Method for calculating the number of IoT sensors in environmental monitoring systems

Abstract

The subject of study in the article is methods for determining the composition of sensor networks of environmental monitoring systems. The purpose of the article is to develop a method for determining the required number of IoT sensors to support an environmental monitoring system. The following results were obtained. The general structure of the environmental monitoring system is determined. Its feature is the division of the monitoring zone into autonomous sections. Each section during the time window is served by an autonomous cluster of the system. The cluster has a certain number of channels of the same type for receiving readings from active IoT sensors. A mathematical model of the process of transmitting event messages has been devised. Based on the model, an approach to determining the average number of successfully transmitted messages about one event has been proposed.. This indicator is chosen as a criterion for the quality of the sensor network. An approximate formula for calculating the required number of sensors in the monitoring system is proven. Conclusions. The proposed method allows you to quickly obtain the required number of IoT sensors to support the environmental monitoring system. The deviation of the calculated number of sensors from the optimal does not exceed 3%. The direction of further research concerns the removal of the restriction on the full coverage of the monitoring area.

Предметом вивчення в статті є методи визначення складу сенсорних мереж систем моніторингу довкілля. Метою статті є розробка методу визначення необхідної кількості сенсорів IoT підтримки системи моніторингу довкілля. Отримано такі результати. Визначена загальна структура системи моніторингу довкілля. ЇЇ особливістю є розбиття зони моніторингу на автономні ділянки. Кожна ділянка на протязі дії часового вікна обслуговується автономним кластером системи. Кластер має певну кількість однотипних каналів для прийому показань активних сенсорів ІоТ. Розроблена математична модель процесу передачі повідомлень про події. На базі моделі запропонований підхід до визначення середньої кількості успішно переданих повідомлень про одну подію. Даний показник обраний у якості критерія якості сенсорної мережі. Доведена приблизна формула для розрахунку необхідної кількості сенсорів у системі моніторингу. Висновки. Запропонований метод дозволяє швидко отримати необхідну кількість сенсорів IoT підтримки системи моніторингу довкілля. Відхилення розрахованого числа сенсорів від оптимального не перевищує 3%. Напрям подальших досліджень стосується зняття обмеження щодо повного охоплення зони моніторингу.