面向可替换的长存活时间的传感器网络的可靠调度方案.pptxVIP

Towards Reliable Scheduling Schemes for Long-lived Replaceable Sensor Networks 报告人 学 号 任课老师 目录 CONTENTS 研究背景 能量限制是传感器网络设计的一个重大挑战 现有的解决方法： 研究背景 能量补偿 能量不可能总是被填满的，总是会有用完的一天 1 外界能量获取 2 增量部署 3 节点回收及替换 4 可从周围能源获得，比如太阳能 但是： 适合于微型传感器节点的成熟的技术还未存在 传感器节点的硬件不可再生，开销大； 硬件和废弃电池易造成环境污染 维护成本： 硬件支出 维护劳动力开销 重点： 如何减少维护人员的维护频率 研究背景 任何时刻，网络中的所有节点根据他们的剩余能量形成一个阶梯状。剩余能量最低的传感器节点在阶梯的最底层，剩余能量等级在倒数第二的在阶梯的倒数第二层，以此向前。任意相邻剩余能量等级间的区别是一个常数，一个节点能量消耗的时间大于该节点充电所需的时间。 基于阶梯的策略（理想情况下） 传感器节点失效、节点中存在不规则的能量消耗率→损坏现有的阶梯架构，危害策略的性能 系统模型 sn am 一个传感器有两个模式：活跃或休眠。对于每帧时间，如果一个传感器是在活跃模式，它在每帧时间内消耗的能量遵循某一分布，均值记为αmean。 每个区域，所需的传感覆盖等级在Nmin和Nmax之间变化 系统有x个备份节点 基于阶梯的策略 任务循环调度模块 传感器-能量站交互模块 节点回收和替换模块 决定目前哪个传感器该处于活跃哪个该处于休眠状态。每个区域的传感器被分组进不相连的覆盖集中，里面的传感器可以协作的覆盖整个区域。同一集中，所有的传感器在任意时间都具有一样的活跃或休眠状态 主要发送请求到能量站要求回收。存在两种类型的覆盖集的计划：主要集和备份集。 准备消息： 截止消息： 主要决定如何处理收到的准备和截止消息，并决定何时派遣维护人员去回收。 基于阶梯的策略 假设网络有m个区域，每个区域覆盖数量是Nmax，所有Nmax个主要覆盖集形成一个阶梯，每阶的高度为e/ Nmax 朴素阶梯策略 每当覆盖集中的一个传感器节点用尽他的能量时，一条准备消息或截止消息都会发送到ES。 每当一个传感器失败，我们认为是放完了能量。失败节点所属的覆盖集就变为一个备份集，等待一会被替换。 处理方法： 存在的问题： 当覆盖集中的第一个传感器失效或死亡时，准备和截止消息被以不规则的间隔发出，这将会损坏这个阶梯架构 改进的阶梯策略 当阶梯架构因为节点失效被变形时，我们修复此阶梯结构，以至每个区域依旧如失效前一样以固定间隔发送准备消息。 当失败发生，“降低”某些阶级的剩余能量，这样如果我们根据其剩余能量排列主覆盖集时，任意两个相连的覆盖集仍然保持剩余能量差为e/Nmax 算法思想： 借记/信贷策略 在出现失效时只要求替换失败的节点。失败的覆盖域从新的主覆盖集“借”了一些数量的能量。只要失败覆盖集的失败的传感器被替换掉，他就开始返还能量给新的主覆盖集，直到新主覆盖集的能量等级回到预期的等级。 算法思想： 能量消耗平衡策略 算法思想： 平衡传感器节点中能量消耗。 如果一个传感器节点消耗能量率较高，可以安排这个节点使用频率低一些。反之，如果一个传感器节点消耗能量率较低，我们可以安排这个节点更频繁些。 实现方法： 如果一个能量消耗率高于α mean的传感器应该处于活跃状态，有着相对更低能量消耗率（即更高的剩余能量）的邻居传感器可以取代他的角色。 能量消耗平衡策略 能量提供： 能量供给算法是每I帧运行一次的，I为系统参数。 if （e(u)- s(u) tp）， st(u)=p ； 广播provideu else st(u)=n provideu 检查这些消息的发出者是否可以形成一个可以满足rc(v)的覆盖集合C： VC(v) ←VC(v)∪C if st(v)=n then st(v)=s 广播providev 能量消耗平衡策略 能量请求： 能量请求算法在每帧都运行 if （if e(u)- s(u) tr ） 在VC(u)中随机选择一个联合C，然后发送一个请求requestu,s(u)-e(u)给C中的每个传感器 requestu,s(u)-e(u) if st(v)=s then给VC(u)中的每个节点转发这个请求消息。 if st(v)=