Методы и модели обеспечения надежности и своевременности передач в многопутевых беспроводных реконфигурируемых компьютерных сетях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Абрамова Евгения Александровна

• Абрамова Евгения Александровна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Абрамова Евгения Александровна

Реферат

Synopsis

Введение

ГЛАВА 1. Повышение устойчивости и надёжности функционирования беспроводных сетей с многопутевой маршрутизацией

1.1 Задачи обеспечения надёжности беспроводных сетей и концепция многопутевой маршрутизации

1.2 Методы и протоколы многопутевой маршрутизации

1.3 Протоколы и архитектура беспроводных сетей

1.4 Задачи динамической реконфигурации сети и обеспечение ее отказоустойчивости

1.5 Выводы по главе

ГЛАВА 2. Имитационно-аналитическая модель надежности реконфигурируемых многопутевых сетей

2.1 Модели в имитационной среде OMNeT++

2.2 Имитационная модель надежности беспроводной реконфигурируемой сети

2.3 Аналитическая модель надежности беспроводной реконфигурируемой сети

2.4 Особенности задания физических препятствий в среде OMNeT++

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3. Перераспределение потоков многопутевой сети в узлах переключения путей

3.1 Оценка задержек запросов в многопутевой сети на основе адаптивного перераспределения трафика в узлах реконфигурации

3.2 Определение оптимального перераспределения потоков на основе моделирования в OMNeT++

3.3 Моделирование энергозависимых параметров в среде OMNeT++

3.4 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Словарь терминов

Список литературы

Список рисунков

Список таблиц

Тексты публикаций

Реферат

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и модели обеспечения надежности и своевременности передач в многопутевых беспроводных реконфигурируемых компьютерных сетях»

Актуальность темы

Современные беспроводные сети широко используются в разных областях — от мобильной связи и промышленного Интернета вещей (IIoT) до транспортных систем и сетей мониторинга. Стремительное расширение областей применения усиливает требования к надёжности передачи данных [1-3], устойчивости к физическим и программным помехам, энергоэффективности [4-6] и способности к масштабированию. Это определяет как прикладной, так и фундаментальный интерес к исследованию новых методов организации передачи информации в таких системах.

Одним из направлений повышения надёжности и эффективности передачи данных в беспроводной среде является использование многопутевой маршрутизации [7-11], при которой данные передаются одновременно или выборочно по нескольким маршрутам, что позволяет снижать вероятность потерь, минимизировать задержки [12] и повышать отказоустойчивость [13]. В беспроводных сетях важно учитывать физические помехи при распространении сигналов, что делает актуальной задачу моделирования реалистичного поведения трафика в условиях нестабильной среды передачи. Данная задача находит отражение в пункте 4 паспорта специальности 2.3.2, где подчёркивается необходимость теоретического анализа и экспериментального исследования функционирования систем в экстремальных условиях для улучшения их эксплуатационных характеристик.

В условиях ограниченного радиуса действия и нестабильности связи устойчивость передачи обеспечивается за счёт использования специальных узлов-переключателей. Немаловажен и учёт энергетических характеристик узлов,

особенно в сетях с ограниченным ресурсом питания, что требует продуманного размещения переключателей и разумного выбора маршрутов, что прямо соотносится с пунктом 3 паспорта специальности 2.3.2, в котором обозначены задачи разработки методов и алгоритмов, обеспечивающих надёжность и отказоустойчивость вычислительных систем и их элементов, включая контроль и диагностику.

В системах, использующих беспроводные технологии, особое значение приобретает своевременность передачи данных. Подобные системы широко используются для мониторинга и управления объектами, работа которых не допускает даже кратковременных нарушений, так как сбой связи способен существенно снизить надёжность всей системы, привести к ухудшению её функционирования или даже создать угрозу безопасности.

Беспроводные сети уязвимы к электромагнитным помехам, динамическим изменениям топологии, сбоям из-за разрядки узлов или воздействия внешней среды. Поэтому при проектировании таких систем с жёсткими временными ограничениями необходим подход, ориентированный на устойчивость к отказам, быстрое восстановление маршрутов и минимизацию задержек. Это требует не только надёжных протоколов маршрутизации, но и комплексного учёта энергетических и физических параметров в реальном времени. Именно такой межуровневый подход в направлении исследования описан в пункте 8 паспорта специальности 2.3.2, в котором говорится о необходимости разработки архитектур, структур и протоколов взаимодействия между системами на базе телекоммуникационных и мобильных технологий.

Несмотря на существование большого количества протоколов и архитектурных решений для многопутевых сетей [14], остаётся открытым вопрос создания устойчивых, адаптивных и энергоэффективных подходов, способных обеспечить надёжную передачу данных в условиях переменной топологии, ограниченного ресурса и высокой чувствительности ко времени. Особенно

перспективны в этом контексте модели, ориентированные на превентивное реагирование на сетевые риски и оптимизацию размещения ключевых элементов инфраструктуры [15-16].

Значимость темы исследования подтверждается и государственной стратегией в сфере цифрового развития. Согласно Постановлению Правительства РФ от 12 февраля 2020 г. №2 127, в качестве приоритетной цели определено создание надёжной, устойчивой к сбоям и высокоскоростной сети связи общего пользования, в том числе на базе беспроводных технологий. Организационно-технические мероприятия по восстановлению работоспособности сети связи общего пользования, изменение маршрутов сообщений электросвязи, обеспечение резервирования линий и каналов связи и изменение конфигурации средств связи в сети общего пользования являются мерами по устранению угроз устойчивости, безопасности и целостности функционирования сетей связи общего пользования на территории Российской Федерации [17]. Научные результаты исследования могут служить основой для технологической реализации требований государственной стратегии в части устойчивости и надёжности цифровой инфраструктуры.

В этом контексте вопросы надёжности, отказоустойчивости, адаптивности к внешним условиям и эффективного управления ресурсами приобретают не только научное, но и социально-экономическое значение.

Таким образом, разработка и исследование методов и моделей многопутевой беспроводной передачи данных с использованием переключателей и с учётом энергетических и физических факторов соответствует ключевым направлениям специальности 2.3.2 «Вычислительные системы и их элементы» и является актуальной научно-практической задачей, значимой как в теоретическом, так и в прикладном аспекте.

Степень проработанности проблемы

Проблематика повышения надёжности и эффективности передачи данных в беспроводных сетях активно исследуется в рамках разработки протоколов маршрутизации, алгоритмов балансировки нагрузки, а также методов оптимизации размещения сетевых элементов [18-20].

Одним из направлений в области беспроводных сенсорных сетей является исследование энергосберегающих стратегий, направленных на продление времени автономной работы узлов. В ряде работ рассматриваются подходы к оценке связности таких сетей с учётом не только пространственного распределения узлов, но и временных и энергетических параметров. В частности, в статье [21] предложена новая стохастическая характеристика качества функционирования сети, охватывающая пространственные, временные и энергетические аспекты. Авторы исследуют взаимосвязь между вероятностью установления соединения, временем доставки сообщений и уровнем заряда батарей устройств, моделируя влияние таких факторов, как топология, распределение узлов и алгоритмы маршрутизации. Введённые показатели позволяют оценивать качество функционирования беспроводных сенсорных сетей.

Значительное внимание в современной научной литературе уделено многопутевой передаче данных как способу повышения отказоустойчивости и надёжности маршрутов [22-24].

Повышение надёжности и эффективности достигается, в том числе, за счёт консолидации ресурсов, что возможно при использовании кластерных архитектур и механизмов адаптивного распределения запросов внутри кластеров. Особенно важную роль это играет в мультикластерных системах, где надёжность дополнительно усиливается за счёт межкластерного перераспределения запросов через сеть [25, 26]. Такой подход позволяет не только балансировать нагрузку, но и снижать среднее время ожидания, а в системах реального времени — повышать вероятность своевременного и корректного обслуживания запросов, включая адаптацию к отказам, ошибкам и нестабильности трафика. В ряде работ

исследована эффективность межкластерного перераспределения в системах, состоящих из локальных и общедоступных кластеров [27-29].

Отдельные исследования многопутевой маршрутизации проводятся на имитационных моделях, реализованных при помощи различных компьютерных программ, например, в среде OMNeT++ [30, 31]. В работе [32] основное внимание уделяется функциональности проводных сетей транспортного уровня, без подробного моделирования параметров среды передачи, влияющих на потери, уровень сигнала и устойчивость маршрутов. В статье [33] при помощи имитационного моделирования произведена оценка устойчивости и качества функционирования беспроводных сенсорных сетей. Показанная модель позволяет учитывать вероятности отказов узлов и каналов, переходы в спящий режим, а также выявлять допустимые параметры проектирования сети. Акцентируется внимание на сложность сетей, обусловленную самоорганизацией, подвижности узлов и возникновением коллизий в передаче.

На сегодняшний день классические протоколы маршрутизации, такие как AODV, DSR, OLSR, не учитывают в полной мере энергопотребление узлов и влияние физических помех, а также не предусматривают адаптивный выбор маршрута с учётом надёжности и остаточного ресурса узлов [34,35]. Это ограничивает их применение в условиях, где важны сбалансированность нагрузки и устойчивость к отказам. Другие решения, например протокол RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks), который широко применяется в IoT-системах, имеют ограничения при работе в условиях высокой подвижности или сильных помех [36,37], так как он плохо адаптируется к быстро меняющимся условиям и не поддерживает полноценную многопутевую маршрутизацию.

В совместных с авторами Богатыревым В.А. и Ле Ань Ту исследованиях, посвящённых многопутевым проводным сетям, было показано, что расположение ограниченного числа узлов, участвующих в перераспределении потоков, оказывает существенное влияние на надёжность и производительность сети [38-41]. Однако,

исследованные проводные модели характеризовались надежностью узлов и каналов связи, в то время как в беспроводных сетях надёжность и своевременность зависит от таких факторов как помехи, уровень заряда узлов, влияние внешней среды, в том числе погодных условий, требует принципиально иного подхода к исследованию, а именно использования имитационного моделирования для оценки вероятности доставки пакетов между узлами, задержки передач и других характеристик сети.

Таким образом, несмотря на активно ведущиеся исследования в области беспроводных сетей и протоколов связи, вопрос комплексного подхода к построению многопутевой маршрутизации при ограниченном количестве узлов с реконфигурацией и при учете физических факторов остаётся открытым, что обусловливает актуальность и новизну настоящей работы.

Объект исследования

Распределенные компьютерные системы с межмашинным обменом на основе беспроводных сетей с многопутевой маршрутизацией, подверженные влиянию препятствий на распространение сигналов.

Предмет исследования

Модели оценки надежности и задержек передач, и обоснование на их основе решений по обеспечению надежности и снижения задержек передач в распределенных компьютерных системах с обменом через многопутевую беспроводную сеть с учётом потерь пакетов, физических и погодных препятствий.

Цель работы

Повышение надёжности и снижение задержек передач через многопутевые беспроводные сети в распределенных вычислительных системах при обосновании размещения узлов-переключателей, осуществляющих адаптивное

перераспределение трафика и переключение сегментов путей при реконфигурации после накопления отказов.

Достижение поставленной цели требует решения ряда ключевых задач:

- Провести анализ существующих алгоритмов, методов и протоколов, направленных на обеспечение надёжности и отказоустойчивости в распределенных компьютерных системах с многопутевой беспроводной передачей.

- Построить имитационно-аналитическую модель надёжности многопутевых беспроводных сетей, учитывающую отказы узлов и потери пакетов, учитывающую внешние условия среды передачи (метеоусловия, препятствия).

- Построить модели оценки временных характеристик (средних задержек) при многопутевой передаче данных с учётом параметров среды и конфигурации сети.

- Исследовать влияние размещения узлов межпутевого переключения на показатели надёжности и задержки передачи данных при различных сценариях перераспределения трафика, отказов и помех в среде.

- Провести численные и имитационные эксперименты, подтверждающие работоспособность моделей и устанавливающие закономерности влияния конфигурации сети и среды передачи на её надежность и своевременность доставки запросов.

Для достижения целей и решения задач, поставленных в рамках настоящей диссертационной работы, использованы методы имитационного моделирования, теории вероятностей, надежности, массового обслуживания, и математической статистики, а также объектно-ориентированные подходы программирования.

Научная новизна

1. Предложена аналитико-имитационная модель оценки комплексной надежности беспроводной многопутевой сети при возможности ее реконфигурации с переключением сегментов различных путей, сохранивших после отказов связанность узлов, отличающаяся учетом как структурных отказов узлов сети, так и потери пакетов в беспроводных каналах. Оценка структурной надежности сети осуществляется аналитически и предполагает ее декомпозицию с учетом возможных комбинаций отказов узлов, реализующих реконфигурацию в результате переключения сегментов путей. Оценка вероятности потери пакетов при передаче по беспроводным каналам осуществляется в результате имитационного моделирования. Предлагаемый подход отличается возможностью совмещения аналитической оценки надежности структуры сети и имитационного моделирования надежности передачи данных через нее с учетом постоянных и меняющихся препятствий (условий) распространения сигналов между узлами, в том числе с учетом вариаций метеорологических условий.

2. Предложена имитационная модель оценки средних задержек передач в беспроводных многопутевых сетях, позволяющая учесть влияние перераспределения трафика в узлах, связывающих сегменты различных путей, при реконфигурации после отказов и вариациях топологий сети, метеорологических условий и расположения физических препятствий прохождения сигналов.

3. На основе предложенных аналитико-имитационных моделей показано, что выбор размещения узлов межпутевого переключения и перераспределения трафика в них существенно влияет на надежность и средние задержки доставки пакетов приемнику, при этом существует размещение переключателей, обеспечивающее, в зависимости от распределения по путям препятствий распространения сигналов, максимум надежности и минимум задержек многопутевых передач.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Имитационно-аналитическая модель надёжности беспроводных многопутевых сетей с реконфигурацией на основе переключения сегментов путей, сохранивших связанность узлов, учитывающая отказы коммуникационных узлов и потери пакетов при вариации метеорологических условий и наличии физических препятствий.

2. Модель оценки средних задержек передачи в беспроводных многопутевых сетях, позволяющая учесть влияние перераспределения трафика в узлах, связывающих сегменты различных путей, при реконфигурации после отказов и вариациях топологий сети, метеорологических условий и расположения физических препятствий прохождения сигналов.

3. Определено влияние размещения узлов реконфигурации на надежность и задержки доставки пакетов, и установлено размещение таких узлов, обеспечивающее максимум надежности и минимум задержек передач, в зависимости от топологии сети и расположения препятствий распространению сигнала.

Теоретическая значимость

Теоретическая значимость диссертации заключается в развитии подходов к моделированию надежности реконфигурируемых многопутевых беспроводных сетей. В работе предложена имитационно-аналитическая модель, учитывающая как отказы коммуникационных узлов, так и потери пакетов, обусловленные особенностями беспроводной среды передачи, включая метеорологические условия и пространственное расположение физических препятствий. Также разработана модель оценки задержек в сетях с многопутевой маршрутизации с учётом факторов среды. Полученные зависимости и результаты позволяют оценить влияние структуры топологии и характера среды передачи на средние задержки и надежность беспроводной сети. Показана роль пространственного размещения узлов-переключателей в обеспечении максимальной надежности и минимизации задержек доставки пакетов, что вносит вклад в дальнейшее развитие теории

надежности сетей в условиях переменной и неоднородной среды распространения сигнала.

Практическая значимость

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что ее результаты позволяют получить уточненную оценку надежности многопутевых беспроводных сетей в условиях структурных отказов, потери и несвоевременности доставки пакетов с учетом постоянных и переменных факторов, влияющих на устойчивость передачи пакетов в сети. Разработанные модели по сравнению с известными позволяют получить более точные количественные оценки надёжности передач, и следовательно, более обоснованно выбрать варианты построения сети и обеспечения надежности передач в условиях изменяющегося трафика и многофакторного влияния среды на устойчивость и задержки передачи пакетов. Полученные результаты позволяют оптимизировать размещение переключающих узлов в сети и могут быть интегрированы в существующие решения по проектированию, настройке и оптимизации беспроводных реконфигурируемых сетей связи в распределенных компьютерных системах.

Апробация результатов исследования

Результаты диссертации были представлены на следующих конференциях различного уровня: XII Санкт-Петербургская межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2021), 51-ая научная и учебно-методическая конференция 1111С, магистрантов и аспирантов. СПб: Университет ИТМО 2022 год, VI Международная научно-практическая конференция «Дистанционные образовательные технологии» 2022 год, VII Международная научно-практическая конференция «Информационные системы и технологии в моделировании и управлении» 2022 год, XI Конгресс молодых ученых 2022 года, Юбилейный X Конгресс молодых ученых 2021 года, Пятьдесят вторая (ЬИ) научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО 2023 года,

International Russian Automation Conference (RusAutoCon) 2022 года, Пятьдесят третья (LIII) научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, XXVI Международная научная конференция Волновая электроника и инфокоммуникационные системы, XII Конгресс молодых ученых ИТМО 2023, 2023 International Russian Smart Industry Conference (SmartIndustryCon), VII Международная научно-практическая конференция «Информационные системы и технологии в моделировании и управлении», Международная научно-практическая конференция "Индустрия 4.0" 2025 года, Международная научно-техническая конференция «Автоматизация» 2024 года, XIII Конгресс молодых ученых ИТМО 2024.

Достоверность научных достижений

Подтверждается результатами аналитического моделирования, использованием признанного научным сообществом математического аппарата и средств компьютерной математики, обсуждением результатов на 10 международных конференциях, и публикациями в изданиях из списка индексируемых международными реферативными базами данных Web of Science и/или Scopus.

Полученные результаты согласуются с данными других исследований, опубликованных в различных рецензируемых изданиях.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа соответствует пунктам 3, 4, 8 паспорта научной специальности 2.3.2. «Вычислительные системы и их элементы»:

3. Разработка научных подходов, методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих надежность, сбое- и отказоустойчивость, контроль и диагностику функционирования вычислительных систем и их элементов.

4. Теоретический анализ и экспериментальное исследование функционирования вычислительных систем и их элементов в нормальных и

экстремальных условиях с целью улучшения их технико-экономических и эксплуатационных характеристик.

8. Разработка научных методов и алгоритмов создания архитектур и структур вычислительных систем, сетевых протоколов и служб передачи данных в вычислительных системах, взаимодействия вычислительных систем, построенных с использованием различных телекоммуникационных, мобильных и специальных технологий.

Внедрение результатов работы

Полученные в диссертации результаты были использованы при выполнении ряда научно-исследовательских работ (НИР):

1. НИР «Оптимизация алгоритма управления перегрузкой для сетевого

протокола»

2. Магистерско-аспирантская НИР «Методы искусственного интеллекта для

киберфизических систем»

3. Магистерско-аспирантская НИР «Автономные интеллектуальные системы»

Публикации по теме работы

Основные научные результаты по теме диссертации изложены в пятнадцати печатных изданиях, из них восемь статей опубликованы в журналах, входящих в международные реферативные базы данных Scopus, две в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в участии во всех этапах подготовки диссертационного исследования: от выбора темы и постановки задач, разработки моделей и практической реализации предложенных решений. Автор самостоятельно провёл критический обзор существующих подходов к обеспечению надёжности многопутевых сетей, выявил недостатки известных методов многопутевой маршрутизации. Разработана имитационно-аналитическая

модель надежности реконфигурируемых многопутевых беспроводных сетей в среде ОМ№Т++. Проведены имитационные эксперименты и примеры расчетов, устанавливающих влияние размещения узлов переключателей на надежность и время доставки пакетов. В совместных публикациях процент участия распределен между соавторами в равных долях.

Структура и объем диссертации

Структура диссертации включает введение, три основные главы, заключение, а также следующие справочные разделы: перечень сокращений и условных обозначений, словарь терминов, библиографический список, перечни иллюстраций и таблиц, акты внедрения. Общий объем работы составляет 249 страниц, содержащих 4 таблицы и 84 иллюстрации. Библиографический список содержит 137 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования. Определены объект и предмет научного анализа, сформулированы основная цель и конкретные задачи, решаемые в рамках работы. Сформулирована научная новизна, подчёркнута значимость полученных результатов как с теоретической, так и с практической точки зрения.

В первой главе выполнен анализ исследуемой области, обозначены актуальные проблемы, возникающие при передаче трафика в беспроводных многопутевых сетях с ретрансляцией. Приведён обзор современных решений, направленных на повышение надёжности и своевременности доставки данных, включая подходы к разработке и оптимизации сетевых протоколов различных уровней.

Во второй главе

Предложена и исследована имитационно-аналитическая модель реконфигурируемой многопутевой беспроводной сети с учётом физических помех и отказов узлов.

Рисунок 1 - Варианты связи источника и приемника передач Исследуется влияние пространственного размещения коммутационных узлов, осуществляющих межпутевое соединение, на показатели надежности сети. Анализ учитывает два ключевых фактора: вероятность физических отказов самих коммутирующих устройств и надежность передачи пакетов между смежными узлами, формирующими маршруты. Подключение источников запросов к одному

или обоим путям происходит динамически в зависимости от их позиционирования относительно зон покрытия сигнала. Моделирование выполняется для различных сценариев распространения радиоволн и конфигураций географического расположения узлов. В рамках настоящей имитационной модели под узлом беспроводной сети понимается автономное устройство, способное передавать, принимать и ретранслировать пакеты данных, а также принимать участие в процессе маршрутизации. В зависимости от роли в сети, узел может выступать источником трафика, маршрутизатором, коммутатором сегментов или конечным получателем данных. В случае реконфигурируемой многопутевой топологии узлы также выполняют функции переключения между сегментами маршрутов при отказах. Узел-получатель в модели обозначен как сервер, а узел-источник запросов как хост.

На рисунке 2 приведен фрагмент описания узла сети в ned-файле среды моделирования OMNeT++.

@display("р=900,500ji=device/antennatower"); @display("p=250j130j i=device/antennatower");

Рисунок 2 - Фрагмент описания узлов сети в среде OMNeT++

Узлы nodell, node12... node19 находятся на первом маршруте, узлы node21, node22.. ,node29 - на втором. Узлы nodel и node2 являются узлами-переключателями, через которые осуществляется перераспределение пакетов между маршрутами. Каждому узлу в модели присваивается местоположение и тип (AomdvRouter). Тип узла определяет базовый модуль, используемый для его имитации: AdhocHost, WirelessHost, Router, StandardHost и другие. Также существует возможность задания пользовательского типа узла путем его предварительного описания в отдельном NED-файле, как показано на рисунке 3.

module AomdvRouter extends StandardHost {

parameters:

bool isRetranslator = default(false); submodules:aomdv: Aodv {

@display("p=825,226");

У

connections:

aomdv.socketOut --> at.in++; aomdv.socketln <-- at.out++;

Рисунок 3 - Описание модуля AomdvRouter AomdvRouter содержит функционал стандартного IP-хоста, включая реализацию стека TCP/IP, поддержку UDP, управление сетевыми интерфейсами и другие базовые возможности. Параметр isRetranslator определяет политику ретрансляции пакетов для коммутационных узлов, в качестве базового механизма маршрутизации используется протокол AODV. Согласно представленной конфигурации, роутер интегрируется с транспортным уровнем для обеспечения корректного взаимодействия между различными уровнями сетевого стека и организации двунаправленного обмена данными внутри узла. Структурная схема модуля AomdvRouter, иллюстрирующая взаимосвязи между сетевыми компонентами, представлена на рисунке 4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Абрамова Евгения Александровна, 2025 год

ч /

0.4 0.6

Рисунок 78 - Зависимость средних задержек от доли а

Обе кривые на рисунке 78 имеют схожую форму и демонстрируют наличие минимума в области а = 0.4-0.45, где достигается наименьшее среднее время доставки. При дальнейшем увеличении а средняя задержка возрастает, что указывает на снижение эффективности маршрутизации при чрезмерной нагрузке на один из маршрутов.

3.3 Моделирование энергозависимых параметров в среде OMNeT++

Среда OMNeT++ в расширении INET предоставляет возможность моделирования энергозависимого поведения узлов. Поддерживаются модели источников питания (батареи), потребителей энергии (радиомодули, процессоры), а также механизмы мониторинга и отчёта об оставшемся заряде, что позволяет учитывать расход энергии при передаче и приёме пакетов, а также анализировать влияние схем маршрутизации и перераспределения трафика на продолжительность работы сети.

Во всех сетевых узлах могут быть заданы параметры, отражающие процессы накопления, потребления и генерации энергии. Энергопотребление указывается в милливаттах для различных режимов работы узлов, таких как ожидание, спящий режим, активация, передача и приём пакетов. Изначальный энергетический запас задаётся в джоулях, и может быть одинаковым для всех узлов, либо индивидуально заданным для каждого. Участие узла в передаче запросов становится возможным при наличии у него минимального запаса энергии. При полном исчерпании запаса энергии (до 0 Дж) узел автоматически выключается. Визуализация текущего уровня заряда каждого узла осуществляется посредством графической шкалы, отображаемой рядом с устройством, как показано на рисунке 79.

«1 host[4] & configurator radioMedium В iB visualizer i host^ |Ц = У host[6] « ' host[3] й host[1] n host[2] | У host[5]

Рисунок 79 - Отображение уровня заряда рядом с каждым устройством

Для расширения аналитических результатов и анализа влияния энергетических ограничений на реконфигурируемую многопутевую сеть, была разработана и исследована небольшая имитационная модель в среде ОМ№Т++, в которой учитывается энергопотребление узлов и динамическая реконфигурации маршрутов при отказах узлов или изменении топологии.

В модели использовался протокол АОМБУ (расширение АОБУ с поддержкой нескольких одновременных маршрутов). Запросы передавались по двум параллельным маршрутам, при этом учитывались физические препятствия, уровень заряда, поведение при его исчерпании, возможность восстановления связи. В моделируемой беспроводной сети для каждого узла описывается подробная конфигурация энергопотребления. Через параметры модуля energyConsumer, описание которых показано на рисунке 80, указывается потребляемая мощность (в милливаттах) для различных состояний узлов:

— sleepPowerConsumption показывает потребление в спящем режиме (0.1

мВт);

—receiverIdlePowerConsumption задает потребление в состоянии, когда приёмник включён, но не занят (2 мВт);

—receiverBusyPowerConsumption отвечает за состояние активного приёма сигнала (5 мВт);

—receiverReceivingPowerConsumption описывает состояние фактической передачи данных (10 мВт);

transmitterIdlePowerConsumption явлется параметром, описывающим потребление передатчика в режиме ожидания (2 мВт).

*.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.typename = "StateBasedEpEnergyConsumer" *.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.sleepPowerConsumption = 0.lmW *.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.receiverldlePowerConsumption = 2mW *.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.receiverBusyPowerConsumption = 5mW *.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.receiverReceivingPowerConsumption = 10mW *.host[*].wlan[*].radio.energyConsumer.transmitterldlePowerConsumption = 2mW

Рисунок 80 - Описание энергетического модуля узла

Для хранения энергии в модели введен модуль energyStorage, для которого задается параметр начальный уровень заряда (initialCapacity), определяемый случайным образом из диапазона от 30 до 50 Дж, как показано на рисунке 81.

*.host[*].energyStorage.typename = "SimpleEpEnergyStorage" *.host[*].energyStorage.initialCapacity = uniform(303,50D)

Рисунок 81- Описание модуля хранения энергии

В сетевой модели узел nodeO пересылает пакеты по 2 маршрутам в узел node9, которые продемонстрированы на рисунке 82. Первый (верхний) маршрут включает узлы 2, 6, 7. Второй (нижний) маршрут включает узлы 3, 4, 8.

Рисунок 82 - Схема сетевой модели

В начале моделирования узел host[0] инициирует отправку ping-запросов к узлам host[2] и host[3]. На старте симуляции маршруты к указанным адресатам ещё не определены, и ни один из узлов не располагает таблицей маршрутизации. В этих условиях host[0] формирует широковещательный запрос маршрута (RREQ), который распространяется по сети. Пока этот процесс продолжается, host[0] продолжает генерировать ping-запросы. После получения валидного маршрута host[0] извлекает отложенные запросы из буфера и перенаправляет их по найденному маршруту — например, к host[1], если тот является следующим узлом.

В результате протокол AODV за короткое время формирует таблицы маршрутизации, обеспечивая передачу данных по кратчайшему маршруту. На рисунках 83а-83в показаны варианты передачи данных при выходе из строя некоторых узлов в сети на второй линии. Также учитываются и симметричные случаи при неисправности на первом маршруте.

а.

б.

в.

Рисунок 83 - Варианты маршрутизации в сети при выходе узлов из строя Оставшийся уровень заряда на узлах после завершения моделирования приведён на рисунке 84. Несмотря на то, что узлы 1 и 5 не участвовали в непосредственной передаче данных, их энергетические запасы существенно сократились. Это связано с тем, что эти узлы регулярно инициировали отправку служебных сообщений при попытках установления связи, а также имели

изначально более низкий уровень заряда по сравнению с остальными элементами сети.

Chart: residualEnergyCapacity:last

-Ml

Net.host[0]. Net.host[1]. Net.host[2]. Net.host[3]. Net host[4], Net.host[5] Net.host[6]. Net.host[7], Net.host[8]. Net host[9] energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora energyStora ge ge ge ge ge ge ge ge ge ge

Рисунок 84 - Оставшийся уровень заряда на узлах

График остаточной энергии узлов демонстрирует, что при текущем распределении маршрутов узлы неравномерно задействованы в сети. Узлы host[3] и host[9] теряют заряд сильнее остальных, что делает их энергетически уязвимыми точками, потенциально ограничивающими жизненный цикл всей сети. В то же время ряд узлов (например, host[6] и host[7]) остаются практически незадействованными с точки зрения энергопотребления, несмотря на то, что сохраняют полную функциональность. Это говорит о том, что даже при использовании многопутевой маршрутизации и перераспределения трафика на рестрансляторах, для повышения надежности всей системы необходим учёт остаточного заряда на маршруте, поскольку в долгосрочной перспективе разряженные батареи устройств могут привести к преждевременному выходу из строя активных узлов и нарушению связности. Полученные результаты подчёркивают необходимость внедрения энергетически адаптивных механизмов маршрутизации, которые позволят равномернее распределять нагрузку по сети и продлевать срок её функционирования.

3.4 Выводы по главе 3

Результаты моделирования показывают, что средние задержки в многопутевой беспроводной сети зависят от распределения трафика как на источнике запросов, так и в узлах-переключателях. Кроме того, показано, что для каждой конкретной конфигурации сети, включая различные сценарии размещения физических препятствий, существует своё оптимальное распределение потока, минимизирующее задержки. Таким образом, адаптивная настройка параметров маршрутизации в зависимости от топологии и условий среды позволяет повысить эффективность функционирования распределённых беспроводных систем.

Заключение

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведён обзор и сравнительный анализ существующих алгоритмов, методов и протоколов, направленных на обеспечение надёжности при малых задержек передач в распределённых компьютерных системах с многопутевой беспроводной передачей данных.

2. Разработана модель оценки надёжности многопутевых беспроводных сетей, которая учитывает как вероятности отказов узлов, так и потери пакетов, обусловленные внешними условиями среды передачи — в частности, метеоусловиями и наличием физических препятствий на маршрутах. Модель позволяет проводить количественный анализ вероятности успешной доставки пакетов при различных вариантах конфигурации сети и условий среды.

3. Предложена модель оценки средних задержек доставки пакетов при передаче по нескольким маршрутам. В модели учитываются параметры среды, включая влияние препятствий и фоновую нагрузку на сеть, а также структура маршрутов и расположения узлов переключения. Полученная зависимость задержек от распределения трафика между маршрутами позволяет оценить эффективность различных вариантов маршрутизации с точки зрения временных параметров.

4. Проведено моделирование сетевых конфигураций с различным размещением узлов межпутевого переключения. Установлено, что даже при одинаковом количестве маршрутов и узлов, их составляющих, размещение переключателей оказывает значительное влияние на общую надёжность и задержку передачи. Выявлены условия, при которых определённые топологии обеспечивают более устойчивую и быструю доставку данных, особенно в присутствии помех и потерь на определённых сегментах.

5. Выполнены численные и имитационные эксперименты, подтверждающие корректность предложенных моделей и выявляющие закономерности в поведении сети при изменении параметров среды и структуры маршрутов. На основании

моделирования показано, что существуют такие конфигурации сети, при которых достигается максимальная надёжностью при минимальных задержках передач.

Предложенные в диссертационной работе методы и модели позволяют повысить эффективность функционирования беспроводных сетей, в том числе в условиях ограничений на время доставки и при нестабильных каналах связи. Предложенные алгоритмы и их реализация в среде ОМ№Т++ находят применение в разработке адаптивных сетевых технологий, предназначенных для функционирования в системах реального времени, а также в интеллектуальных сенсорных сетях и других прикладных задачах. Полученные результаты создают основу для дальнейших исследований в области многопутевой маршрутизации, энергоэффективной доставки и устойчивости передачи в динамично изменяющихся сетевых структурах.

Список сокращений и условных обозначений

AODV

AOMDV

ARQ

BLE

DetNet

DSGARM

DSR

ECMP

EDCA

FEC

HWMP

IEEE 802.11s

INET

IoT

Ad hoc On-Demand Distance Vector (протокол маршрутизации по требованию)

Ad hoc On-demand Multipath Distance Vector (многопутевой протокол по требованию) Automatic Repeat reQuest (автоматический запрос повторной передачи)

Bluetooth Low Energy (энергосберегающий Bluetooth) Deterministic Networking (детерминированные сети) Differentiated Service Guarantee Adaptive Reservation Mechanism (адаптивный механизм резервирования с гарантией обслуживания)

Dynamic Source Routing (маршрутизация с указанием источника)

Equal-Cost Multi-Path Routing (маршрутизация по нескольким равностоимостным путям) Enhanced Distributed Channel Access (улучшенный распределённый доступ к каналу)

Forward Error Correction (коррекция ошибок на приёмной стороне)

Hybrid Wireless Mesh Protocol гибридный протокол маршрутизации, являющийся основой для построения беспроводных mesh-сетей.

базовый стандарт, определяющий архитектуру и принципы работы беспроводных mesh-сетей. специализированная среда для имитационного моделирования сетевых процессов, интегрированная с симулятором OMNeT++ Internet of Things (интернет вещей)

IP

IPv4/IPv6 LEACH

LOS LTE MAC

MANET

MP-OLSR

MPLS

MPTCP

NED

OMNeT++ PBR PRP QoS

REWIMO RSVP

Internet Protocol (сетевой протокол) Internet Protocol version 4/6

Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy

(иерархическая кластеризация с адаптацией)

Line of Sight (прямая видимость)

Long-Term Evolution (стандарт мобильной связи)

Media Access Control (управление доступом к среде

передачи)

Mobile Ad hoc Network (мобильная самонастраивающаяся сеть)

Multipath Optimized Link State Routing (многопутевой оптимизированный протокол состояния канала) Multiprotocol Label Switching (маршрутизация на основе меток)

Multipath Transmission Control Protocol (многопутевой TCP)

Network Description (язык описания сетей OMNeT++) Objective Modular Network Testbed in C++ (модульная среда моделирования сетей)

Policy-Based Routing (маршрутизация на основе политики)

Parallel Redundancy Protocol (протокол параллельного резервирования)

Quality of Service (качество обслуживания)

Reliable Wireless Monitoring (надёжный беспроводной

мониторинг)

Resource Reservation Protocol (протокол резервирования ресурсов)

RTP

RWN

SDN

SID

SLA

TCP/IP

TSN

UDP UAV

URLLC

VANET Wi-Fi WSN XML

Real-Time Transport Protocol (протокол реального времени)

Reconfigurable Wireless Network (реконфигурируемая беспроводная сеть)

Software-Defined Networking (программно-определяемая сеть)

Segment Identifier (идентификатор сегмента в маршрутизации)

Service Level Agreement (договор об уровне обслуживания)

Transmission Control Protocol / Internet Protocol (сетевой стек TCP/IP)

Time-Sensitive Networking (чувствительные ко времени сети)

User Datagram Protocol (протокол дейтаграмм) Unmanned Aerial Vehicle (беспилотный летательный аппарат)

Ultra-Reliable Low-Latency Communication

(сверхнадёжная связь с низкой задержкой) Vehicular Ad hoc Network (автомобильная ad hoc сеть) Wireless Fidelity (беспроводной стандарт IEEE 802.11) Wireless Sensor Network (беспроводная сенсорная сеть) eXtensible Markup Language (расширяемый язык разметки)

Словарь терминов

гистерезис: Параметр в логике переключения маршрутов, предотвращающий частые колебания конфигурации путём введения минимальных интервалов между переключениями

переключатель маршрута: Узел в многопутевой сети, выполняющий функцию передачи пакетов с одного маршрута на другой

пинг: Диагностическое средство для верификации доступности сетевых устройств и замера времени приёма-передачи пакетов

сегмент маршрута: Участок пути передачи данных между двумя значимыми узлами сети

трафик: Общий объём данных, передаваемых через сетевые каналы за определённый временной интервал

фреймворк: Каркасная программная среда, задающая архитектуру и предоставляющая базовые компоненты для создания приложений хоп: Мера маршрутизации, соответствующая одному переходу пакета между соседними сетевыми устройствами

хост: Устройство, которое подключено к сети и имеет уникальный 1Р-адрес, позволяющий другим устройствам находить и взаимодействовать с ним целевая задержка: Максимальное допустимое значение задержки передачи, критичное для приложений реального времени

интерференция: Наложение нескольких сигналов в одном диапазоне, приводящее к ухудшению приёма и увеличению ошибок

Список литературы

1. Ma T., Guo H., Li X. An Innovative Linear Wireless Sensor Network Reliability Evaluation Algorithm // Sensors. - 2025. - Vol. 25. №1. P. - 285.

2. Kim, T.-H. Smart city and IoT / T.-H. Kim, C. Ramos, S. Mohammed // Future Generation Computer Systems. - 2017. - Vol. 76. - P. 159-162.

3. Cui, L. Overview of wireless sensor networks / L. Cui, H. Ju, Y Miao // Journal of Computer Research and Development. - 2015. - Vol. 1. - P. 163-174.

4. Abramova, E. A. Wireless network reconfiguration model in OMNeT++ simulation environment / E. A. Abramova // In: Radionov, A. A., Gasiyarov, V. R. (eds.) Advances in Automation VI. - Lecture Notes in Electrical Engineering. - Cham: Springer, 2025. - Vol. 1324. - (RusAutoCon 2024).

5. Sadek, R. A new energy-efficient multi-hop routing protocol for heterogeneous wireless sensor networks / R. A. Sadek, D. M. Abd-alazeem, M. M. Abbassy // International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA).

- 2021. - Vol. 12, № 11.

6. Татарникова, Т. М. Алгоритм энергоэффективного взаимодействия узлов беспроводной сенсорной сети / Т. М. Татарникова, Ф. Бимбетов, Е. В. Горина // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2022. - Т. 22, № 2. - С. 294-301. - DOI: 10.17586/2226-1494-202222-2-294-301.

7. Rashid, S. A. Prediction based efficient multi-hop clustering approach with adaptive relay node selection for VANET / S. A. Rashid, et al. // Journal of Communications.

- 2020. - P. 332-344.

8. He, J. Research on trust-based secure routing in wireless sensor networks / J. He, F. Xu // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1486, № 2. - P. 1-9. -IOP Publishing.

9. Li, P. A multipath routing protocol with load balancing and energy constraining based on AOMDV in Ad Hoc network / P. Li, L. Guo, F. Wang // Mobile Networks and Applications. - 2019. - P. 203-221.

10. Hasan, M. Z. Optimizing multipath routing with guaranteed fault tolerance in Internet of Things / M. Z. Hasan, F. Al-Turjman // IEEE Sensors Journal. - 2017. - Vol. 17, № 19. - P. 6463-6473.

11. Banner, R. Multipath routing algorithms for congestion minimization / R. Banner, A. Orda. - CCIT Report No. 429. - Department of Electrical Engineering, Technion, Haifa (Israel), 2004.

12. Krouk, E. Application of coding at the network transport level to decrease the message delay / E. Krouk, S. Semenov // Proc. of the 3rd International Symposium on Communication Systems Networks and Digital Signal Processing. -Staffordshire University, UK, 2002. - P. 109-112.

13. Detmer, F. J. Virtual and augmented reality systems for renal interventions: a systematic review / F. J. Detmer, J. Hettig, D. Schindele, M. Schostak, C. Hansen // IEEE Reviews in Biomedical Engineering. - 2017. - Vol. 10. - P. 78-94.

14. Zhang, W. A multipath transport scheme for real-time multimedia services based on software-defined networking and segment routing / W. Zhang, W. Lei, S. Zhang // IEEE Access. - 2020. - Vol. 8. - P. 93962-93977.

15. Alobaidy, H. A. H. A review on ZigBee based WSNs: concepts, infrastructure, applications, and challenges / H. A. H. Alobaidy, J. S. Mandeep, R. Nordin, N. F. Abdullah // International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications. - 2020. - P. 189-198.

16. Al-Ariki, H. A survey and analysis of multipath routing protocols in wireless multimedia sensor networks / H. Al-Ariki, M. S. Swamy // Wireless Networks. -2017. - Vol. 23. - P. 1823-1835.

17. О концепции построения и развития информационного общества в Российской Федерации: Указ Президента РФ от 07.02.2008 №Pr-212 [Электронный ресурс] // СПС «Гарант». URL: https://base.garant.ru/73567870/ (дата обращения: 13.04.2025).

18. Pal, A. Coverage sensitivity analysis of a wireless sensor network with different sensing range models considering boundary effects / A. Pal // Materials Today: Proceedings. - 2022. - Vol. 49. - P. 3640-3645.

19. Kalidoss, T. QoS aware trust-based routing algorithm for wireless sensor networks / T. Kalidoss, L. Rajasekaran, K. Kanagasabai, G. Sannasi, A. Kannan // Wireless Personal Communications. - 2020. - Vol. 110, № 4. - P. 1637-1658.

20. Rashid, S. A. Prediction based efficient multi-hop clustering approach with adaptive relay node selection for VANET / S. A. Rashid, et al. // Journal of Communications. - 2020. - P. 332-344.

21. Астахова Т. Н., Верзун Н. А., Касаткин В. В., Колбанев М. О., Шамин А. А. Исследование моделей связности сенсорных сетей // Информационно-управляющие системы. 2019. №5 (102).

22. Богатырев В. А., Сластихин И. А. Имитационная модель приоритетного резервированного обслуживания неоднородного потока запросов в многоканальных системах // Приборостроение. 2018. №12.

23. Unnikrishnan, A. Cooperative routing for improving the lifetime of wireless ad-hoc networks / A. Unnikrishnan, V. Das // International Journal of Advances in Signal and Image Sciences. - 2022. - Vol. 8, № 1. - P. 17-24.

24. Jamshed, M. A. Challenges, applications and future of wireless sensors in Internet of Things: a review / M. A. Jamshed, K. Ali, Q. H. Abbasi, M. A. Imran, M. Ur-Rehman // IEEE Sensors Journal. - 2022. - Vol. 22, № 6. - P. 5482-5494.

25. Богатырев В. А., Богатырев С. В., Богатырев А. В. Оптимизация кластера с ограниченной доступностью кластерных групп // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2011. №1 (71).

26. Татарникова, Т. М. Дополнение к алгоритму кластеризации беспроводной сенсорной сети / Т. М. Татарникова, Ф. Бимбетов, Е. В. Горина // Программные продукты и системы.

27. Богатырев А. В., Богатырев В. А. Надежность функционирования кластерных систем реального времени с фрагментацией и резервированным обслуживанием запросов // Информационные технологии. 2016. Т. 22, № 6. С. 409 - 416.

28. Machida, F. Redundant virtual machine placement for fault-tolerant consolidated server clusters / F. Machida, M. Kawato, Y Maeno // In: IEEE Network Operations

and Management Symposium. - Osaka: IEEE Press, 2010. - P. 32-39. - DOI: 10.1109/NOMS.2010.5488431.

29. Kim, S. Constraint-aware VM placement in heterogeneous computing clusters / S. Kim, Y Choi // Cluster Computing. - 2020. - Vol. 23. - P. 71-85. - DOI: 10.1007/s10586-019-02966-6.

30. Yang, Q. Simulation, and experiment of AFDX network based on OMNeT++ / Q. Yang, H. Lu, X. Tu // 2020 Chinese Automation Congress (CAC), Shanghai, China.

- 2020. - P. 5849-5854.

31. Steinbach, T. An extension of the OMNeT++ INET framework for simulating realtime ethernet with high accuracy / T. Steinbach, et al. // Proc. of the 4th Int. ICST Conf. on Simulation Tools and Techniques. - 2011. - P. 375-382.

32. Носков И.И. Организация резервирования пакетов при многопутевых передачах реального времени // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 4. С. 568575.

33. Татарникова Т.М., Миклуш В.А., Рудых С.В. Оценка показателей качества обслуживания беспроводных сенсорных сетей // Информация и космос. — 2022. — № 4. — С. 21-27.

34. He, J. Research on trust-based secure routing in wireless sensor networks / J. He, F. Xu // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1486, № 2. - P. 1-9.

- IOP Publishing.

35. Zhang, D.-G. A new method of mobile ad hoc network routing based on greed forwarding improvement strategy / D.-G. Zhang, P.-Z. Zhao, Y.-Y Cui, L. Chen, T. Zhang, H. Wu // IEEE Access. - 2019. - Vol. 7. - P. 158514-158524.

36. Hasan, M. Z. Optimizing multipath routing with guaranteed fault tolerance in Internet of Things / M. Z. Hasan, F. Al-Turjman // IEEE Sensors Journal. - 2017.

- Vol. 17, № 19. - P. 6463-6473.

37. Haque, M. Review of hierarchical routing protocols for wireless sensor networks / M. Haque, T. Ahmad, M. Imran // In: Intelligent Communication and Computational Technologies. - Singapore: Springer, 2018. - P. 237-246.

38. Le A., Bogatyrev V.A., Abramova E.A. Reliability of a reconfigurable network with segment switching / A. Le, V. A. Bogatyrev, E. A. Abramova // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2023). - 2023. - P. 1-4.

39. Богатырев В.А., Ле А., Абрамова Е.А. Влияние размещения двух групп узлов реконфигурации дублированных путей на надёжность сети / В. А. Богатырев, А. Ле, Е. А. Абрамова // Вестник ГГНТУ Технические науки. - 2023. - Т. 19, № 3(33). - С. 5-12.

40. Богатырев В.А., Ле А., Абрамова Е.А. Перераспределение потоков сети с многопутевой маршрутизацией / В. А. Богатырев, А. Ле, Е. А. Абрамова // Автоматизация процессов управления. - 2022. - № 4(70). - С. 141-149.

41. Bogatyrev V.A., Le A., Abramova E.A. Structural reliability of a multipath routing network with reconfigurations when switching routes / V. A. Bogatyrev, A. Le, E. A. Abramova // 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - 2022. - P. 414-418.

42. Pokhrel, S. R. Analytical modeling of multipath TCP over last-mile wireless / S. R. Pokhrel, et al. // IEEE/ACM Transactions on Networking. - 2017. - Vol. 25, № 3. - P. 1876-1891.

43. Wang, W. Comparative analysis of channel models for industrial IoT wireless communication / W. Wang, S. L. Capitaneanu, D. Marinca, E.-S. Lohan // IEEE Access. - 2019. - Vol. 7. - P. 91627-91640.

44. Jamshed, M. A. Challenges, applications, and future of wireless sensors in Internet of Things: a review / M. A. Jamshed, K. Ali, Q. H. Abbasi, M. A. Imran, M. Ur-Rehman // IEEE Sensors Journal. - 2022. - Vol. 22, № 6. - P. 5482-5494.

45. Cena, Gianluca et al. Combining reliability and timeliness in industrial wireless networks: An experimental assessment / 2016 IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS) (2016): 1-4.

46. Behnam Dezfouli, Marjan Radi, and Octav Chipara. 2017. REWIMO: A RealTime and Reliable Low-Power Wireless Mobile Network. ACM Trans. Sen. Netw. 13, 3, Article 17 (August 2017), 42 pages.

47. Li, P. A multipath routing protocol with load balancing and energy constraining based on AOMDV in Ad Hoc network / P. Li, L. Guo, F. Wang // Mobile Networks and Applications. - 2019. - P. 203-221.

48. Kurt, S. Path-loss modeling for wireless sensor networks / S. Kurt, B. Tavli // IEEE Antennas and Propagation Magazine. - 2017. - Vol. 59. - P. 18-37.

49. Татарникова, Т. М. Оценка показателей качества обслуживания в беспроводных сенсорных сетях / Т. М. Тартарникова, Б. А. Миклуш, С. В. Рудых // Информация и космос. - 2022. - № 4. - С. 21-27. [На англ.: Information and Space]

50. Bogatyrev, V. A. The probability of timeliness of a fully connected exchange in a redundant real-time communication system / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2020). - 2020. - P. 13-17.

51. Dian, F. J. Formulation of BLE throughput based on node and link parameters / F. J. Dian, R. Vahidnia // IEEE Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering. - 2020. - Vol. 43, № 4. - P. 261-272. - DOI: 10.1109/CJECE.2020.2968546.

52. Bogatyrev, V. A. On interconnection control in redundancy of local network buses with limited availability / V. A. Bogatyrev // Engineering Simulation. - 1999. - Vol. 16, № 4. - P. 463-469.

53. Dong, W. Dynamic packet length control in wireless sensor networks / W. Dong, C. Chen, X. Liu, Y He, Y Liu, J. Bu, X. Xu // IEEE Transactions on Wireless Communications. - 2014. - Vol. 13, № 3. - P. 1172-1181.

54. Naumann, R. Towards more realistic network simulations: leveraging the system-call barrier / R. Naumann, S. Dietzel, B. Scheuermann // In: Ad Hoc Networks. -Springer, 2017. - P. 180-191.

55. Voigt, P. The EU General Data Protection Regulation (GDPR) / P. Voigt, A. Bussche // In: A Practical Guide. - 1st ed. - Cham (Switzerland): Springer International Publishing, 2017. - Vol. 10. - P. 5510-5555.

56. Abdel-Aleem, A. Implementation of fuzzy and adaptive neuro-fuzzy inference systems in optimization of production inventory problem / A. Abdel-Aleem, M. A. El-Sharief, M. A. Hassan, M. G. El-Sebaie // Applied Mathematics & Information Sciences. - 2017. - Vol. 11, № 1. - P. 289-298.

57. Bogatyrev, V. A. Multipath transmission of heterogeneous traffic in acceptable delays with packet replication and destruction of expired replicas in the nodes that make up the path / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Communications in Computer and Information Science (CCIS). - 2023. - Vol. 1748. - P. 104-121.

58. Mao, Y. Stochastic joint radio and computational resource management for multiuser mobile-edge computing systems / Y. Mao, J. Zhang, S. H. Song, K. B. Letaief // IEEE Transactions on Wireless Communications. - 2017. - Vol. 16, № 9. - P. 5994-6009.

59. Vitturi, S. Industrial communication systems and their future challenges: next-generation Ethernet, IIoT, and 5G / S. Vitturi, C. Zunino, T. Sauter // Proceedings of the IEEE. - 2019. - Vol. 107, № 6. - P. 944-961.

60. Broring, A. A categorization of discovery technologies for the Internet of Things / A. Broring, S. Datta, C. Bonnet // Proc. of the 6th Int. Conf. on the Internet of Things, Stuttgart (Germany). - 2016. - P. 131-139.

61. Guo, Z. Q. Fuzzy logic based multidimensional link quality estimation for multi-hop wireless sensor networks / Z. Q. Guo, Q. Wang, M. H. Li, J. He // IEEE Sensors Journal. - 2013. - Vol. 13, № 10. - P. 3605-3615.

62. Akyildiz, I. F. The Internet of Nano-Things / I. F. Akyildiz, J. M. Jornet // IEEE Wireless Communications. - 2010. - Vol. 17, № 6. - P. 58-63.

63. Yiding, Y. Deep-learning multiple access for heterogeneous wireless networks / Y Yiding, W. Taotao, C. Soung // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. - 2019. - P. 1277-1290.

64. Polovko, A. M. New theories of reliability / A. M. Polovko, S. V. Gurov. - 2006. - P. 102-109.

65. Zakoldaev, D. A. Workstations Industry 4.0 for instrument manufacturing / D. A. Zakoldaev, A. G. Korobeynikov, A. V. Shukalov, I. O. Zharinov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 665.

66. Jaiswal, R. K. Single-channel speech enhancement using implicit Wiener filter for high-quality speech communication / R. K. Jaiswal, S. R. Yeduri, L. R. Cenkeramaddi // International Journal of Speech Technology. - 2022. - Vol. 25, № 3. - P. 745-758.

67. Abdulqader, D. A. Plain edge and texture detection based on orthogonal moment / D. A. Abdulqader, M. S. Hathal, B. M. Mahmmod, S. H. Abdulhussain, D. Al-Jumeily // IEEE Access. - 2022. - Vol. 10. - P. 114455-114468.

68. Abdulhussain, S. H. Fast temporal video segmentation based on Krawtchouk-Tchebichef moments / S. H. Abdulhussain, S. A. Al-Haddad, M. I. Saripan, B. M. Mahmmod, A. A. Hussien // IEEE Access. - 2020. - Vol. 8. - P. 72347-72359.

69. Merindol, P. Improving load balancing with multipath routing / P. Merindol // Proc. of the 17th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN 2008). - IEEE, 2008. - P. 54-61.

70. Kabatiansky, G. Error correcting coding and security for data networks: analysis of the superchannel concept / G. Kabatiansky, E. Krouk, S. Semenov. - Chichester: Wiley, 2005. - 288 p.

71. Astakhova, T. N. Sensor network connectivity models / T. N. Astakhova, N. A. Verzun, V. V. Kasatkin, M. O. Kolbanev, A. A. Shamin // Информационно-управляющие системы [Information and Control Systems]. - 2019. - № 5. - С. 38-50. - DOI: 10.31799/1684-8853-2019-5-38-50.

72. Sovetov, B. Detection system for threats of the presence of hazardous substance in the environment / B. Sovetov, T. Tatarnikova, V. Cehanovsky // Proc. of the 22nd International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2019). -2019. - P. 121-124. - DOI: 10.1109/SCM.2019.8903771.

73. Siddiqi, M. 5G ultra-reliable low-latency communication: implementation challenges and operational issues with IoT devices / M. Siddiqi, H. Yu, J. Joung // Electronics. - 2019. - Vol. 8. - Article 981. - DOI: 10.3390/electronics8090981.

74. Ji, H. Ultra-reliable and low-latency communications in 5G downlink: physical layer aspects / H. Ji, S. Park, J. Yeo, Y. Kim, J. Lee, B. Shim // IEEE Wireless Communications. - 2018. - Vol. 25. - P. 124-130.

75. Sachs, J. 5G radio network design for ultra-reliable low-latency communication / J. Sachs, G. Wikstrom, T. Dudda, R. Baldemair, K. Kittichokechai // IEEE Network. - 2018. - Vol. 32. - P. 24-31. - DOI: 10.1109/MNET.2018.1700232.

76. Bennis, M. Ultra-reliable and low-latency wireless communication: tail, risk and scale / M. Bennis, M. Debbah, H. V. Poor // Proceedings of the IEEE. - 2018. -Vol. 106. - P. 1834-1853. - DOI: 10.1109/JPR0C.2018.2867029.

77. Deif, D., Gadallah, Y A comprehensive wireless sensor network reliability metric for critical Internet of Things applications. J Wireless Com Network 2017, 145 (2017).

78. Merindol, P. Improving load balancing with multipath routing / P. Merindol, J. Pansiot, S. Cateloin // Proc. of the 17th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN 2008). - IEEE, 2008. - P. 54-61.

79. Reber, A. Live process migration for load balancing and/or fault tolerance [Электронный ресурс] / A. Reber, P. Vaterlein // International Symposium on Grids & Clouds (ISGC), 2012. - P. 1-6. - Режим доступа: https://pos.sissa.it/153/031/pdf.

80. Krouk, E. Application of coding at the network transport level to decrease the message delay / E. Krouk, S. Semenov // Proc. of the 3rd International Symposium on Communication Systems Networks and Digital Signal Processing. -Staffordshire University, UK, 2002. - P. 109-112.

81. Kabatiansky, G. Error correcting coding and security for data networks: analysis of the superchannel concept / G. Kabatiansky, E. Krouk, S. Semenov. - Chichester: Wiley, 2005. - 288 p.

82. Perkins, C. RTP / C. Perkins. - Boston: Addison-Wesley, 2003. - 414 p. - ISBN 978-0-672-32249-5.

83. Zurawski, R. RTP, RTCP and RTSP protocols / R. Zurawski // The Industrial Information Technology Handbook. - Boca Raton: CRC Press, 2004. - P. 28-70. - ISBN 9780849319.

84. Bogatyrev, V. A. Redundant servicing of a flow of heterogeneous requests critical to the total waiting time during the multi-path passage of a sequence of info-communication nodes / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Lecture Notes in Computer Science. - 2020. - Vol. 12563. - P. 100-112. - DOI: 10.1007/978-3-030-66471-8_9.

85. Siddiqi, M. 5G ultra-reliable low-latency communication implementation challenges and operational issues with IoT devices / M. Siddiqi, H. Yu, J. Joung // Electronics. - 2019. - Vol. 8. - Article 981. - DOI: 10.3390/electronics8090981.

86. Sachs, J. 5G radio network design for ultra-reliable low-latency communication / J. Sachs, G. Wikstrom, T. Dudda, R. Baldemair, K. Kittichokechai // IEEE Network. - 2018. - Vol. 32. - P. 24-31.

87. Prasenjit, C. Fault-tolerant multipath routing scheme for energy efficient wireless sensor networks / C. Prasenjit, S. Tuhina, B. Indrajit // International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN). - 2013. - Vol. 5, № 2. - P. 33-45.

88. Samuylov, A. Characterizing resource allocation trade-offs in 5G NR serving multicast and unicast traffic / A. Samuylov, D. Moltchanov, R. Kovalchukov, Y Koucheryavy // IEEE Transactions on Wireless Communications. - 2020. - Vol. 19, № 5. - P. 3421-3434. - DOI: 10.1109/TWC.2020.9003488.

89. Abramova, E. A. Analysis of the impact of priority traffic control mechanisms on network quality of service / E. A. Abramova // CEUR Workshop Proceedings. -2021. - Vol. 3057. - P. 167-175.

90. Abramova, E. A. Wireless network reconfiguration model in OMNeT++ simulation environment / E. A. Abramova // In: Radionov, A. A., Gasiyarov, V. R. (eds.) Advances in Automation VI. - Lecture Notes in Electrical Engineering. -Cham: Springer, 2025. - Vol. 1324. - (RusAutoCon 2024).

91. Abramova, E. A. The simulation model of multipath data transmission in wireless networks with interference / E. A. Abramova, Ngo Minh Duc, Nguyen Van Thuan // 2025 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - 2025.

92. Abramova, E. A. Models and research methods of heterogeneous traffic control processes in information and communication systems / E. A. Abramova, I. V. Kalinin, D. A. Mezentsev, L. A. Muravyeva-Vitkovskaya // 20th Int. Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020. - 2020. - No. 2.1. - P. 223-230.

93. Sovetov, B. Detection system for threats of the presence of hazardous substance in the environment / B. Sovetov, T. Tatarnikova, V. Cehanovsky // Proc. of the 22nd International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2019). -2019. - P. 121-124. - DOI: 10.1109/SCM.2019.8903771.

94. Merindol, P. Improving load balancing with multipath routing / P. Merindol, J. Pansiot, S. Cateloin // Proc. of the 17th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN 2008). - 2008. - P. 54-61.

95. Gao, Z. A distributed multipath routing strategy for LEO satellite networks / Z. Gao, Q. Guo, Z. Na // Tamkang Journal of Science and Engineering. - 2011. - Vol. 14, № 2. - P. 160-169.

96. Bogatyrev, V. A. Redundant servicing of a flow of heterogeneous requests critical to the total waiting time during the multi-path passage of a sequence of info-communication nodes / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Lecture Notes in Computer Science. - 2020. - Vol. 12563. - P. 100-112. - DOI: 10.1007/978-3-030-66471-8_9.

97. Bogatyrev, V. A. Reliability and probability of timely servicing in a cluster of heterogeneous flow of query functionality / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2020). - 2020. - P. 9131165.

98. Богатырев, В. А. Информационные системы и технологии. Теория надёжности / В. А. Богатырев. - Москва: Издательство Юрайт, 2022. - 318 с.

99. Schweitzer, N. Network bottlenecks in OLSR based ad-hoc networks / N. Schweitzer, A. Stulman, T. Hirst, R. Margalit, A. Shabtai // Ad Hoc Networks. -2018. - Vol. 88. - P. 36-54.

100. Logeshwaran, J. Network management model for device-to-device communication in ultra dense mobile networks / J. Logeshwaran, T. Kiruthiga // International Journal of Research in Science & Engineering (IJRISE). - 2021. -Vol. 1, № 2. - P. 25-38.

101. Lutakamale, A. S. Wildfire monitoring and detection system using wireless sensor network: a case study of Tanzania / A. S. Lutakamale, S. Kaijage // Wireless Sensor Network. - 2017. - Vol. 9, № 8. - P. 274-289.

102. Condry, M. W. Using smart edge IoT devices for safer, rapid response with industry IoT control operations / M. W. Condry, C. B. Nelson // Proceedings of the IEEE. - 2016. - Vol. 104, № 5. - P. 938-946.

103. Liu, Y A trust-based active detection for cyber-physical security in industrial environments / Y. Liu, A. Liu, X. Liu, M. Ma // IEEE Transactions on Industrial Informatics. - 2019. - P. 156-170.

104. Хабаров, С. П. Основы моделирования беспроводных сетей в среде OMNeT++ / С. П. Хабаров. - Санкт-Петербург: Лань, 2021. - 260 с.

105. International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.840-6: Attenuation due to clouds and fog. - Geneva: ITU, 2013. - 7 p.

106. International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.838-3: Specific attenuation model for rain for use in prediction methods [Электронный ресурс]. - Geneva: ITU, 2005. - 6 p.

107. International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.833-9: Attenuation in vegetation. - Geneva: ITU, 2016. - 18 p.

108. INET Framework [Электронный ресурс] // GitHub: [официальный сайт]. -URL: https://github.com/inet-framework/inet (дата обращения: 07.06.2024).

109. Rougerie S., Israel J., Kan T. Validation of ITU-R P.833-9 tree attenuation model for Land Mobile Satellite propagation channel at Ku/Ka band. 2021 15th European

Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Dusseldorf, Germany, 2021, pp. 1-5, doi: 10.23919/EuCAP51087.2021.9410960.

110. Международный союз электросвязи. Рекомендация ITU-R P.833-9. Затухание в растительности. - Женева: ITU, 2016. - 28 с.

111. Niagara Peninsula Conservation Authority. Forest Patch Size [Электронный ресурс]. - 2020. - Режим доступа:

https://npca.ca/images/uploads/common_source/6_FACTSHEET_EFForestPatch Size.pdf (дата обращения: 09.11.2024).

112. Baltimore Green Space. Urban Forest Patches Manual [Электронный ресурс]. - 2022. - Режим доступа: https://baltimoregreenspace.org/wp-content/uploads/2022/02/urban-forest-patches-manual.pdf (дата обращения: 19.02.2025).

113. Njah, Y Parallel route optimization and service assurance in energy-efficient software-defined industrial IoT networks / Y. Njah, M. Cheriet // IEEE Access. -2021. - Vol. 9. - P. 24682-24696.

114. Hashim, A. Optimal placement of relay nodes in wireless sensor network using artificial bee colony algorithm / A. Hashim, B. O. Ayinde, M. A. Abido // Journal of Network and Computer Applications. - 2016. - Vol. 64. - P. 239-248.

115. Duraipandian, M. Performance evaluation of routing algorithm for MANET based on the machine learning techniques / M. Duraipandian // Journal of Trends in Computer Science and Smart Technology (TCSST). - 2019. - Vol. 1, № 1. - P. 25-38.

116. Татарникова Т.М., Архипцев Е.Д. Синхронизация в распределённых системах на базе фильтра Калмана // Информация и космос. - 2025. - № 2. -С. 59-65. - ISSN 2072-9804.

117. Верзун Н.А., Колбанёв М.О., Советов Б.Я. Корпоративный алгоритм множественного доступа в киберпространстве // Труды учебных заведений связи. - 2025. - Т. 11, № 3. - С. 97-107. - ISSN 1813-324X.

118. Zonouz, A. E. Reliability-oriented single-path routing protocols in wireless sensor networks / A. E. Zonouz, L. Xing, V. M. Vokkarane, Y. L. Sun // IEEE Sensors Journal. - 2014. - Vol. 14. - P. 4059-4068.

119. "Poster Sessions," 2017 Sensor Signal Processing for Defence Conference (SSPD), London, UK, 2017, pp. i-iii, doi: 10.1109/SSPD.2017.8233216.

120. A. Asadi, Q. Wang, V. Mancuso, "UAV-based wireless sensor networks for forest monitoring: Delay analysis"

121. Netes, V. Modern network technologies and dependability / V. Netes // Proc. of the 3rd International Science and Technology Conference "Modern Network Technologies — 2020". - 2020. - P. 104-113.

122. Chun, J. System-reliability-based design and topology optimization of structures under constraints on first-passage probability / J. Chun, J. Song, G. Paulino // Structural Safety. - 2019. - Vol. 76. - P. 81-94.

123. Rhim, H. A multi-hop graph-based approach for an energy-efficient routing protocol in wireless sensor networks / H. Rhim, K. Tamine, R. Abassi // Human-centric Computing and Information Sciences. - 2018. - Vol. 8, Article 30.

124. Астахова, Т. Н. Энергоэффективный алгоритм выбора маршрута передачи данных в беспроводных сенсорных сетях высокой плотности / Т. Н. Астахова, М. О. Колбанёв, А. С. Лямин, Н. С. Маслов, Д. А. Маслова // Труды учебных заведений связи. - 2024. - Т. 10, № 4. - С. 100-109.

125. Величко, В. В. Модели и методы повышения живучести современных систем связи / В. В. Величко, Г. В. Попков, В. К. Попков. - Москва: Горячая линия - Телеком, 2014. - 270 с.

126. Нетес, В. А. Основы теории надежности / В. А. Нетес. - Москва: Горячая линия - Телеком, 2024. - 102 с.

127. Garcia-Saavedra, A., Karzand, M., & Leith, D. J. (2015). Low Delay Random Linear Coding and Scheduling Over Multiple Interfaces. arXiv preprint arXiv:1507.08499.

128. Шувалов, В. П. Обеспечение показателей надежности телекоммуникационных систем и сетей: монография / В. П. Шувалов, М. М. Егунов, Е. А. Минина. - Москва: Горячая линия - Телеком, 2016. - 167 с.

129. Bogatyrev, V. A. Protocols for dynamic distribution of requests over a bus with a variable logical ring for automatic control of the transmission of data reception and transmission authority and computer science / V. A. Bogatyrev // 1999. - Vol. 33, № 1. - P. 57-63.

130. Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V., Bogatyrev S.V. Multipath transmission of heterogeneous traffic in acceptable delays with packet replication and destruction of expired replicas in the nodes that make up the path / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Communications in Computer and Information Science. - 2023. - Vol. 1748. - P. 104-121.

131. Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V., Bogatyrev S.V. Control of multipath transmissions in the nodes of switching segments of reserved paths / V. A. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev // 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). - 2022. - P. 1-5.

132. Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V., Bogatyrev S.V. Priority maintenance with replication of wait-critical requests / S. V. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, V. A. Bogatyrev // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2021). - 2021. - P. 9470640.

133. V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev The probability of timely fully connected exchange in a redundant real-time communication system / V. A. Bogatyrev, A. V. Bogatyrev, S. V. Bogatyrev // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2020). -2020. - P. 9131517.

134. Kumar, S. Performance analysis of OLSR and AODV protocols in mobile ad hoc networks / S. Kumar, A. Singh // International Journal of Computer Applications. - 2021. - P. 25-30.

135. El-Semary, A. M. BP-AODV: Blackhole protected AODV routing protocol for MANETs based on chaotic map / A. M. El-Semary, H. Diab // IEEE Access. - 2019. - Vol. 7. - P. 95197-95211.

136. Zhou, Q. Distributed control and communication strategies in networked microgrids / Q. Zhou // IEEE Communications Surveys & Tutorials. - 2020. - Vol. 22, № 4. - P. 2586-2633.

137. Rougerie, S. Validation of ITU-R P.833-9 tree attenuation model for Land Mobile Satellite propagation channel at Ku/Ka band / S. Rougerie, J. Israel, T. Kan // Proc. of the 15th European Conf. on Antennas and Propagation (EuCAP 2021). -Germany, 2021. - P. 1-5.

Список рисунков

1. Рисунок 1 — Схематичное представление многопутевой сети........................99

2. Рисунок 2 — Схема Overlay-сети с виртуальными машинами и коммутаторами.....................................................................................................109

3. Рисунок 3 — Ad-hoc сеть, mesh-сеть, сеть с точкой центрального доступа ...111

4. Рисунок 4 — Принцип работы протокола PRP.................................................119

5. Рисунок 5- Описание параметра communicationRange в модели...................134

6. Рисунок 6 - Схема конфигурации сети с отображением радиусов связи узлов ................................................................................................................................135

7. Рисунок 7- Описание симуляции сигнала на языке NED................................136

8. Рисунок 8- Варианты связи источника и приемника передач.........................137

9. Рисунок 9 - Фрагмент описания узлов сети в среде OMNeT++.....................138

10.Рисунок 10 - Описание модуля AomdvRouter..................................................139

11.Рисунок 11 - Представление AomdvRouter в OMNeT++.................................139

12.Рисунок 12 - Конфигурация источника запросов в OMNeT++.......................140

13.Рисунок 13 - Конфигурация приемника запросов в OMNeT++......................140

14. Рисунок 14 - Фрагмент схемы расположения узлов многопутевой беспроводной сети...............................................................................................141

15.Рисунок 15 - Назначение узла host1 узлом-переключателем..........................143

16.Рисунок 16 - Выбор маршрута и отправка пакета............................................143

17.Рисунок 17 - Зависимость вероятности доставки пакетов P получателю от количества узлов п1 до реконфигуратора при равномерном разделении потока между первым и вторым путем..........................................................................147

18.Рисунок 18 - Зависимость вероятности доставки пакетов P получателю от количества узлов п1 до реконфигуратора при неравномерном разделении потока между первым и вторым путем..............................................................148

19.Рисунок 19 - Пример задания группы физических объектов в модели с использованием стандартных параметров для задания материала.................149

20.Рисунок 20 - Пример задания параметров класса DielectricObstadeLoss для объекта...................................................................................................................151

21. Рисунок 21 - Фрагмент схемы расположения препятствий............................152

22.Рисунок 22 - Зависимость вероятности доставки пакетов адресату Р от числа п1 узлов до узла-переключателя и долей трафика при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потоков между первым и вторым путем при расположении части узлов в хвойном лесу.......................................................153

23. Рисунок 23 - Фрагмент схемы расположения препятствий............................154

24.Рисунок 24 - Зависимость вероятности доставки пакетов адресату Р от числа узлов до переключателей маршрутов при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путем при расположении части узлов в смешанном лесном массиве........................................................154

25.Рисунок 25- Фрагмент схемы расположения препятствий.............................155

26.Рисунок 26 - Зависимость вероятности доставки пакетов Р получателю от количества узлов до реконфигуратора при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путем при расположении части узлов в условиях городской застройки....................................................156

27.Рисунок 27 - Зависимость вероятности доставки пакетов получателю Р в зависимости от количества узлов до реконфигуратора при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путём, когда узлы оказываются в условиях тумана................................................................157

28.Рисунок 28 - Конфигурация сети с перемычкой, состоящей из нескольких узлов......................................................................................................................158

29.Рисунок 29 - Описание параметров физических препятствий в модели.......159

30.Рисунок 30 - Описание физических препятствий в модели ОМ№Т++........160

31. Рисунок 31 - Конфигурация сети с расположением части узлов в городской застройке, части узлов в лесном массиве..........................................................161

32.Рисунок 32 - Графики зависимости вероятности успешной доставки пакетов Р в зависимости от количества узлов до реконфигуратора при равномерном (а) и

неравномерном (б) разделении трафика между первым и вторым путем в схеме, представленной на рисунке 31................................................................162

33. Рисунок 33 - Несимметричное расположение элементов городской застройки среди узлов первого сегмента первого пути и второго сегмента второго пути ................................................................................................................................163

34.Рисунок 34 - Описание физических объектов городской среди для модели, показанной на рисунке 33....................................................................................164

35.Рисунок 35 - Графики зависимости вероятности успешной доставки P в от количества узлов до реконфигуратора при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении трафика между первым и вторым путем для схемы, представленной на рисунке 33............................................................................164

36.Рисунок 36 - Схема расположения узлов перемычки среди городской застройки, узлов путей среди лесного массива................................................165

37.Рисунок 37 - Графики зависимости P от количества узлов до узла-переключателя при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путем для схемы, показанной на рисунке 36.........166

38.Рисунок 38 - Вариант размещения препятствий с несимметричным расположением после перемычки......................................................................167

39.Рисунок 39 - Графики зависимости P от количества узлов до переключателя при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путем для схемы, показанной на рисунке 37.......................................168

40.Рисунок 40 - Комбинация смешанного и хвойного леса с городской застройкой.............................................................................................................169

41.Рисунок 41 - Графики зависимости P от количества узлов до переключателя при равномерном (а) и неравномерном (б) разделении потока между первым и вторым путем для схемы, показанной на рисунке 39.......................................169

42.Рисунок 42 -Структурная схема надёжности сети с использованием многопутевой маршрутизации при симметричном размещении переключателей....................................................................................................171

43.Рисунок 43 -Зависимость вероятности связности сети от количества узлов до

реконфигуратора при t = 100 ч. (а) и 50 ч.(б)....................................................173

44.Рисунок 44 - Схема модели при несимметричном расположении переключателей....................................................................................................174

45.Рисунок 45 - Зависимость вероятности P от п1 в конфигурации А1............177

46.Рисунок 46 - Зависимость вероятности P от п1 в конфигурации А2............178

47.Рисунок 47 - Зависимость вероятности P от п1 в конфигурации А1 (а) в конфигурации А2 (б)............................................................................................179

48.Рисунок 48 - Схема многопутевой сети с перераспределением потоков.......185

49.Рисунок 49 - Графики изменения среднего времени доставки пакетов в зависимости от доли пакетов а для проводных сетей......................................189

50.Рисунок 50 - Зависимость среднего времени доставки пакетов от доли запросов в..............................................................................................................190

51.Рисунок 51 - Зависимость среднего времени доставки пакетов от доли р.... 190

52.Рисунок 52 - Зависимость среднего времени задержки доставки пакетов от п1при различных значениях интенсивности потока в случае неполной (а) и полной (б) доступности обоих маршрутов........................................................191

53.Рисунок 53 - Зависимость среднего времени задержки доставки пакетов от п1 при различных в в случае неполной (а) и полной (б) доступности обоих маршрутов.............................................................................................................192

54.Рисунок 54 - Зависимость среднего времени задержки доставки пакетов от п1 при различных а в случае неполной (а) и полной (б) доступности обоих маршрутов.............................................................................................................192

55. Рисунок 55 - Схема конфигурации сети............................................................194

56.Рисунок 56 - Графическое представление содержания узла host...................195

57.Рисунок 57 - Описание сервера..........................................................................195

58.Рисунок 58 - Описание конфигурации источника............................................196

59.Рисунок 59 - Описание дополнительной нагрузки..........................................196

60.Рисунок 60 - Пример вывода результатов.........................................................198

61. Рисунок 61 - Схема расположения узлов и препятствий................................198

62.Рисунок 62 - Графики зависимости общих средних задержек от доли в в узлах node1 (а) и node4 (б).............................................................................................199

63. Рисунок 63 - Конфигурация сети с расположением препятствий между частью узлов верхнего и нижнего путей.........................................................................199

64.Рисунок 64 - Графики зависимости общих средних задержек от доли в в узлах node1 (а) и node4 (б).............................................................................................200

65.Рисунок 65 - Зависимость средних задержек от доли а.................................201

66.Рисунок 66 - Схема модели со смещенным к источнику расположением узлов переключения.......................................................................................................202

67.Рисунок 67 - Зависимость средних задержек от коэфиициента в на узлах node1 и node4........................................................................................................202

68.Рисунок 68 - Схема модели с несимметричным расположением зданий между узлами .................................................................................................................... 203

69.Рисунок 69 - Зависимость средних задержек от коэфиициента в на узлах node1 (а) и node4 (б).............................................................................................204

70.Рисунок 70 - Зависимость средних задержек от доли а..................................205

71.Рисунок 71 - Схема сети.....................................................................................205

72.Рисунок 72 - Варианты расположения препятствий при конфигурации с рисунка 71 ............................................................................................................. 206

73.Рисунок 73 - Зависимость средних задержек от коэфиициента в на узлах node1 (а) и node4 (б).............................................................................................206

74.Рисунок 74 - Зависимость средних задержек от коэфиициента в на узлах node1 (а) и node4 (б).............................................................................................207

75.Рисунок 75 - Зависимость средних задержек от коэффициента а................207

76.Рисунок 76 - Зависимость средних задержек от доли в на узлах node1 (а) и node4 (б)................................................................................................................208

77.Рисунок 77 - Зависимость средних задержек от доли в на узлах node1 (а) и node4 (б)................................................................................................................209

78.Рисунок 78 - Зависимость средних задержек от доли а.................................209

79.Рисунок 79 - Отображение уровня заряда рядом с каждым устройством.....211

80.Рисунок 80 - Описание энергетического модуля узла.....................................212

81. Рисунок 81- Описание модуля хранения энергии............................................212

82. Рисунок 82 - Схема сетевой модели..................................................................212

83. Рисунок 83 - Варианты маршрутизации в сети при выходе узлов из строя .. 213

84.Рисунок 84 - Оставшийся уровень заряда на узлах.........................................214

Акционерное общество «ЭВРИКА»

Санкт-Петербург, ул. Коли Томчака,

д.9, лит. Б, пом. 1-Н, 196006

Телефон: [phone], факс: [phone]

E-mail: [e-mail] www.eureca.ru

ОКПО 44332499, ОГРН 1027809212595,

ИНН/КПП 7827008143/781001001

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Абрамовой Евгении Александровны на тему: «Методы и модели обеспечения надежности и своевременности передач в многопутевых беспроводных реконфигурируемых сетях» Настоящий акт подтверждает, что результаты диссертационной работы Абрамовой Е.А. на тему «Методы и модели обеспечения надежности и своевременности передач в многопутевых беспроводных реконфигурируемых сетях» были внедрены в деятельность компании АО «ЭВРИКА» в виде отдельных компонентов в рамках проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и тестированию экспериментального прототипа защищенной беспроводной сети передачи данных, предназначенной для использования в составе инфраструктуры автоматизированных систем управления.

Сеть анализировалась с помощью исследованных в диссертации моделей передачи данных через многопутевые реконфигурируемые сети при комбинации аналитических моделей структурной декомпозиции надежности и имитационных моделей надежности и задержек передач между узлами сети с учетом различных препятствий, условий распространения радиоволн и энергопотребления, позволившие при балансировке трафика по резервированным путям, в том числе при различных условиях распространения сигналов, повысить надежность. Также были использованы методы снижения задержек и повышения вероятности доставки пакетов адресату на основе оптимизации перераспределения потоков с учетом размещения узлов переключения сегментов при многопутевой передаче данных при полной и неполной доступности абонентов к резервированным путям доставки данных адресату.

Использование научных разработок позволило повысить отказоустойчивость экспериментальной сети за счёт введения многопутевой маршрутизации с ретрансляцией и обеспечить выполнение требований по своевременной доставке критически важных сообщений.

АКТ

Первый заместитель генерально АО «ЭВРИКА»

19 мая 2025 года

Акционерное общество "ТЕХНИЧЕСКИЙ НАДЗОР"

Юридический адрес: ул. Уральская, д. 4, Санкт-Петербург, 199155 Почтовый адрес: ул. Киришская, д. 2 лит. А, Санкт-Петербург, 195299

тел./факс: [phone]-33 e-mail: gptechna@mail. ru

ОГРН 1089847384197 ИНН/КПП 7801480425/780101001

о внедрении

научных результатов диссертации «Методы и модели обеспечения надежности и своевременности передач в многопутевых беспроводных реконфигурируемых сетях» Абрамовой Евгении Александровны в практическую деятельность Акционерного общества «Технический надзор»

Настоящим подтверждается, что теоретические модели и методы, разработанные Абрамовой Е.А. в диссертационной работе, были приняты к рассмотрению в рамках проводимых исследований по повышению надёжности беспроводных коммуникационных систем, применяемых на объектах с особыми требованиями к устойчивости сетевой инфраструктуры.

Представленные решения были включены в аналитические материалы, учитываемые при выборе направлений дополнительной оптимизации топологии сети в условиях ограниченного доступа и наличия помех связи.

Полученные на их основе оценки, используются в текущих рекомендациях по проектированию и технико-экономическому обоснованию модернизации сетей.

Акт

главный инженер

Заместитель генерального дирекч

А.В. Харитоненко

Список таблиц

1. Таблица 1- Характеристика модулей ОМ№Т++..............................................133

2. Таблица 2 - Параметры для расчета потери сигнала при различных препятствиях.........................................................................................................151

3. Таблица 3 - Условные обозначения в модели...................................................185

4. Таблица 4 - Значения sendInterval для разных а в модели.............................197

Тексты публикаций

2025 International Russian Smart Industry Conference (SmartlndustryCon)

The Simulation Model of Multipath Data Transmission in Wireless Networks with Interference

Evgenia A. Abramova Faculty of Software Engineering and Computer Technology'

University TTMO Saint Peterburg. Russia [e-mail]

Ngo Minh Due Faculty of Secure Information Technologies University ШЮ Saint Peterburg. Russia [e-mail]

Nguyen Van Thuan Faculty of Secure Infonuation Technologies University HMO Saint Peterburg. Russia nvthuanO 10199@gmail. com