WSN中节点资源调度机制研究及其在现场感知中的应用

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WSN节点一般部署在较为恶劣的环境中工作,由于不间断电源无法直接送达,网络中的节点大部分采用电池供电,节点一旦部署投入使用便很难再更换电池。在电池技术还没有获得突破性进展的前提下,降低节点工作时的能耗成为延长无线传感器网络节点寿命的关键。在应用层中,选择合适的节点资源调度机制成为主要的节能策略。在WSN中,因为无线传感器节点硬件的限制,其通常大量、冗余的部署在被监测区域,这样当其中某个节点因繁忙或内存空间不足而拒绝服务时,其它节点可以替代其充当无线传感网中的数据中继角色,保证数据链的正常运转,不至因此节点的故障而断流。然而,大量的冗余节点之间需要不断的交互信息,如拓扑结构、路由状态等,这势必造成整个无线传感网中负荷量的增加。既保证节点数据能可靠的传输,又不至于因此损耗过多的能量,便成为了无线传感器网络中节点资源调度机制设计的关键问题。本文首先介绍了排队理论的概念及关键技术,并使用排队理论对原有经典资源调度机制进行建模,分析各种资源调度机制的性能指标,通过数学推导及曲线绘制总结各原有资源调度技术的优缺点;为了在保持原有调度机制优点的前提下克服其应用在WSN中的缺点,本文提出了一种动态调整的混合制资源调度机制,使得在WSN中的每个服务节点既有排队等待机制也有损失丢弃机制,同时服务节点的服务率及服务节点的个数也是随着任务的多少动态调整,以在尽量保证任务完成的前提下最大程度的节省WSN节点的有限电能;同样我们使用排队理论对新提出的资源调度机制进行数学建模分析,在理论上证实了新资源调度机制的可行性及有效性;为实际验证此资源调度机制,本文设计并实现了基于CC2430核心芯片、Tsic506高精度温度传感器芯片及TSL2561T光强度传感器芯片等的WSN系统软件设计框架,并利用此框架搭建了拥有5个感知节点及4类不同服务节点的WSN综合感知系统,通过实时检测数据的到达间隔及能源消耗比较各类资源调度机制的优劣,经实验证明,新提出的资源调度机制能在节省能源的前提下有效保证数据的准确性,达到了预期的效果。
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