Оптимізація розміщення сенсорних вузлів у міській IoT-мережі методом багатокритеріальної мінімізації

Анотація

У статті розглянуто задачу оптимізації просторового розміщення сенсорних вузлів у міській IoT-мережі на основі багатокритеріальної мінімізації з одночасним урахуванням енергоспоживання, мережевої затримки та щільності покриття. Запропоновано математичну модель, у якій міська територія дискретизується на множину комірок попиту та кандидатних позицій, а вибір активних сенсорів описується бінарним вектором рішень. Цільова функція інтегрує три нормалізовані критерії: загальні енерговитрати, середню затримку доставки даних та відхилення фактичної щільності покриття від цільового профілю. Модель доповнено набором просторових і мережевих обмежень, що визначають зв’язність вузлів, зони покриття та максимально допустиму кількість сенсорів.

Для валідації моделі реалізовано програмний модуль на Python, який автоматизує пошук оптимальних конфігурацій, побудову графа зв’язності, обчислення часткових критеріїв та порівняння оптимізованої топології з традиційним ґратковим розміщенням. Експериментальне оцінювання виконано з використанням реального набору даних IoT Sensor Network Dataset, що містить різні параметри сенсорних мереж і дозволяє зіставити ефективність запропонованого підходу з типовими конфігураціями. Отримані результати продемонстрували суттєве зниження енергоспоживання та середньої затримки передачі, а також покращення просторової повноти покриття при збереженні кількості вузлів. Запропонована модель забезпечує збалансоване оптимізаційне рішення для міських IoT-інфраструктур і може слугувати основою для подальшого розвитку адаптивних методів планування топології в системах «розумного міста».