无线传感器网络可分负载调度算法研究

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1、浙江工业大学博士学位论文无线传感器网络可分负载调度算法研究作者姓名：石海燕指导教师：王万良浙江工业大学信息工程学院2013年5月DissertationsubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofDoctorofPhilosophyDivisibleLoadSchedulingAlgorithmsforWirelessSensorNetworksCandidate：ShiHai—yanAdvisor：WangWan—liangCollegeofInformationEngineeringZhejia

2、ngUniversityofTechnologyMay，2013浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：2013年5月31日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送

3、交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囹。(请在以上相应方框内打“、／”)作者签名：导师签名：日期：2013年5月31日日期：2013年5月31日浙江工业大学博士学位论文无线传感器网络可分负载调度算法研究摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是一个非常有实用价值的系统，适用于现代监测和监视。该种网络由大量的传感器节点构成，每个传感器节

4、点都配备了电池、传感元件、处理器、无线电发射器和接收器，电池是传感器节点的唯一能量来源。感测任务主要为收集环境数据，如温度、湿度、风速、污染颗粒等。WSN可以配备摄像机，用于安全监控，例如，无线传感器网络可以部署在机场、火车站和巴士总站，以确保乘客的安全。传感器节点嵌入了无线收发功能，可以接收控制命令、负载分配，再把处理结果发送给基站以进一步分析应用。当无线传感器网络为特定的应用而设计时，必须充分考虑其操作模式和负载调度算法。由于网络大量使用传感器节点，且通常部署在常人难以到达的危险地方，一般很难更换电池。由于此问题，有可能在少量传感器节点能量耗尽时影响网络的连通

5、性，从而导致整个网络瘫痪。因此，减少能量消耗和延长整个网络的生命期是一个值得关注的研究课题。解决能量消耗过快的问题可从多方面尝试，其中包括控制无线发送功率和分割负载。通常根据传感器节点部署的位置将传感器节点分簇，簇内节点通讯可以减少发送功率。针对可分负载可以使用可分负载理论(DivisibleLoadTheory，DLT)，以确保感测任务能够在最短的时间内完成。因此，减少每轮感测所需的能量，可使整个WSN长时间发挥作用。这篇论文的研究重点是降低无线传感器网络能量消耗。首先提出基于博弈论的方法，引入基于机制理论的机制惩罚模型，激励传感器节点自愿、如实地参与任务执行，

6、减少总执行时间。其次，由于无线传感器网络负载的可分特性，论文对可分负载理论进行分析，考虑传感器节点的剩余能量、索引号和特定操作模式等因素，提出了不同的WSN可分负载调度算法，延长了整个WSN的生命期。这篇论文的贡献，概括如下：1．设计了基于传感器节点平均剩余能量的机制惩罚函数以提高系统效率：无线传感器节点的寿命受有限电池能量的限制。在网络部署后，传感器节点可以通过权衡自己的能量消耗来选择是否完成所分配的负载。传统的负载调度算法没有对传感器节点提供足够的激励，以使得它们能够自愿参与机制，使得所分配负载在所需时间内完成。论文从非合作博弈论优势，如机制设计、可信机制，设

7、计了基于传感器节点平均剩余能量的机制惩罚函i浙江工业大学博士学位论文数，对剩余能量不少于平均剩余能量的延迟传感器节点用指数函数进行严厉惩罚，而对剩余能量少于平均剩余能量的延迟传感器节点用幂函数进行微惩罚，结合可分负载理论，使得传感器节点自愿参与机制，保证在尽可能短的时间内完成所分配的负载。2．提出基于剩余能量可分负载调度算法(EDDLT)以延长系统寿命：尽管网络部署具有一定的灵活性和容错性，但由于有限的电池能量，无线传感器网络易失效。传感器节点能量消耗的一个主要部分用于把感测数据发送到主处理器。事实上，传感器节点所消耗的能量与感测和传输的持续时间有关。因此，为了延

8、长WSN的