WSN休眠调度算法研究

【摘要】无线传感器网络（wirelesssensornetwork，WSN）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统，应用领域与前景广阔。其典型的应用包括军事领域、环境监测、医疗护理等。由于传感器节点体积微小、造价较低，所以其通常携带能量十分有限的电池，这就使得传感器节点无法长时间工作。不仅如此，传感器节点多数部署在敌方战场或是人员不能到达的区域，所以通过充电或更换电池来补充能量是不现实的。由此可以看出，能量受限是阻碍WSN大规模实际部署的主要问题。因此，在不牺牲系统稳定性的条件下，如何最大限度地节约能量以延长网络的生存期就成了关键问题。由于WSN中没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个不需要所有的节点同时进行感知工作的对等式网络。同时，一个WSN通常会部署大量的节点，如果所有节点同时工作，势必会产生大量的冗余数据以及无线信道上的传输冲突。因此，可以通过休眠调度的方式，让一部分节点停止工作以节省能量，另一部分节点处于工作状态，这样网络中的冗余数据以及无线信号间的干扰就会大大减少，网络的生存期也会相应的延长。本文分析了休眠调度算法的相关特性以及国内外研究现状，综合考虑几种经典休眠调度算法的优劣，提出了一种基于虚拟网格的休眠调度算法（VSGCA）。该算法主要包括两个部分：1.冗余节点的判断准则。节点将自己的感知区域划分成若干小正方形，通过检测这些正方形区域是否被邻居节点覆盖，来判断节点是否为冗余节点。本文从理论上了证明了由该判断准则选择出的工作节点可以保证监测区域的完全覆盖；同时分析了判断准则的时间复杂度为O(n×M)，空间复杂度为O(n+M)，其中M为节点感知区域内正方形中心点的个数，n为邻居节点的个数。算法复杂度低于大多数休眠调度算法，特别是在高密度的传感器网络中。2.基于剩余能量的节点选择机制。为了保证具有冗余相关性的冗余节点不会同时进入休眠状态，冗余节点在进入休眠状态前会产生一个随机回退时间，该回退时间与节点的剩余能量有关，即：节点的剩余能量越多，则该节点产生的回退时间越长。此机制可以确保监测区域不会因为调度问题而产生盲区，同时可以在一定程度上保证网络的负载平衡。通过在NS-2.34平台上运行VSGCA算法，得到的实验结果表明：该算法不会产生监测盲区，在工作节点个数、网络平均覆盖度以及网络生存期方面，该算法性能接近于CCP算法和EPRC算法，优于Ottawa算法；而在算法复杂度方面，该算法又优于CCP和EPRC算法。
【作者】索龙翔；
【导师】刘衍珩；
【作者基本信息】吉林大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】WSN；休眠调度；覆盖；网格；节能；

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