wsn中基于能量的休眠調(diào)度算法研究

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1、分類號：TP393單位代碼：10183研究生學號：研2013532099密級：公開吉林大學碩士學位論文（學術(shù)學位）WSN中基于能量的休眠調(diào)度算法研究AResearchofSleepSchedulingAlgorithmBasedonEnergyinWSN作者姓名：劉永強專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù)研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指導教師：王愛民副教授培養(yǎng)單位：計算機科學與技術(shù)學院2016年5月未經(jīng)本論女作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人，均不得對本論文的全部或部分內(nèi)容進行任何形式的

2、復制、修改、發(fā)巧、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔侵權(quán)的法律責任。吉林大學碩古學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學位論文，是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研巧做化重要貢獻的個人和集體。本人完全意識到本，均已在文中擬明確方式標明聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名：到苯Ｊ私曰期：ｆ會年月之戶曰WS

3、N中基于能量的休眠調(diào)度算法研究AResearchofSleepSchedulingAlgorithmBasedonEnergyinWSN作者姓名：劉永強專業(yè)名稱：計算機應(yīng)用技術(shù)指導教師：王愛民副教授學位類別：工學碩士答辯日期：2016年5月24日摘要摘要WSN中基于能量的休眠調(diào)度算法研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wirelesssensornetworks，WSN）是由許多傳感器節(jié)點通過無線通信方式組成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。是沒有基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點攜帶的能量十分有限，而在大多數(shù)應(yīng)用中，給節(jié)點充電是不現(xiàn)實

4、的，故能量是制約其大規(guī)模應(yīng)用的一個重要因素。在WSN中通常部署了大量的傳感器節(jié)點，如果所有的傳感器節(jié)點都同時工作，將會產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，不僅浪費了節(jié)點能量，還增加了數(shù)據(jù)融合的難度。通過休眠調(diào)度的方式，讓一部分節(jié)點工作，其余的節(jié)點都進入休眠狀態(tài)，工作節(jié)點負責對監(jiān)測區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集和處理，當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，喚醒休眠節(jié)點以替換失效的工作節(jié)點使得網(wǎng)絡(luò)能夠正常工作。高效的休眠調(diào)度算法不僅可以延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期而且還可以提高數(shù)據(jù)收集的效率。本文針對現(xiàn)有休眠調(diào)度算法生成的工作節(jié)點之間還存在很多重疊區(qū)域的情況，提出

5、了尋找最小工作節(jié)點集的休眠調(diào)度算法（FMWS），該算法采用了循環(huán)迭代的工作模式，先復用其它經(jīng)典的覆蓋算法得到初始覆蓋集，然后通過協(xié)商的方法減少節(jié)點間的重疊區(qū)域，使每個節(jié)點的覆蓋面積達到最大化。第一階段本文選取了CCP算法得到初始的工作節(jié)點集。第二階段引入預工作機制通過休眠節(jié)點模擬工作節(jié)點的運行方式進行節(jié)點間的協(xié)商，進一步找出可休眠的工作節(jié)點并予以狀態(tài)轉(zhuǎn)化，從而進一步減少了工作節(jié)點數(shù)。協(xié)商的內(nèi)容中也包含了位置因素，使節(jié)點間的重疊面積進一步縮小，從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。為了平衡網(wǎng)絡(luò)能量負載和避免節(jié)

6、點狀態(tài)轉(zhuǎn)換沖突，引入了回退機制，回退時間和節(jié)點剩余能量相關(guān)聯(lián)，保證剩余能量越多的節(jié)點進入工作狀態(tài)的概率越大。為了降低CCP算法的復雜度，引入了一個臨時控制狀態(tài)，限制了當前節(jié)點參與其它節(jié)點的冗余計算，從而減少了節(jié)點冗余計算時鄰居工作節(jié)點數(shù)，降低了計算的復雜度，使得該算法的復雜度降為O(n)。在很多WSN應(yīng)用中，并不需要節(jié)點全覆蓋整個監(jiān)測區(qū)域，允許監(jiān)測區(qū)域中出現(xiàn)少量的盲區(qū)，從而可以減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗。本文提出了分布式部分覆蓋休眠調(diào)度算法（DSSAP），也采用兩輪迭代工作模式。第一階段將節(jié)點感知區(qū)域劃分成若干小方格區(qū)

7、域，把計算節(jié)點面積的覆蓋比例轉(zhuǎn)化為計算小方格個數(shù)的覆蓋比例，設(shè)置閾值確定冗余節(jié)點。這樣將連續(xù)的節(jié)點感知區(qū)域離散化，簡化了計算方法并提高了冗余計算的精確度，I摘要也降低了計算的復雜度。第二階段也引入基于預工作機制的協(xié)商方法降低節(jié)點冗余度，針對網(wǎng)絡(luò)中可能存在“孤立”節(jié)點的情況，引入GAF算法思想，把監(jiān)測區(qū)域劃分成多個小區(qū)域，并通過節(jié)點協(xié)商方法搜索所有孤立的子區(qū)域，通過喚醒孤立區(qū)域中的一些休眠節(jié)點以保證網(wǎng)絡(luò)連通性。通過在NS-2仿真平臺上運行FMWS和DSSAP算法。實驗結(jié)果表明：FMWS算法不會產(chǎn)生盲點，在工作節(jié)

8、點數(shù)及平均覆蓋度方面，該算法的表現(xiàn)比其它算法好。初始部署節(jié)點越多，該算法產(chǎn)生的工作節(jié)點數(shù)比其它算法越少。工作節(jié)點數(shù)比CCP算法少10%左右。DSSAP算法產(chǎn)生的工作節(jié)點數(shù)比全覆蓋算法少很多，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋比例不斷減小，產(chǎn)生的工作節(jié)點數(shù)也不斷減小。一般地，高覆蓋比例意味著高的服務(wù)質(zhì)量，因此在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的應(yīng)用來設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋比例。實驗表明，當覆蓋比例為90%時，網(wǎng)絡(luò)能夠取得一個好的平衡。