ФРАКТАЛЬНИЙ ПІДХІД ДО ПРОГНОЗУВАННЯ КРИТИЧНИХ СТАНІВ ВУЗЛІВ МЕРЕЖІ

Анотація

Представлено новий підхід до прогнозування критичних станів вузлів сенсорної мережі на основі фрактального аналізу енергетичних характеристик. Проблема забезпечення надійного функціонування сенсорних систем у складних умовах експлуатації є ключовою для сучасних телекомунікаційних технологій, адже більшість вузлів таких мереж характеризуються обмеженим енергетичним ресурсом. Традиційні методи оцінки часу життя мережі ґрунтуються на інтегральних показниках споживання енергії, однак вони не враховують динаміку та складні коливальні процеси, що передують деградації вузлів. Обґрунтовано застосування фрактального підходу для виявлення прихованих закономірностей у зміні енергетичних сигналів сенсорних вузлів, зокрема через аналіз Хьолдерових експонент, які характеризують локальну гладкість енергетичного сигналу та дозволяють оцінити ступінь його регулярності. Запропонований метод дозволяє визначати нестійкі режими енергоспоживання ще до досягнення критичних рівнів залишкової енергії. Зниження значень Хьолдерової експоненти інтерпретується як ознака переходу системи до хаотичного режиму, що свідчить про наближення вузла до критичного стану. На основі отриманих фрактальних характеристик побудовано функцію ризику, яка поєднує поточний рівень енергії вузла та ступінь локальної нерегулярності сигналу. Така функція забезпечує формування карти ризиків у масштабі всієї мережі, що дає змогу візуалізувати загальну динаміку деградаційних процесів і своєчасно ініціювати коригувальні дії – наприклад, зміну топології або перенаправлення трафіку. Результати експериментального моделювання показали, що застосування фрактального аналізу дозволяє виявляти потенційно нестабільні вузли в середньому на 26% раніше, ніж за класичними пороговими критеріями. Отримані дані свідчать про значне підвищення ефективності систем прогнозування критичних станів, а також про можливість інтеграції розробленої методики в інтелектуальні системи керування енергоресурсами сенсорних мереж. Таким чином, фрактальний аналіз із використанням Хьолдерових експонент є перспективним інструментом для проактивної діагностики стану сенсорних вузлів, забезпечуючи підвищення надійності, стійкості та тривалості функціонування мережі в автономному режимі.