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1、移动网络与应用10,837-852,20052005施普林格科学+商业媒体公司发表于荷兰D0I:10.1007/sl1036-005-4442-8轻量级部署----无线传感器网络的感知调度KUIWU计算机系，维多利亚大学、加拿大BC省首府V8W3P6YONGGAO欧文•k•理发师文科和理科,UBC-OkanaganV1V1V7,加拿大BC省首府FULULI麻省理工学院媒体实验室,77麻萨诸塞州的剑桥，麻萨诸塞州02139大街，美国YANGXIAO计算机科学部门，大学的灰熊队，孟菲斯,TN38152,美国出版日期：2005.11.24摘要
2、：无线传感器网络由大量的能量供应能力有限的微型传感器构成。在构建这样的网络时，保证长久的网络生存时间和足够的传感面积是最主要的挑战之0为了实现这--目标，目前使用最广泛的方法是关掉多余的传感器。本文主要对如何估测邻近地区的无线传感器的冗余覆盖区域问题进行了分析。我们列举出在没有准确的位置信息或方向信息的情况下估测冗余度的简单方法。我们还将给出严格的完整兀余的概率以及平均部分冗余的上界值和下界值。至于随机传感器的部署，我们的分析结果表明，部分冗余更接近于实际应用，因为完全冗余是昂贵的，需要将近11个邻近的传感器，才有90%的概率能实现完整
3、冗余。基于这个案例的分析，我们提出…个可扩展的轻量级部署-感知调度(LDAS)算法，它不需要精确的定位信息就可以把多余的传感器关掉。仿真研究表明,LDAS算法能减少网络的能耗,并有效地提供所需的QoS要求。关键词:调度，覆盖率，无线传感器网络1•简介大型无线传感器网络依赖数以千计的微型传感器来观测和影响物理世界[1,7,19]o传感器可以监控周边环境，可以进行简单的计算，也可以通过短程电波传输互相通信。当把这些传感器聚集在一起的时候，他们将自动创建具有高弹性、低功率的网络，其应用领域可从建筑控制系统到基于周围环境来调整音频和视频质量的娱
4、乐设备。尽管无线传感器网络的应用潜力是无限的，但是要实现给成千上万的传感器节点供电是极其富有挑战性的。每个传感器节点通常是靠电池供电，期望工作几个月至一年不需要再充电。要实现这种期望，离不开准确地调度能量消耗，特别是在传感器部署得较密的地方(高达20节点/立方米[14]),就会存在扩展性、冗余、无线电频道争夺方面的严重问题。幸运的是，部署密度高的传感器为我们提供了更广阔的空间来设计高效率能源协议。降低无线传感器网络的能耗使用最广泛的…个策略是通过调度传感器节点轮流工作来关掉多余的传感器节点[16,22]o利用节点冗余的这种启发式思想也被
5、应用于无线自组网络[2,9,20],而且它往往取决于例如依靠全球定位系统(GPS)和定向天线技术获得的位置或方向信息。然而,从全局来看，获取地理(位置、方向、或者距离)信息的能源成本和系统复杂性可能会使这个方案的有效性降低。此外,估测传感器的位置仍然是一个非常困难的问题,因为GPS和其他复杂的硬件设备消耗过多的能量，同吋对于微型传感器来说，成本也太高。所以我们期望该调度算法能在没有任何地理信息的情况下工作。然而，没有准确的地理信息，然而，要检查一个传感器的传感区域是否能由其它传感器完全覆盖是非常困难的。结果,关掉传感器可能会导致不能被任
6、何传感器监测到的盲点的产生。幸运的是,大多数应用情况中可能不要求对所监控区域的完整覆盖。例如，对于办公室的温度监测，我们可能只需要获得办公室的每个角落的温度读数。只要一个合理的覆盖网络被建立，传感器网络就仍然对于大多数应用都是有效的。因为这个原因，提供…个良好的调度算法来实现在关掉传感器的同吋从统计意义上来看又不会显著地降低传感器的传感覆盖范围是很关键的。为实现上述研究目标，有必要首先回答以下问题：在什么条件下以及按什么概率，传感器是多余的或者是部分多余的?在本文中，我们提出一个数学模型来描述随机部署传感器网络的冗余度。我们的分析基于随
7、机部署是因为这种部署战略对于大型传感器网络来说是容易的，而且成本也较低[17]o我们给出简单的公式来估计一个传感器是完全冗余的概率和平均部分冗余。通过理论分析，提岀一个轻量级部署一感知调度(LDAS)方案来关掉多余的传感器。LDAS使用一个加权随机投票的方法来决定哪个传感器应当进入睡眠状态。虽然冗余的估测已经有通过仿真来研究[9],但据我们所知，目前还没有论文深入分析这种估测。我们的分析结果将提供简单的公式来估计传感器冗余，以有利于今后对无线传感器网络的研究。他们可以使用在感知调度方案的设计中以节省能源消耗。不同的传感器部署策略会导致非
8、常不同的网络拓扑结构，因此也导致不同程度的传感器冗余。然而，传感器部署的知识，通常可以提前获得。例如，很容易知道传感器的数量以及如何把每个传感器分配为特定的应用。不同于基于地理信息的方法，调度算法仅取决于部
