A Method for Balancing Latency and Data Loss in High-Density Heterogeneous Internet of Things Networks

封面

如何引用文章

全文:

详细

Problem statement. The growing number of devices in heterogeneous Internet of Things networks creates an additional load on limited radio resources, which complicates ensuring stability and quality of data transmission. Heterogeneous communication subchannels have different characteristics that require effective load balancing mechanisms. The development of methods to minimize data transmission delay and reduce the likelihood of packet loss is especially relevant for high-density Internet of Things networks, where resource management becomes critical. The aim of the work is to improve the efficiency of data transmission in a high-density heterogeneous Internet of Things network. Methods used. The work uses optimization methods, the gray wolf pack algorithm, queuing theory and probabilistic analysis. Novelty. The method proposed in the article takes into account the individual characteristics of subchannels and provides dynamic load distribution. This allows adapting the solution to different types of heterogeneous networks, reducing delay and data loss. Result. A mathematical model describing data transmission through several communication subchannels and an objective function combining the average data transmission delay and the probability of packet loss have been developed. Analytical expressions for key network characteristics, such as the probability of loss and average delay, have been derived. Practical significance. The developed model and method can be used in the design of devices and networks of high-density heterogeneous Internet of Things networks in order to improve their efficiency.

作者简介

Ph. Hoang

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

编辑信件的主要联系方式.
Email: khoang.fn@sut.ru
Postgraduate Student at the Department of Communication Networks and Data Transmission St. Petersburg, 193232

A. Paramonov

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

Email: paramonov@sut.ru
Holder of an Advanced Doctorate in Technical Sciences, Associate Professor, Professor at the Department of Communication Networks and Data Transmission St. Petersburg, 193232

参考

  1. Al-Sarawi S., Anbar M., Abdullah R., Al Hawariet A. B. Internet of Things Market Analysis Forecasts, 2020–2030 // Proceedings of Fourth World Conference on Smart Trends in Systems, Security and Sustainability (WorldS4,27–28 July 2020, London, UK). IEEE, 2020. PP. 449–453. doi: 10.1109/WorldS450073.2020.9210375
  2. Vlasenko M., Khlaponin Yu. The Internet of Things (IoT) in World Practice: Review and Analysis // Pidvodni Tehnologii. 2024. Iss. 13. PP. 21–27. doi: 10.32347/uwt.2023.13.1202. EDN: OYEIHQ
  3. Noaman M., Khan M. S., Abrar M. F., Ali S., Alvi A., et al. Challenges in integration of Heterogeneous Internet of Things // Scientific Programming. 2022. P. 8626882. doi: 10.1155/2022/8626882. EDN: KXZSPZ
  4. Paramonov A., Koucheryavy A., Tonkikh E., Tatarnikova T. M. High Density Internet of Things Network Analysis // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems: Proceedings of the 20th International Conference NEW2AN 2020, and 13th Conference ruSMART 2020 (St. Petersburg, Russia, 26–28 August 2020). Part I. (Lecture Notes in Computer Science. 2020. Vol. 12525). PP. 307–316. doi: 10.1007/978-3-030-65726-0_27. EDN: FGGLAB
  5. Парамонов А. И., Бушеленков С. Н. Модель сети доступа Интернета вещей на основе решетчатой структуры // Информационные технологии и телекоммуникации. 2021. Т. 9. № 1. С. 37–46. doi: 10.31854/2307-1303-2021-9-1-37-46. EDN: VJDKGX
  6. Бушеленков С. Н., Парамонов А. И. Метод выбора маршрутов в беспроводной сети Интернета вещей высокой плотности // Электросвязь. 2021. № 12. С. 14–20. doi: 10.34832/ELSV.2021.25.12.001. EDN: YJVLGZ
  7. Ateya A. A., Bushelenkov S., Muthanna A., Paramonov A., Koucheryavy A., et al. Multipath Routing Scheme for Optimum Data Transmission in Dense Internet of Things // Mathematics. 2023. Vol. 11. Iss. 19. P. 4168. doi: 10.3390/math11194168. EDN: ZQDDWQ
  8. Парамонов А. И., Бушеленков С. Н. Анализ методов повышения эффективности сетей IoT // Информационные технологии и телекоммуникации. 2022. Т. 10. № 2. С. 36–52. doi: 10.31854/2307-1303-2022-10-2-36-52. EDN: JNZPDL
  9. Бушеленков С. Н., Парамонов А. И. Анализ и формирование структуры сети Интернета вещей на основе моделей решеток // Электросвязь. 2021. № 7. С. 23–28. doi: 10.34832/ELSV.2021.20.7.002. EDN: JIBLHT
  10. Qiu T., Chen N., Li K., Atiquzzaman M., Zhao W. How Can Heterogeneous Internet of Things Build Our Future: A Survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. Vol. 20. Iss. 3. PP. 2011–2027. doi: 10.1109/COMST.2018.2803740. EDN: YFGIPJ
  11. Кучерявый А. Е., Окунева Д. В., Парамонов А. И., Хоанг Н. Ф. Методы распределения трафика в гетерогенной сети Интернета вещей высокой плотности // Труды учебных заведений связи. 2024. Т. 10. № 2. С. 67–74. doi: 10.31854/1813-324X-2024-10-2-67-74. EDN: RTNVEU
  12. Зелигер Н. Б., Чугреев О. С., Яновский Г. Г. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений. М.: Радио и связь, 1984. 173 с.
  13. Little J. D. C. OR FORUM ‒ Little’s Law as Viewed on Its 50th Anniversary // Operations Research. 2011. Vol. 59. Iss. 3. PP. 536–549. doi: 10.1287/opre.1110.0940
  14. Mirjalili S., Mirjalili S. M., Lewis A. Grey Wolf Optimizer // Advances in Engineering Software. 2014. Vol. 69. PP. 46–61. doi: 10.1016/j.advengsoft.2013.12.007

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».