基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸實(shí)時性的分布式調(diào)度算法

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1、第4期柯欣等：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸實(shí)時性的分布式調(diào)度算法·51·基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸實(shí)時性的分布式調(diào)度算法柯欣1,2，孫利民1,2，吳志美1,2（1.中國科學(xué)院軟件研究所，北京100080；2.中國科學(xué)院研究生院，北京100049）摘要：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多種應(yīng)用中，各節(jié)點(diǎn)需要在短時間內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)，從而形成多對一的匯聚傳輸。針對網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸?shù)膶?shí)時性，提出了一種分布式的節(jié)點(diǎn)傳輸調(diào)度算法。各節(jié)點(diǎn)只需要根據(jù)一跳范圍內(nèi)的鄰居信息進(jìn)行傳輸調(diào)度。仿真和分析表明該算法可以有效避免數(shù)據(jù)碰

2、撞，并使得完成一次全網(wǎng)數(shù)據(jù)收集所需要的時隙數(shù)基本在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的1.6到1.8倍左右，比目前其他調(diào)度算法在實(shí)時性和復(fù)雜度方面更具有優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；匯聚傳輸；調(diào)度；時分復(fù)用中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-436X(2007)04-0044-07Distributedschedulingforreal-timeconvergecastinwirelesssensornetworksKEXin1,2,SUNLi-min1,2,WUZhi-mei1,2(1.Insti

3、tuteofSoftware,ChineseAcademyofScience,Beijing100080,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:Insomeapplicationsofwirelesssensornetworks,datapacketsgeneratedbyeverynodehavetoreachthesinknodeinshorttime.Itresult

4、edinamany-to-onecommunicationparadigmreferredtoasconvergecast.Forthereal-timeofconvergecast,adistributedschedulingalgorithmwasproposed.Accordingtothealgorithm,everynodewasscheduledbyitselfwithinformationofone-hoprangeneighbornodes.Somesimulationandana

5、lysisprovethatthealgorithmcanavoiddatacollisions,andthetotalnumberoftimeslotsneededtocompletetheconvergecastoncewasaround1.6Nto1.8N,whereNrepresentsthenumberofnodesinthenetwork.Keywords:wirelesssensornetworks;convergecast;scheduling;TDMA第4期柯欣等：基于無線傳感器

6、網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸實(shí)時性的分布式調(diào)度算法·51·1引言收稿日期：2006-12-05；修回日期：2007-03-25基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60673178)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)基金資助項(xiàng)目(2006CB303007)；國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)基金資助項(xiàng)目(2006AA01Z218)FoundationItems:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina(60673178);TheNationalBasicR

7、esarchProgramofChina(973Program)(2006CB303007);TheNationalHighTechnologyRersearchandDevelopmentProgramofChina(863Program)(2006AA01Z218)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN,wirelesssensornetworks)[1~3]多種應(yīng)用場景中，各傳感器節(jié)點(diǎn)需要在短時間內(nèi)將采集數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)，例如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)對自身的剩余能量掃描、火災(zāi)現(xiàn)場探測應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)采集溫度匯報

8、[4]等。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)往往只有一個匯聚節(jié)點(diǎn)，因此在上述場景中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸呈現(xiàn)出一種“多對一”的匯聚傳輸。第4期柯欣等：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚傳輸實(shí)時性的分布式調(diào)度算法·51·在匯聚傳輸過程中，無線數(shù)據(jù)碰撞問題尤為明顯?，F(xiàn)有的基于競爭的通信協(xié)議，如CSMA等，其所引入的退避重傳機(jī)制以及錯誤阻塞現(xiàn)象(falseblocking)[5]無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性。而目前大部分基于時分復(fù)用（TDMA）的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度協(xié)議則主要從避免數(shù)據(jù)碰撞以及提高能量效率的角度出發(fā)，對數(shù)據(jù)傳輸