О проекте

«Исследование и разработка методов множественного доступа и помехоустойчивого кодирования для организации энергоэффективной передачи данных в системах Интернета вещей»

Для передачи сообщений от абонентских устройств к базовой станции в системах Интернета вещей предполагается использование случайного множественного доступа. Однако при большом числе абонентских устройств начнет сказываться нестабильность существующих алгоритмов случайного множественного доступа. Кроме этого, для обеспечения надёжности и защищённости передаваемой информации используются методы помехоустойчивого кодирования и криптографии.

С развитием систем Интернета вещей проблема нестабильности алгоритмов случайного множественного доступа из теоретической проблемы переходит в область проблем, решение которых имеет непосредственное значение для практики, что обусловливает уровень значимости данного проекта.

Основной идеей предлагаемого проекта является исследование влияния ограничения затрат энергии на характеристики (условия стабильности, помехозащищённости) системы при большом количестве абонентских устройств. Учёт данного ограничения является новизной проекта по сравнению с другими исследованиями условий стабильности систем случайного множественного доступа.

Цель проекта

Разработка способов повышения энергетической эффективности в беспроводных сетях с низким энергопотреблением с учетом требований к надежности и защищенности передачи данных.

Задачи текущего года

1) Провести обзор технологий передачи данных в беспроводных сетях с низким энергопотреблением и выбрать конкретную технологию как объект для дальнейшего исследования.

2) Предложить способ повышения вероятности доставки сообщений с учётом специфических особенностей выбранной технологии.

3) Разработать методику проведения натурных экспериментов для проверки работоспособности предложенных способов повышения вероятности доставки сообщений.

4) Рассмотреть вопросы обеспечения энергетической и экономической эффективности предложенных способов повышения вероятности доставки сообщений.

Основные результаты 2023 года

• Определены требования к технологии передачи данных, которая может быть использована в исследуемых системах, обладающих следующей отличительной особенностью – большое число абонентских устройств с автономными источниками, которые передают информацию в режиме случайного доступа по общему беспроводному каналу на базовую станцию. Рассматривается как некоторая абстрактная технология, которая может быть реализована в будущих сетях, так и конкретные решения, которые могут быть построены на технологии LoRa.
• Рассмотрены 2 подхода к увеличению вероятности доставки сообщений:
  • первый подход основан на совместном использовании преамбул в сочетании с последовательным погашением интерференции при приеме сигнала 
  • второй подход основан на использовании методов помехоустойчивого кодирования для увеличения вероятности доставки сообщений. 
• Получены экспериментальные оценки вероятности ошибки при передаче в каналах с памятью.
• Продемонстрировано использование современной технологии LoRa в системе мониторинга низковольтной электрической сети. 
   

Связь задач исследования 2024 года с результатами исследования 2023 года

• Как было определено в исследованиях 2023 года, параллельно будут исследоваться две технологии: как перспективная технология для будущих сетей, так и конкретные решения на технологии LoRa.
• Будут продолжены исследования предложенных в 2023 году способов увеличения вероятности доставки сообщений. В части подхода, основанного на совместном использовании преамбул в сочетании с последовательным погашением интерференции при приеме сигнала, будет проведено дополнительное исследование влияния данного подхода на задержку. В рамках второго подхода, основанного на использовании методов помехоустойчивого кодирования для увеличения вероятности доставки сообщений, будут продолжены исследования влияния памяти канала на вероятность доставки сообщений.
• Будут рассмотрены подходы, позволяющие вместо натурных экспериментов использовать методы имитационного моделирования и предложены способы уменьшения временных затрат на проведение такого моделирования.
• Будут продолжены исследования по возможности использования современных технологий LoRa в системах мониторинга низковольтной электрической сети. При этом, кроме вероятности доставки сообщений и пика информации, будут рассмотрены другие показатели эффективности функционирования, учитывающие как специфику данных, передаваемых в низковольтной электрической сети, так и особенности применения технологии LoRa для передачи этих данных.