспроводные сенсорные сети, IEEE 802.15.4/ZigBee, кластерная топология, головной узел кластера, связующее дерево, маршрутизация, суперкадр, TDMA, суперслот, гарантированный временной слот.
В настоящее время кластерные беспроводные сенсорные сети (БСС) стандарта IEEE 802.15.4/ZigBee являются эффективным и экономически выгодным решением для организации различных крупномасштабных систем мониторинга. Однако, несмотря на известные преимущества указанных БСС, в том числе возможность суперкадровой временной синхронизации и управление рабочими циклами устройств сети, в данных сетях может возникнуть ряд серьезных проблем вызванных коллизиями суперкадров (маячков и передаваемых данных) при одновременных передачах несколькими интерферирующими (конфликтными) головными узлами кластеров (ГУК). Помимо этого, при межкластерном взаимодействии из-за большой нагрузки на отдельные участки маршрутов доставки данных (ближайшие к координатору), а также неэффективного распределения ресурсов свободного от конкуренции периода доступа (Contention Free Period, CFP) суперкадров, могут возникнуть перегрузки, результатом которых является превышение допустимого времени задержек доставки данных и возможно их потеря. Указанные факторы значительно снижают такие характеристики БСС, как надежность и доступность, которые в конечном итоге и определяют стабильное (устойчивое) функционирование сети. Поэтому при проектировании рассматриваемых БСС должно уделяться самое пристальное внимание вопросам организации межкластерного взаимодействия при осуществлении многошаговых соединений (multi-hop), в частности при передаче (маршрутизации) данных к координатору.
Рассматривается предлагаемый подход на основе метода TDMA (Time Division Multiple Access), который наряду с гарантированным доступом к радиоканалу конкретными ГУК при межкластерном взаимодействии (multi-hop маршрутизации), позволит также обеспечить и экономичный расход энергии их автономных батарей, что также является одной из важнейших задач стоящих перед БСС. Согласно предлагаемому подходу координатором сети осуществляется централизованное временное планирование расписаний передач суперкадров ГУК, а также планирование гарантированных приемопередач данных в течение этих суперкадров (CFP). Задачи указанного временного планирования заключаются в определении наименьшей длины бесконфликтного расписания передач суперкадров, в том числе бесконфликтного распределения ресурсов CFP этих суперкадров, а также в блокировании избыточных связей (за счет активных и неактивных суперслотов) не входящих в связующее дерево сети. Централизованное управление всей сетью осуществляется координатором по аналогии с подходом организации сетей SDN (Software-Defined Networking).
Для цитирования:
Голубничая Е.Ю. Энергоэффективный синхронизированный доступ к каналам передачи данных в кластерных беспроводных сенсорных сетях // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №8. С. 9-18.
For citation:
Golubnichaya E.Y. (2018). Energy efficient synchronized access to channels of data transfer in cluster wireless sensor networks. T-Comm, vol. 12, no.8, рр. 9-18. (in Russian)
Введение
Беспроводные сенсорные сети (БСС) позволяют связывать между собой небольшие автономные устройства (моты), оснащенные средствами приема, передачи и обработки данных с целью мониторинга явлений, процессов, характеристик их среды окружения и дальнейшей совместной передачи (многошаговой (multi-hop) ретрансляции) данных мониторинга к центральному устройству (коллектору), обычно называемому координатором сети. Для возможности осуществления функций мониторинга указанные устройства также оснащаются всеми необходимыми видами датчиков (температуры, влажности, дыма и др.), поэтому данные узлы принято называть сенсорными. Сама же идея БСС, как и многие другие известные технологии, получила свое развитие в военной отрасли, а именно в начале 1980 г., когда американское агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA приступило к исследованию распределенных сенсорных сетей [1]. Однако несмотря на то, что с того момента прошло уже несколько десятилетий, сегодня как и тогда передача данных по беспроводным каналам связи является одной из ключевых задач БСС, что в большей степени обусловлено ограниченными ресурсами полосы пропускания, энергетическими ресурсами автономных батарей узлов, а также влиянием различных мешающих воздействий на распространение радиоволн по беспроводным каналам связи
PL
При проектировании БСС наибольшее распространение получили такие стандарты беспроводной связи, как IEEE 802.11 и IEEE 802.15.4 [2]. Однако, несмотря на то, что для первого характерны более высокие скорости передачи данных, второй обеспечивает наибольшую энергоэффектив-иость, что является одним из основных требований для устойчивого функционирования ограниченных ресурсами БСС. В частности, поддерживаемая стандартом IEEE 802.15.4 суперкадровая структура сообщений, позволяет значительно сократить расход энергии автономных батарей, поскольку узлы не расходуют энергию на постоянное холостое прослушивание радиоканала как в случае IEEE 802.11, а также могут находиться в энергосберегающем (спящем) режиме во время неактивного периода суперкадра.
Именно поэтому данная статья будет посвящена БСС стандарта 1ЕЕЕ 802.15.4. Следует сразу обратить внимание, что стандарт IEEE 802.15,4 не разрабатывался конкретно для БСС, но с учетом его ключевых особенностей, которые удовлетворяют предъявляемым к БСС требованиям (низкое энергопотребление устройств сети, низкая стоимость проектирования сети и др.), он потенциально подходит для БСС, Сенсорные узлы в данных БСС функционируют согласно упрощенному стеку протоколов, в котором стандарт IEEE 802.15.4 реализует нижние уровни (физический, канальный), а верхние уровни (сетевой, приложений) реализует спецификация ZigBce [1]. Сочетание IEEE 802.15.4 и ZigBce (далее IEEE 802.15.4/ZigBee) является хорошим фундаментом при проектировании различных систем сбора данных, мониторинга и управления. В статье проводится анализ ключевых особенностей БСС, а также актуальных проблем существующих в данных сетях. Рассматривается предлагаемый энергоэффективный подход на основе метода TDMA (англ. Time Division Multiple Access), который позволит в рассматриваемых сетях реализовать гарантированные межкластер-
ные взаимодействия с целью передачи (ретрансляции) данных к их конечному получателю.
Ключевые особенности и задачи БСС
Как уже отмечалось выше, уменьшение энергетических затрат и увеличение остаточной энергии автономных батарей сенсорных узлов является одной из приоритетных задач БСС, которая, безусловно, должна решаться путем эффективного использования доступных энергетических ресурсов. Известно, что при осуществлении коммуникаций сенсорные узлы могут находиться в одном из четырех режимов, а именно в режимах передачи или приема данных (в том числе командных), прослушивания среды передачи или энергосберегающем режиме [2]. При этом большая часть энергии расходуется узлами при приемопередачи данных. Таким образом, для эффективного использования доступных энергетических ресурсов сенсорных узлов необходимо так организовать процесс доступа узлов к каналам передачи и multi-hop маршрутизацию данных, чтобы в течение этих процессов расход энергии автономных батарей узлов был минимальным.
На сегодняшний день уже разработано достаточно большое количество различных алгоритмов и протоколов маршрутизации для БСС [2-6], тем не менее, работы в этом направлении по-прежнему активно ведутся. Так в работе [5] авторы приводят анализ наиболее значимых публикационных работ (порядка 50) в данной предметной области за период 2007-2016 гг. Примечательно, что около 42% этих работ выполнено в 2015 г., что еще раз говорит о необходимости совершенствования существующих и/или разработки новых способов маршрутизации с целью улучшения характеристик функционирования и продления жизненного цикла БСС. Ниже будут кратко изложены некоторые характерные для БСС особенности, в том числе связанные с процессом передачи и маршрутизацией данных.
I) Размещение сенсорных узлов и самоорганизация. В пределах сенсорного поля узлы могут быть размещены случайным образом или в заранее определенных (вычисленных) координатах этого поля. При этом обоим вариантам присуща самоорганизующиеся архитектора сети, которая обеспечивает автономную реконфигурацию структуры сети при выходе из строя одного или нескольких узлов, тем самым обеспечивая доступность сети. Иными словами, рассматриваемые самоорганизующиеся БСС в отличие от традиционных сетей связи, могут не иметь постоянной архитектуры на протяжении всего жизненного цикла сети.
Таким образом, используемая архитектура БСС, должна удовлетворять таким требованиям как масштабируемость и полное покрытие сети в течение достаточно большого периода времени [б]. Одним из способов, позволяющих добиться этого, по праву можно считать кластеризацию сети [7-9], при которой сенсорное поле разбивается на области определенного размера - кластеры, в каждом из которых из числа полнофункциональных устройств назначается (или выбирается по специальному алгоритму [6, 9|) головной узел кластера (ГУК), а остальные сенсорные узлы являются членами кластера (ЧК). ЕУК осуществляют сбор (агрегирование) данных со всех своих ЧК, которые выполняют функции мониторинга конкретных показателей на подконтрольной им территории.
Полученные данные (в том числе от соседних ГУ К) ГУ К передают (ретранслируют) в направлении координатора сети. Уменьшение энергопотребления в данном случае объясняется тем, что отсутствует необходимость передачи данных Непосредственно каждым узлом сети (ЧК) в направлении координатора, что значительно снижает количество отдельных передач, в том числе общую нагрузку на сеть. Помимо этого при передаче ЧК данных только своему ГУК сокращается дальность связи, и как следствие требуемая мощность передачи и энергетические затраты автономных батарей ЧК. Следует обратить внимание па то, что в кластерных БСС, как правило, применяются иерархические протоколы маршрутизации, примером может служить широко распространенный протокол адаптивной кластеризации с низким потреблением энергии LEACH (англ. Lou-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) [6].
2) Модели сетевого трафика. Для ЬСС наиболее характерен трафик модели «многие к одному», согласно которому все узлы сети (в случае кластерной топологии - ГУК) отправляют данные мониторинга (детектирования) к координатору сети, как правило, с использованием пути с несколькими переходами (multi-hop). Периодичность отправки данных в этом случае, определяется специфическими особенностями конкретной ЬСС, в частности критичностью ко времени доставки данных и/или происходящими событиями/запросами. Очевидно, что при данной модели трафика на отдельных близко расположенных к координатору участках маршрута, могут возникать перегрузки, что может привести как к превышению допустимого времени задержки доставки данных, так и отказу наиболее «загруженных» узлов, в результате полного истощения энергетических ресурсов автономных батарей. Поэтому в ограниченных ресурсами БСС, крайне важно обеспечивать сбалансированное распределение трафика по доступным оптимальным маршрутам доставки данных ¡11].
Для БСС характерны и другие модели трафика, но в гораздо меньшем объеме. К примеру, при управлении БСС координатором (обновление параметров функционирования, перестройка маршрутов доставки данных и др.) используется трафик модели «один ко многим», а когда пара узлов (источник - получатель) взаимодействует между собой, речь идет о трафике модели «один к одному» (например, с целью принятия кого-либо локального решения).
3) Отказоустойчивость. В силу ограниченных энергетических ресурсов сенсорных узлов, а также ряда других причин (физические повреждения, воздействия окружающей среды и др.), отказ сенсорных узлов в процессе функционирования практически неизбежен. Однако, выход из строя одного или нескольких узлов не должен препятствовать функционированию остальных работоспособных узлов. Исключение неисправных узлов из маршрутов доставки данных является задачей применяемых на уровне управления доступом к среде передачи (англ. Media Access Control, MAC) протоколов маршрутизации, которые должны обеспечивать своевременное перестроение маршрутов доставки данных, выбирая другой доступный оптимальный маршрут. Очевидно, что применение в рассматриваемых сетях «чисто» преактивных (табличных) протоколов маршрутизации неэффективно. Гораздо большей производительности в ЬСС позволяют достичь гибридные протоколы, включающие
концепции проактивных и реактивных протоколов, когда заранее вычисленные маршруты, при необходимости могут быть заменены на другие доступные в текущий момент времени оптимальные маршруты |4|. Гибридный подход применяется в таких распространенных протоколах, как HWMP (англ. Hybrid Wireless Mesh Protocol), A I1 TEEN (англ. Adaptive Periodic Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network protocol) и др. 12,4j.
4) Способ доступа к среде передачи. В рассматриваемых сетях сенсорные узлы, взаимодействуя между собой по беспроводным каналам связи, могут получать доступ к среде передачи на основе вероятностных или детерминированных методов. Первые применяются в протоколах IEEE 802.11, использующих конкурентный механизм доступа CSMA/CA (англ. Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), вторые в протоколах на основе TDMA, которые наряду с гарантированным доступом к радиоканалу, также позволяют расходовать значительное меньшее количество энергии на холостое прослушивание радиоканала [12]. В последнее время большую популярность стали получать п гибридные (комбинированные) методы доступа, сочетающие в себе комбинацию обоих способов [13].
5) Качество обслуживания (англ. Quality of Service, QoS). Обеспечение гарантированного QoS в БСС усложняется ограниченными энергетическими ресурсами автономных батарей сенсорных узлов. Поэтому требования QoS для БСС отличаются от традиционных требований, таких как задержка, пропускная способность, джиггер и др. Для БСС же наиболее характерны такие требования, как надежность (работоспособность сети) и доступность (возможность сети предоставлять услугу), которые в конечном итоге и определяют стабильное (устойчивое) функционирование сети [9J. Тем не менее, традиционные требования в отдельных приложениях БСС по-прежнему имеют немаловажное значение, так при возникновении опасности в БСС мониторинга различных стихийных бедствий, данные мониторинга должны быть доставлены к координатору в соответствии с требуемым временем и точностью [6].
Стандартный синхронизированный режим работы
БСС стандарта IEEE 802.15.4/ZigBee
В предыдущем разделе кратко были рассмотрены некоторые из уже хорошо известных алгоритмов маршрутизации в ЬСС. В следующем разделе будут изложены основные аспекты разрабатываемого автором на кафедре МСИЬ ФГБОУ ВО ПГУТИ в рамках подготовки диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук под руководством профессора Лихтциндера Б.Я. способа энергоэффек-тивиой приемопередачи и маршрутизации данных в синхронизированных кластерных древовидных БСС стандарта IEEE 802.15.4/ZigBee [14]. Перед описанием непосредственного самого предлагаемого способа, имеет смысл в текущем разделе кратко изложить ключевые особенности стандартного синхронизированного (маячкового) режима работы БСС стандарта ШЕЕ 802.15.4/ZigBee.
Как было отмечено в предыдущем разделе сенсорные узлы основную часть энергии своих автономных батарей расходуют при нахождении приемопередатчиков в активном состоянии. В приложениях БСС с продолжительными интенсивными и неуправляемыми рабочими циклами узлов
сети происходит быстрое истощение энергетических ресурсов автономных батарей, и как следствие для таких БСС характерен непродолжительный жизненный цикл. Таким образом, на уровне MAC, ограниченных ресурсами БСС, существует необходимость в обеспечении баланса между достижением высокого качества распределения радиоресурсов (в том числе, требуемых показателей QoS) и энергетическими затратами.
Для реализации этой цели должна быть решена проблема холостого прослушивания радиоканала, которая существует тогда, когда множеству узлов находящихся в зоне радиовидимости друг друга и функционирующих на одном и том же рабочем канале, неизвестно кому конкретно предназначен текущий трафик данных, поэтому их приемопередатчики должны постоянно находиться в режиме приема.
Стандарт IEEE 802.15.4/ZigBee предусматривает возможность управления рабочими циклами узлов кластерных древовидных БСС при функционировании сети в синхронизированном (маячковом) режиме, что позволяет сократить продолжительность использования приемопередатчиков сенсорных узлов (ГУК, ЧК), не нарушая функционирования сети [15]. Синхронизация позволяет устройствам находиться в энергосберегающем (спящем) режиме между согласованными передачами, избегая прослушивания в ждущем режиме, что в свою очередь, приводит к увеличению продолжительности жизненного цикла БСС. В указанном синхронизированном режиме работы БСС используется определенная стандартом IEEE 802.15.4 структура суперкадра [7, 16], пример которой представлен на рис. 1. Возможность генерации суперкадров имеют только полнофункциональные устройства (в рассматриваемых БСС - ЕУ К).
Временной
С.ЮТ
О | I | 2 | .1 | J | Í | й | 7 | И I|l2¡b|u[l5
I k .. v i .i:i.:i иернол
I
!' | V " ч с
СЛР > aMinCAPLrngth
SE) " -.'У-.'л: ^.'-/-i' .'-"г.-"1< / '
ВI -gBtixt'Siipi'rframt'Diirtitiun
Рис. 1, Пример структуры с у пер кадра
Структура суперкадра представляет собой определенный период времени, описываемый двумя основными параметрами: интервалом между кадрами маячков (англ. Beacon Interval, В!), который определяет время между двумя последовательными синхронизирующими маячками суперкадров и длительностью суперкадра (англ. Superframe Duration, SD), определяющую продолжительность активного периода узлов синхронизированных текущей структурой еу пер кадра. В свою очередь значения BI и SD определяются соответствующими переменными, а именно порядком маячка (тас-BeaconOrder, ВО) и порядком суперкадра (macSuperframeOrder, SO), и в синхронизированном режиме определяются согласно выражению (1):
SD = aBaseSuperframeDwatiort ■ Г' 1 0 < SO S SO < 14, <1 >
В1 - aBaseSuperframeDuration ■ 2 ' \
где aBaseSuperframeDuratiÓñ — минимальная базовая длительность суперкалра равная %0 символов (480 байт).
Таким образом, в синхронизированном режиме при скорости 250 Кбит/с и частотном диапазоне 2,4 ЕЕц минимальная базовая длительность суперкадра равна 15,36 мс (при S0=0), а В1 и SD могут принимать значения от 15,36 мс до 251,7 с. Как видно из рис. I активный период (SD) суперкадра разделенный на 16 одинаковых временных слотов (0-15), включает конкурентный период доступа (англ. Contention Access Period, САР) и свободный от конкуренции период доступа (англ. Contention Free Period, CFP), который является опциональным. Кроме того, координатор (ГУК) может также вводить опциональный неактивный период (при В! > SD), в течение которого синхронизированные узлы переходят в энергосберегающий режим. САР запускается сразу после кадра маячка и заканчивается в зависимости от структуры суперкадра либо в конце SD, либо до начала CFP.
В течение САР все узлы, синхронизированные с текущей структурой суперкадра, при возникновении необходимости передачи каких-либо данных (в том числе управляющих (командных)) текущему источнику суперкадра используют основанный на периодах отсрочки (англ. Backoff Period, BP) механизм слогового CSMA/CA [7].
Опциональный CFP должен запускаться сразу после окончания САР и заканчиваться в зависимости от структуры суперкадра либо в кон ríe SD, либо до начала неактивного периода (при его существовании) суперкадра. СЕР включает гарантированные временные слоты (англ. Guaranteed Time Slots, GTSs) для узлов требующих низкой задержки и гарантированный доступ к каналам передачи данных, то есть в этом случае в течение предварительно выделенных (по запросу) источником су пер кадра GTSs определенным узлам, осуществляются гарантированные TDMA соединения между источником суперкадра и этими узлами.
Таким образом, всякий раз, когда синхронизированному узлу требуется гарантированная полоса пропускания для взаимодействия (передачи/приема данных) с определенным источником суперкадра (родительским или дочерним ГУК), ему необходимо во время САР текущего суперкадра отправить команду запроса GTS источнику суперкадра, который после получения запроса выполняет проверку наличия доступных ресурсов в течение CFP. Суперкадр имеет доступные ресурсы СЕР, в том случае если максимальное количество GTSs еще не было выделено (у ..„ = 7 слотов) и выделение GTS требуемой длимы не уменьшит длину САР меньше минимальной {аМтСАРLength >440 символов (220 байт или 7.04 мс)).
Согласно стандарту обработка запросов и выделение GTSs осуществляются источником суперкадра согласно алгоритму ЕС ES (англ. First Come First Served), при этом все GTSs должны размещаться смежно после САР до конца SD. Результаты обработки запросов на выделение GTS поступивших в течение САР текущего суперкадра, передаются в кадре маячке следующего суперкадра (поле дескриптор GTS), при этом согласно стандарту источник суперкадра должен хранить дескриптор GTS каждого устройства в своем кадре маячке в течение aGtsDescPersistenceTime суперкадров (по умолчанию 4) [16]. Направление GTSs может быть как нисходящим (англ. downlink, DL) от источника супер кадра к синхронизированным текущим суперкадром
узлам, так и восходящим (англ. uplink, LFL) от синхронизированных узлов к источнику суперкадра. То есть, если синхронизируемому узлу выделен GTSDL, то он должен находиться в режиме приема во время этого GTS, и соответственно при GTSui. - в режиме передачи. Инициация перераспределения (в том числе освобождения) GTS может выполняться, как самим синхронизированным узлом, так и источником суперкадра.
В первом случае синхронизированный узел отправляет источнику суперкадра запрос GTS с установлением «О» в переменные подполя Characteristics GTS.
Во втором случае, если источник суперкадра не получает в GTS данные от синхронизированного узла или же не получает кадры подтверждения на отправляемые для него данные в течение 2*1? суперкадров, где значение п (2):
(2)
На рисунке 2 представлен пример кластерной древовидной БСС, основные этапы формирования которой, а также предлагаемый централизованный алгоритм временного планирования работы БСС будут рассмотрены ниже.
{2В"'\ при О <ВО <8; [1, при 9 < ВО < 14.
Энергоэффективный синхронизированный способ
прмемопередачи данных в режиме реального времени
Рассмотренный в предыдущем разделе стандартный алгоритм назначения GTSs имеет существенные недостатки для критичных ко времени доставки данных и ограниченных ресурсами БСС [3. 16, 17]. Прежде всего, это вызвано тем, что синхронизированные с текущей структурой суперкадра узлы не могут получить гарантированный доступ в рамках текущего суперкадра, а должны ожидать последующих суперкадров и в случае неудачных запросов им необходимо повторно генерировать новые запросы на выделение GTS в течение САР последующих суперкадров.
Используемый порядок обработки запросов FCFS также неэффективен для БСС, поскольку отдельные узлы могут быстрее запрашивать основную часть ресурсов CFP, что препятствует выделению GTSs для других узлов. Иными словами, стандартный алгоритм распределения GTSs не дает гарантии получения синхронизированным узлом в нужный момент времени гарантированной полосы пропускания, что может значительно снизить эффективность функционирования БСС, к примеру, увеличивающая задержка при передаче данных к координатору сети, в отдельных БСС может привести к частичной или полной «бесполезности» этих данных. В связи с чем, сегодня многие зарубежные исследователи уделяют пристальное внимание данной проблеме. Так, в работе [17] авторы проводят анализ наиболее популярных подходов, позволяющих добиться более эффективного распределения ресурсов CFP.
Каждый из рассмотренных подходов, безусловно, способствовал улучшению стандартного механизма распределения GTSs, однако каждый имеет и недостатки, большинство из которых связано с высокими вычислительными сложностями разрабатываемых алгоритмов для ограниченных энергетическими ресурсами и вычислительными возможностями БСС. В связи с этим в настоящей работе предлагается в рассматриваемых сетях применить централизованный подход, согласно которому координатор сети, имеющий неограниченные энергетические ресурсы и мощные вычислительные возможности, осуществляет бесконфликтное временное планирование расписаний передач суперкадров и распределение GTSs внутри этих су пер кадров.
( ) Eajp.lllKUMip
imunii клапфа {^у ri K iiiк>Г| \ (.': щдстсу О ч/ien кластера
—радтсвять, нюдяшяя и еыэгуншссдерево сети фиючед»рчыиосяч^
Piie. 2. Топология кластерной древовидной БСС
На начальном этапе формирования топологии кластерной сети, сенсорное поле, состоящее из набора статических сенсорных узлов, разбивается кластеры, каждый из которых включает несколько типов узлов, в частности сенсорные узлы с ограниченными наборами функций и полнофункциональные сенсорные узлы, то есть рассматриваемая в работе БСС является гетерогенной. Первые выполняют функции обнаружения (мониторинга) событий на подконтрольной им территории, а также поддерживают связь со своим ГУК, выбираемого согласно известным алгоритмам из числа полнофункциональных узлов текущего кластера [6, 9],
ГУК помимо функций мониторинга выполняют также функции управления своим кластером, осуществляют межкластерное взаимодействие с другими ГУК и хранят в памяти помимо таблиц коротких адресов ЧК необходимых для осуществления внутрикластерных коммуникаций, также необходимые для осуществления межкластерных коммуникаций таблицы МАС-адресов соседних ГУК. Однако использование в процессе маршрутизации всех доступных межкластерных связей неэффективно, как с точки зрения масштабируемости алгоритма планирования (продолжительности временных расписаний), так и снижения показателей QoS. Поэтому в рассматриваемом алгоритме предлагается сформированную в каждом из ГУК таблицу адресов соседних ГУК в процессе широковещательной рассылки HHLLO-пакетов, использовать в дальнейшем при построении активного связующего дерева сети (англ. Spanning Tree, ST) от главного корневого узла (координатора (ГУК,))) до всех кластеров сети (ГУК).
На рисунке За представлен формат широковещательно генерируемого каждым из Г'УК HELLO-пакета. Соседние ГУК, получая HELLO-пакет, заносят в собственную таблицу адресов соседних ГУК адрес отправителя HELLO-пакета (если ранее его не было), а также текущее аппаратно измеренное на физическом уровне с помощью встраиваемых устройств значение показателя уровня принимаемого сигнала (англ. Received Signal Strength Indicator, R.SSI) полученного HELLO-пакета (поле восходящего RSSЕщ ). Далее ГУК, получивший HELLO-пакет, формирует и отправляет подтверждение по адресу отправителя HELLO-пакета (рис. 36, в), записывая в поле данных измеренное значение RSSI.
ГУК, получив пакет подтверждения, выполняют аналогичные действия, сопоставляя в своей адресной таблице адрес соседнего ГУК (отправителя пакета подтверждения) со значением RSSI помещенным в поле данных полученного пакета подтверждения {поле нисходящего RSSIjjl). При этом первая строка рассматриваемой адресной таблицы зарезервирована для записи адреса родительского ГУК при построении ST в течение следующего этапа. В рамках данного этапа планируется, что каждый ГУК только один раз отправляет широковещательный HELLO-пакет, где в поле «максимальное значение счетчика hop» указывается допустимое число переходов (hop) для данного пакета равное 1, что исключает возможность его дальнейшей передачи соседними ГУК,
Тип Идентификатор Адрес получателя Адрес отправителя Максимальное значение счетчика hop
Тип Адрес Адрес Данные
получателя отправителя
I УК
HELLO'ñtltíein
НШ.О-пикет
' '. ■ "i "..у* .'.i.1'
в)
И/деяпификатар til I I l>--::a«.'i:i
iBSi HELLO-nroera
Адрес соседнего ГУК Мет [HTM
RSSJUL RSSIUL
1 '
б) г)
Рис. 3. Форматы; HELLO-пакет (а), пакет подтверждения HELLO-пакета (б), схема обмена HELLO-пакетами (в), таблица адресов соседних ГУК (г)
Таким образом, в течение описанного выше этапа, в каждом из ГУК будет сформирована таблица адресов соседних ГУК (рис. 3 (г)), содержащая значения стоимостей (метрик) соединений от (RSSIlJL) и до (RSS 11>L) каждого соседнего ГУК с которым текущий ГУК имеет непосредственную связь. На данном этапе доступные межкластерные соединения можно рассматривать в виде ориентированного взвешенного графа С - (Г, Ё, tv), где V - конечное множество I УК
являющиеся вершинами графа; Е — множество ребер (дуг) [рафа между ГУК имеющими непосредственную связь, при этом если существует дуга (Ё) от ГУК к ГУК;, то для рассматриваемого G справедливо {ГУКпГУК,)ф(ГУК,,/WQ;
w — весовая функция дуг графа (RSSIulj RSSIlil). выступающая в качестве метрики стоимости соединения, значение которой для дуги е -(ГУК^ГУК ) интерпретируется как
«длина» участка (рук■.) рук.).
В рамках следующего этапа, инициируемого координатором сети, осуществляется построение ST, согласно которому будут осуществляться все дальнейшие межкластерные взаимодействия, в том числе при передаче (ретрансляции) данных мониторинга к координатору сети («многие к одному»). Построение ST в БОС предлагается осуществлять по аналогии с проводными сетями, работающими по протоколу STP (англ. Spanning Tree Protocol), который позволяет в сети с избыточными соединениями использовать только один логический путь (маршрут), блокируя избыточные пути (порты коммутаторов), обладающие более высокой стоимостью [14].
Согласно STP построенное ST должно обладать минимальной общей стоимостью до корня, то есть в случае если существует несколько доступных путей до корня, то из них выбирается обладающий меньшей стоимостью.
При этом общая стоимость пути определяется путем суммирования индивидуальных стоимостей портов (чем выше скорость, чем меньше стоимость) на пути от коммутаторов до корня. Однако, в рассматриваемых БСС, где скорость соединения не играет такой решающей роли, данный тип метрики при построении активного ST не является предпочтительным. Поэтому предлагается в качестве метрики при определении стоимости пути использовать измеренные в рамках предыдущего этапа значения RSSI. Величина RSS1 зависит от мощности передатчика, доступных энергетических ресурсов, расстояния между источником и получателем, характеристик передающей и приемной антенн, среды распространения радиосигнала и определяется ГУК аппаратно по логарифмической шкале в дБм, то есть чем менее отрицательное значение RSSI, или чем оно более положительное, тем сильнее уровень сигнала,
С учетом особенностей радиосетей и гетерогенного характера рассматриваемых БСС, значения RSSIul и RSSIdl, которые предлагается использовать в качестве метрик, могут быть различными, то есть в этом случае речь должна идти об ориентированном взвешенном ST, что значительно усложнит дальнейший алгоритм временного планирования. Поэтому при определении стоимости пути до координатора предлагается, чтобы на данном этапе ГУК, перед дальнейшей ретрансляцией полученного протокольного блока данных (англ. Protocol Data Unit, PDU) координатора и анализом текущего суммарного RSS1 в поле «стоимость пути до корпя», суммировали уже имеющееся в PDUsr значение RSSI с меньшим значением RSSI (RSSIul/RSSIdl) соответствующим соседнему ГУК от которого получен текущий PDUsr (рис. Зг). При этом в случае если одно из значений (RSSIul или RSSIdl) отсутствуют в адресной таблице для текущего соседнего ГУК (односторонняя (ориентированная) связь) или минимальное значение RSSI ниже установленного порога, то полученный PDUsr от данного ГУК игнорируется.
Если метрика соседнего ГУК удовлетворяет всем условиям и текущий PDUsi обладает лучшей метрикой (с учетом суммирования имеющейся стоимости пути (RSSI) с минимальной метрикой соседнего ГУК) в сравнении с ранее полученным PDUsr, то ГУК записывает в первую строку своей адресной таблицы адрес текущего отправителя PDUsr (соседнего ГУК) и общую стоимость пути до корня (координатора). Таким образом, в противоположность проводным сетям протокола STP, если в БСС доступен более чем один путь до корня, тогда выбирается путь (3):
р„ = arg max min RSSI (I), (3)
per ImLp
где p - выбранный путь в построенном ST, обладающий
наибольшим минимальным значением RSSI; Р— множество доступных путей между корнем (координатором) и ГУК; ¿ - множество звеньев (межкластерных связей) пути р.
Продолжительность рассмотренного выше этапа определяется временем жизни PDUst координатора, задаваемое им на основании имеющейся у него информации о предполагаемых размерах статической БСС. После окончания данного этапа каждому из ГУК становится известен его родительский ГУК (из числа его соседних ГУК) в ST, которому в последующем он должен отправлять (ретранслировать) все предназначенные для координатора (корня) данные. Таким образом, в построенном ST, каждый из ГУК может иметь
только одного родительского ГУ К и {(),. .(У, г> -1)) дочерних
ГУК. После истечения времени жизни PDUst. все ГУК с использованием механизма бесслотового CSMA/CA, отправляют по адресу своего родительского ГУК собственные информационные PDU|Npo, помещая в поле данных информацию о доступных межкластерных связях (one-hop) и родительском ГУК в построенном ST (рис, Зг). Помимо собственных PDU!Nro, все родительские ГУК ретранслируют в направлении корня полученные PDUiNro от своих дочерних ГУК.
Описанный процесс построения ST в предлагаемом алгоритме гарантирует, что ST с большей вероятностью включает только межкластерные связи, характеризующиеся высокими минимальными значениями RSSI, что также позволяет выделить из G неориентированное ST, в котором каждая ветвь (Е) представляет собой двунаправленный канал связи между парой ГУК. Однако в рассматриваемых БСС, отсутствует возможность блокировки не вошедших в ST доступных межкластерных связей (физических радиосвязей) по аналогии с тем, как это реализуется в проводных сетях протокола STP. Для преодоления данного ограничения радиосетей предлагается использовать механизм временного планирования, который за счет создания согласованного расписания работы БСС позволит осуществить блокировку путей (физических связен) обладающих меньшей суммарной стоимостью в сравнении с построенным ST. К числу задач указанного временного планирования, относится и исключение возможности возникновения конфликтов, которые могут возникнуть как в случае, если родительский и дочерний ГУК осуществляют передачу суперкадров в одном и том же суперслоте, так и в случае если родительский или дочерние ГУК в течение одного суперслота принимают суперкадры от нескольких ГУК (родительского и дочерних) [12].
Следовательно, для недопущения коллизий передаваемых суперкадров необходимо чтобы каждый из ГУК осуществлял передачу собственных суперкадров родительскому и дочерним ГУК в суперслоте который не используется (для приема или передачи суперкадров) ГУК, расположенными от текущего на расстоянии как минимум двух переходов (hop). Кроме того применяемый алгоритм временного планирования должен обеспечить такое расписание, при котором конфликтные ГУК, в построенном неориентированном ST имеют различные активные суперслоты. Для реализации этой задачи предлагается применить традиционный матричный способ, при котором координатор на основе полученной информации в PDU[№o создает две матрицы. Первая представляет собой матрицу связности СМ = clf. отражающую все
доступные прямые связи между ГУК, где значения с (4):
II. ее. ж ГУК{ является родителем ГУК; в S Г;
-I, сели ГУК, является ребенком /УК, в ST;
0. если существует физическая связь между ЛЙ^ и ГУК. не входящая a ST;
(4)
Па рисунке 4а представлена матрица связности для рассматриваемой в работе БСС (рис. 2), в которой все ГУК пронумерованы от 0 до N, то есть рассматриваемая СМ представляет собой квадратную матрицу размера УхУ, содержащую информацию обо всех доступных one-hop связях между ГУК, в том числе о ранее построенном ST. К примеру, первая строка представленной матрицы описывает информацию о связности координатора (ГУКП).
Таким образом, данная матрица позволяет координатору Определить все связи, которые входят в ST, то есть должны быть активными (запланированными) и конфликтные (избыточные) межкластерные связи, которые должны быть «заблокированы». Далее координатор на основе СМ составляет вторую матрицу (TDMA (ТМ)), в которой каждая строка описывает расписание передач су пер кадро в в течение суперслогов цикла работы БСС и данных во время GTSs этих суперкадров, а каждый столбец - расписание приема суперкадров ГУК от ГУК; (рис. 46). К примеру, вторая строка ТМ описывает временное расписание ГУК] в цикле TDMA БСС, согласно которому ГУК| должен осуществлять передачу собственного суперкадра своему родительскому ГУК» (CiTSy) и дочерним ГУК5 (GTSh), ГУК<* (GTS15) в суперслоте 2, а согласно второму столбцу в 1 (ГУК() (GTSy)), 5 (ГУК5 (GTS4)), 6 (ГУК,; (GTSy)) супсрслотах осуществлять прием суперкадров, а в оставшиеся суперслоты (3, 4, 7) ГУК] находится в энергосберегающем режиме.
Механизм временного планирования расписаний приемо-передач суперкадров осуществляется с использованием алгоритма раскраски вершин (ГУК) и поиска в ширину BFS (англ. breadth-first search) так, что никакие вершины (ГУК) одинакового цвета не должны конфликтовать (интерферировать) как между собой и не вызывать конфликты для приемопередач других вершин (на рис. 26,в) номера суперслотов и стартовые GTSs соответствуют номерам цветов). Распределение GTSs суперкадров также осуществляется с использованием алгоритма раскраски синхронизированных с текущей структурой су-иеркадра вершин (родительского и дочерних ГУК), в случае если дг.^ >NiyK, то родительскому ГУК выделяется большая
часть CFP, что обусловлено тем, что основная часть трафика в рассматриваемых БСС транслируется к координатору, то есть от дочерних к родительским ГУК в ST.
После окончания рассмотренного выше временного планирования координатор генерирует широковещательный PDUtdma, в поле данных которого размещает информацию о цикле TDMA (рис. 4в). ГУК, получая PDUtdma записывают в свои таблицы маршрутизации адреса родительского и дочерних ГУК, а также соответствующие им временные интервалы (суперслоты, GTSs). Таким образом, каждому ГУК будет известно в каких суперслотах (GTSs) его приемопередатчик должен находиться в активном режиме, а в каких в энергосберегающем. Затем ГУК настраиваются на работу согласно циклу TDMA, в процессе функционирования БСС координатор периодически отправляет специальные маркеры для синхронизации таймеров (циклов TDMA) ГУК.
Предложенный способ доступа к каналам передачи данных на основе метода TDMA позволит осуществить multi-hop маршрутизацию при двухадресных пакетах, содержащих адрес начального отправителя (НО) и конечного получателя (КП), по аналогии с тем, как это реализуется в проводных сетях протокола STP, когда для достижения адреса КП узел всегда направляет пакет в тот порт, через который ранее был получен пакет с адресом данного КП в поле НО пакета.
В рассматриваемых сетях номер порта заменяется номером суперслота цикла TDMA и стартового GTS суперкадра передающегося в течение этого суперслота. На рисунке 5 представлена структура цикла TDMA БСС рис. 2, согласно которому осуществляется бесконфликтная при ем о передач а суперкадров и данных внутри этих супер кадро в (в течение CFP).
Во время СЛР суперкадра синхронизируемые с текущей структурой суперкадра ГУК (родительский и дочерние) конкурируют за право передачи данных источнику суперкадра в соответствии с алгоритмом слотового С8МА/СА, источник суперкадра также может конкурировать за право передачи синхронизированным ГУК, Во время СРР источник суперкадра осуществляет передачу данных конкретным ГУК в течение зарезервированных для них СТ8з. В обоих случаях на отправляемые данные требуется подтверждение правильности приема отправленных данных. В случае если в процессе функционирования значения ЯБЗ^ или снижаются ниже установленного порога или же если на отправляемые данные ГУК не получают подтверждения в течение к суперкадров, то ГУК отправляют запрос координатору на перестроение 8Т, Также следует заметить, что согласно предлагаемому алгоритму значения параметров суперкадров (ВО, 80) едины для всех ГУК, величину которых определяет координатор в зависимости от связности сети.
Согласно рассмотренному выше централизованному алгоритму для рассматриваемой БСС, содержащей 11 кластеров (рис. 2), цикл ТОМА включает всего 7 суперслотов (£|-17), что стало возможным за счет повторного использования отдельных неконфликтных суперслотов (2: ГУК] —* ГУК0, ГУК5, ГУК6; ГУК,0 -» ГУК*; 5: ГУК* ГУКз; ГУК5 — ГУК,; ГУК, — ГУК7; 6: ГУК, — ГУК,; ГУК, -» I УК3; СУК] о). Чтобы сигналы соседних суперслотов не накл мы вались друг на друга, в начале каждого суперслота предусматривается защитный временной интервал. С целью уменьшения задержек доставки данных алгоритм планирования цикла ТОМА БСС должен стремиться включать минимально возможное количество суперслотов. Одновременно с этим при планировании цикла ТОМА БСС должно выполняться требование недопустимости описанных выше конфликтов, возникающих при прием «передачах данных, а также блокирование избыточных связей (за счет неактивных суперслотов) не вошедших в 5Т.
Заключение
В статье рассмотрены ключевые особенности БСС стандарта 1ЕЕЕ 802.! 5А1Х\ёВее, а также актуальные проблемы. Для решения проблем связанных с ограниченными ресурсами устройств БСС, «справедливым» распределением ресурсов СБР суперкадра, предотвращением коллизий суперкадров при межкластерном взаимодействии для рассматриваемых БСС с периодической моделью отправки данных был предложен централизованный подход управления сетыо координатором, в рамках которого осуществляется временное планирование цикла Т1)МА БСС. Согласно предложенной структуре цикла ТОМА, каждый из ГУК (за исключением постоянно активного координатора) находится в активном режиме в суперслоте который назначен ему для передачи собственного суперкадра своим соседним ГУК (родительскому и дочерним) в 8Т, а также в суперслотах которые выделены указанным соседним ГУК для передачи их суперкадров. Это позволяет ГУК находиться в энергосберегающем режиме помимо неактивной части суперкадра, также в неактивных суперслотах цикла ТОМА, что обеспечивает энергоэффекшвность предлагаемому алгоритму.
1 [редложенный централизованный подход управления сетью координатором по аналогии с организацией сетей
(англ. Software-Defined Networking), также обеспечивает эпер-шэффективностъ за счет снижения вычислительной (управляющей) нагрузки ГУК. Тем не менее, несмотря на указанные преимущества предложенного алгоритма централизованного управления БСС, в отдельных случаях, он может иметь и недостатки, вызванные неэффективным использованием выделенных ресурсов ГУК с низким объемом передаваемого (ретранслируемого) трафика, в частности это может касаться расположенных на последнем уровне ST ГУК. В настоящее время ведется работа по апробации предложенного алгоритма средствами имитационного моделирования.
!. El-Baby ИМ. et al. Challenges in wireless sensor networks // International journal of advanced research in computer science & Technology (1JARCST 2016), 2016. vol. 4, Issue4. pp. 22-27.
2. Al-Karaki J.N., Кати! A.E. Routing techniques in wireless sensor networks: a survey II IEEE wireless communications, 2004, vol. 11(6), pp. 6-28.
3. BharJ. A Mac Protocol Implementation for Wireless Sensor Network //Journal of computer networks and communications, 2015, pp. l-!2.
4. Голубничая ЕЮ., Лихтциндер Б.Я. Упрощенный алгоритм маршрутизации в Wi-Fi Mesh-еегях мониторинга// Инфокоммуни-кацнонные технологии. 2014. Т. 12, № 2. С. 53-57.
5. Sarkar А„ Murugan Senthil Т. Routing protocols for wireless sensor networks: what the literature says? И Alexandria Engineering Journal, 2016, vol. 55, pp. 3173-3183.
6. Гольдштейн B.C., Кучерявый A.E. Сети связи пост-NGN. СПб.: БХВ-Петербург. 20)з" 160 с.
7. YcmgS.'H. Wireless sensor networks principles, design and applications. Springer-Verlag London, 2014. 293 p.
8. Anastasi G., Conti M. Francesco DM., Passarella A. Energy conservation in wireless sensor networks: a survey // Ad hoc networks, 2009, vol. 7, no. 3, pp. 537-568.
9. Бузюков Л.Б.. Окуаева Д. В. Анализ влияния алгоритмов выбора головного узла на параметры функционирования БСС при различном распределении узлов по территории // Информационные технологии и телекоммуникации. 2016. Т. 4, № 3. С. 40-48.
10. heel O.D. Ghosh A., Krishnamaehari В.. Chintalapudi К. Fast data collection in tree-Based wireless sensor networks // IEEE transactions on mobile computing, 2012, vol. 11, no. 1, pp. 86-99.
11. Реализация распределенного алгоритма балансировки трафика в сенсорной сети для увеличения времени жизни [Электронный ресурс]. Режим доступа: hnp://2Ql2.nscr.ru/Tesis/Voroniii.pdf (дата обращения: 15.09.201 б).
12. Ergen S.C.. Varaiya I'. TDMA scheduling algorithms for wireless sensor networks // Wireless networks, 2010, vol, 16, Issue 4, pp. 985-997.
13. Лихтциндер Б.Я.. ГЪлубничая Е.Ю. Применение алгоритмов TDMA планирования в кластерных гетерогенных беспроводных сенсорных сетях // Материалы научно-технической конференции Росинфоком-2017 «Актуальные вопросы телекоммуникаций». 2017. С. 27-28.
14. Лихтциндер Б.Я,. Голубничая Е Ю. Способ маршрутизации а беспроводных сетях ZigBce - Патент РФ на изобретение №2640349; Зарегистрирован в государственном реестре изобретений Российской федерации 28.12.2017. Заявка №2016130621 от25.07.2016.
15. /Ълубничая ЕЮ.. Лихтциндер Б.Я. Временное планирование в кластерных беспроводных сенсорных сетях ZIGBEE // Т-Сошга: Телекоммуникации и транспорт, 2016. Т, 10, №). С. 5-10.
16. [ПЕС 802.15.4 for wireless sensor networks: a technical overview- [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.open-zb.net/publications/TR-050702.pdf (лага обращения: 19.12.2016).
17. Xia Е. Нао R., Сао У., Хне L A survey of adaptive and realtime protocols based on IEEE 802.15.4 // International journal of distributed sensor networks, 20II, vol. 11, pp. I-l I,
Литература
ENERGY EFFICIENT SYNCHRONIZED ACCESS TO CHANNELS OF DATA TRANSFER IN CLUSTER WIRELESS SENSOR NETWORKS
Ekaterina Y. Golubnichaya, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics (PSUTI),
Samara, Russia, ekaterina.golubn@mail.ru
Abstract
Currently, cluster wireless sensor networks (WSNs) based on the IEEE 802.15.4/ZigBee standard are an efficient and cost-effective solution for organizing various large-scale monitoring systems. However, despite the known advantages of these WSNs, including the possibility of superframe time synchronization and control of workers cycles of network devices, there may be a number of serious problems caused by collisions of superframes (beacons and transmitted data) can occur in these networks at simultaneous transmissions by several interfering (conflict) duster heads (CHs). In addition, in the intercluster interaction, due to the heavy load on some sections of the data delivery paths (closest to the coordinator), as well as the inefficient allocation of resources of the contention free period (CFP) of superframes, which is the excess of the time delay in the delivery of data and possibly their loss. These factors significantly reduce WSNs characteristics such as reliability and availability, which ultimately determine the stable (stable) functioning of the network. Therefore, when designing the considered WSN, the most attention should be given to the issues of organization of intercluster interaction in the implementation of multi-hop (multi-hop), in particular, during the transfer (routing) of data to the coordinator. The article considers the proposed approach based on the TDMA (Time Division Multiple Access) method, which along with guaranteed access to the radio channel by specific CHs in the intercluster interaction (multi-hop routing), will also ensure the economical energy consumption of their autonomous batteries, which is also one of the most important tasks facing the WSNs. According to the proposed approach, the network coordinator performs centralized scheduling of schedules of transmissions of superframes of the CHs, as well as scheduling of guaranteed data transmissions during these superframes (CFP). The tasks of this time planning are to determine the smallest length of the conflict-free scheduling of superframe transmissions, including the conflict-free distribution of CFP resources of these superframes, and also to block redundant links (due to active and inactive superslots) that do not enter the spanning tree of the network. The centralized management of the entire network is carried out by the coordinator in a manner similar to the SDN (Software-Defined Networking) approach.
Keywords: wireless sensor networks, IEEE 802.15.4/ZigBee, cluster topology, cluster head, spanning tree, routing, superframe, TDMA, superslot, guaranteed time slot.
References
1. El-Bakry H.M. et al. (2016). Challenges in wireless sensor network. International journal of advanced research in computer science & Technology, vol. 4, Issue 4, pp. 22-27.
2. Al-Karaki J.N., Kamal A.E. (2004). Routing techniques in wireless sensor networks: a survey. IEEE wireless communications, vol. 11(6), pp. 6-28.
3. Bhar J. (2015). A Mac Protocol Implementation for Wireless Sensor Network. Journal of computer networks and communications, pp. 1-12.
4. Golubnichaya E.Y., Lichtzinder B.Y. (2014). Simplified routing algorithm in Wi-Fi mesh networks monitoring. Infokommunikacionnye tehnologii, vol. 12, no. 2, pp. 53-57. (In Russian)
5. Sarkar, A., Murugan Senthil, T. (2016). Routing protocols for wireless sensor networks: what the literature says? Alexandria Engineering Journal, vol. 55, pp. 3173-3183.
6. Goldstein B.S., Koucheryavy A.E. (2013). Seti svyazi post-NGN [Post-NGN communication networks], St. Petersburg: BHV-Petersburg.
(In Russian)
7. Yang S.-H. (2014). Wireless sensor networks principles, design and applications. Springer-Verlag London. 293 p.
8. Anastasi G., Conti M., Francesco D.M., Passarella A. (2009). Energy conservation in wireless sensor networks: a survey. Ad hoc networks, vol. 7, no. 3, pp. 537-568.
9. Buziukov L.B., Okuneva D.V. (2016). Analysis of cluster head selection algorithms for operating parameters WSN at different parts distribution in the territory. TELECOM IT, vol. 4. no. 3, pp. 40-48. (In Russian)
10. Incel O.D., Ghosh, A., Krishnamachari, B., Chintalapudi, K. (2012). Fast data collection in tree-Based wireless sensor networks. IEEE transactions on mobile computing, vol. 11, no. 1, pp. 86-99.
1 1. Implement a distributed traffic balancing algorithm in the sensor network to increase the lifetime [Online], available at: http://2012.nscf.ru/Tesis/Voronin.pdf (Accessed: 15.09.2016).
12. Ergen S.C., Varaiya P. (2010). TDMA scheduling algorithms for wireless sensor networks. Wireless networks, vol. 16, Issue 4, pp. 985-997.
13. Likhttsinder B.Y., Golubnichaya E.Y. (2017). Application of TDMA scheduling algorithms in cluster heterogeneous wireless sensor networks. Proceedings of the scientific-technical conference Rosinfokom-2017, pp. 27-28. (In Russian)
14. Likhttsinder B.Y., Golubnichaya E.Y. (2017). Method of routing in wireless ZigBee networks - Patent RF RU2640349, with priority from 25.07.2016, published 28.12.2017. (In Russian)
15. Golubnichaya E.Y., Likhttsinder B.Y. (2016). Temporary planning cluster wireless sensor networks ZigBee. T-Comm, vol. 10, no.1, pp. 5-10. (In Russian)
16. IEEE 802.15.4 for wireless sensor networks: a technical overview [Online], available at: http://www.open-zb.net/publications/TR-050702.pdf (Accessed:19.12.2016).
17. Xia F., Hao R., Cao Y., Xue L. (2011). A survey of adaptive and real-time protocols based on IEEE 802.15.4. International journal of distributed sensor networks, vol. 11, pp. 1-11.
