無線傳感器網(wǎng)絡可分負載調度研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展以及對其應用需求的持續(xù)增長,不斷給調度問題賦予新的內涵并且提出新的挑戰(zhàn),任務調度一直是無線傳感器網(wǎng)絡研究的熱點問題。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量有限,所以其任務調度算法應保證任務在最短的時間內完成,以便用戶能夠根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對監(jiān)控區(qū)域做出及時有效的判斷及響應,同時應該減少節(jié)點能耗,延長網(wǎng)絡壽命。用于無線傳感器網(wǎng)絡任務調度應用建模的工具通常是有向無環(huán)圖(DAG)和獨立任務集。在一般情況下,基于這兩類模型的調度

2、問題都是NP完全的?？煞重撦d理論在無線傳感器網(wǎng)絡上的應用為其任務調度提供了一個有效的解決方案。與其它無線傳感器網(wǎng)絡任務調度問題的啟發(fā)式解決方案不同,該技術不僅可以得到最優(yōu)解,而且可以得到解析解,從而保證了調度結果的一致性。本文研究了可分負載理論在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用技術,具體研究成果如下:
　　 1.研究了異構無線傳感器網(wǎng)絡在分群結構下的任務調度問題。現(xiàn)有的基于可分負載理論的無線傳感器網(wǎng)絡任務調度模型都是在單層樹狀拓撲,或者同

3、構的分群結構這些特殊的網(wǎng)絡環(huán)境下進行研究的。這些對網(wǎng)絡的假設條件并不適合于無線傳感器網(wǎng)絡的研究發(fā)展。本文分別在單信道、多信道以及有協(xié)處理器三種條件下,分析了分群結構異構無線傳感器網(wǎng)絡的任務調度問題。給出了異構網(wǎng)絡環(huán)境下最短的總任務完成時間和最優(yōu)任務調度方案的解析解,分析了任務調度的極限情況。并針對群首存儲資源有限的情況,給出了任務調度的線性規(guī)劃模型,分析其最優(yōu)解的情況。
　　 2.研究了無線傳感器網(wǎng)絡多輪任務調度問題?？煞重撦d調

4、度算法分為單輪調度算法和多輪調度算法兩大類。單輪調度算法較為簡單,但其計算和通信的重疊性比較差,額外的開銷相對較大。多輪調度算法具有較好的計算和通信重疊性,從而降低整個應用的響應時間,降低了調度的額外開銷。但由于比較難以分析等原因,使得對多輪調度算法的研究成果相對較少,已有的可分負載多輪調度算法大多數(shù)是基于同構集群計算環(huán)境設計的,并且忽略處理結果的返回問題。本文提出了分群結構下,基于可分負載理論的無線傳感器網(wǎng)絡多輪任務調度算法。算法根據(jù)

5、各個群的任務處理速率按多輪方案將總任務從SINK節(jié)點下發(fā)給各個群。為了去除由節(jié)點間通信干擾導致的性能下降,SINK節(jié)點相繼向各個群首發(fā)送每一輪的負載。每一輪各個群執(zhí)行完數(shù)據(jù)采集任務并把數(shù)據(jù)融合后,也由群首將該輪數(shù)據(jù)相繼向SINK節(jié)點報告,使得任務執(zhí)行和通信更好地重疊,最終減少了整個應用的響應時間且提高了網(wǎng)絡資源利用率。
　　 3.研究了無線傳感器網(wǎng)絡任務調度的博弈算法。在一個大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡中,組成系統(tǒng)的各個節(jié)點可以是屬于

6、不同公司、研究機構甚至是個人的傳感器網(wǎng)絡或單個傳感器。因此每個節(jié)點都希望能夠最大化他們自己的利益。也就是說,每個傳感節(jié)點都是理性且自私的。傳感器節(jié)點可能原因能量限制而拒絕盡力地協(xié)作完成任務,針對于傳感器節(jié)點存在這種潛在的自私行為,提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡任務調度的非合作博弈算法。通過對傳感器節(jié)點的自私行為引入懲戒機制,從而降低了節(jié)點背離協(xié)作的可能性。設計了一個與總任務完成時間和節(jié)點所分配任務大小有關的效用函數(shù),證明了納什均衡的存在性。<

7、br>　　 4.提出了多SINK架構的無線傳感器任務調度算法。多SINK的無線傳感器網(wǎng)絡比傳統(tǒng)架構具有更好的穩(wěn)定性和有效性,是當前一個研究熱點。算法將總任務從多個SINK節(jié)點下發(fā)至網(wǎng)絡中。群內節(jié)點在收到各個SINK的子任務后,同時開始采集數(shù)據(jù),然后將結果相繼向群首報告。群首將群內節(jié)點報告的數(shù)據(jù)融合后,相繼向各個SINK傳送結果,使得任務執(zhí)行和通信能夠更好的重疊,從而提高資源利用率和減少總任務完成時間。
　　 5.提出了與可分負