能量有效且延迟敏感的无线传感网节点调度研究

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无线传感器网络是一种新型的无线网络,它能够对感兴趣的区域进行实时的监测,并对周围环境进行相关数据的采集、处理并传输给需要的用户,在军事、工业、环境、反恐等领域有着广泛的应用前景。无线传感器网络的节点具有自组织、易损坏、能量低、不易更换等特点,因此节能一直是人们研究的热点问题和重要目标。让节点使用工作周期的方式来节省能量是人们普遍使用的一种大量节能的方法,它让暂时不用接收和发送数据的节点关闭天线,处于休眠的状态,但这种方法会产生大量的网络延迟,而多数收集的数据需要及时的传到用户端,因此在节省能量的同时,对网络按照不同应用的延迟进行约束,是人们一直研究的重点和难点问题。针对以上问题,在大量的分析对比各种节点调度方法基础上,提出两种能量有效、延迟敏感的节点调度方案来选择节点的下一跳:能量均衡延迟敏感的节点调度方案(Energy-Balance and Delay-Sensitive,EBDS)和延迟最小化的节点调度方案(Minimum Delay Scheme, MDS)。EBDS考虑节点随机分布,且不需要知道地理信息的场景,研究增大网络生命周期的问题。在使用工作周期的网络中,使用最短路径不一定能够获得最小的网络延迟,EBDS在选择下一跳的时候,把工作周期的节能的优势和最短路径中的最小延迟的优势相结合,在定义的时间阀值内,选择最短路径上的节点作为下一跳;反之,则选择第一个醒来的节点作为下一跳,这样能够把网络延迟控制在一定的范围内的同时达到了增大网络的生命周期的目的。理论分析及实验结果表明,EBDS能够把延迟控制在可接受范围内的同时有效的增大网络的生命周期。MDS考虑的是节点随机分布,不需要知道节点的地理信息的情况,解决在能耗限定的条件下最小化延迟的问题。在选择下一跳的时候,要选择节点剩余能量在限定范围内且延迟最小的节点,通过对能量以及延迟的分析计算,得出节点的消耗代价的表达式,从而计算出节点的能量判定阀值。MDS能够较好的把网络的生命周期控制在可接受范围内的同时有效的最小化网络的延迟。综上所述,无线传感器网络中,通过工作周期来延长网络生命周期是人们常用的节能方式,通过节点调度来权衡网络能耗与延迟的矛盾是研究的重点和难点问题。新提出的方案EBDS和MDS,能够在有效的提高网络生命周期的同时减小网络的延迟。
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