基于Quorum的WSN自適應(yīng)調(diào)度機(jī)制研究.pdf

1、WSN是由部署在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)大量集數(shù)據(jù)采集、處理及通信功能于一體的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一種新型無線網(wǎng)絡(luò)，由于其組網(wǎng)靈活、動態(tài)拓?fù)湫詮?qiáng)、不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施支持、成本低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種監(jiān)控系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用紐扣電池或干電池提供能量，所以節(jié)點(diǎn)能量十分有限。WSN經(jīng)常被布設(shè)在一些人員無法到達(dá)的惡劣環(huán)境，因而節(jié)點(diǎn)能量補(bǔ)給存在困難。因此，通過有效設(shè)計節(jié)約節(jié)點(diǎn)能量損耗、延長網(wǎng)絡(luò)的使用周期已成為WSN重要研究內(nèi)容。Quorum系統(tǒng)是一種以“冗

2、余”設(shè)計為基礎(chǔ)的新型集合系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)將其應(yīng)用于WSN能夠大幅度減少節(jié)點(diǎn)能量損耗、改善網(wǎng)絡(luò)性能。WSN自適應(yīng)調(diào)度機(jī)制是一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)已有策略進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的調(diào)度機(jī)制，它以其優(yōu)越的動態(tài)性、靈活性被廣泛應(yīng)用于WSN。本文針對WSN能量受限的問題，研究了基于Quorum的WSN自適應(yīng)調(diào)度機(jī)制，主要創(chuàng)新性工作如下：
　?。?）針對WSN中節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡問題，設(shè)計了一種能量均衡、高效的非均勻分簇算法—EUCA。新算法采取基于節(jié)

3、點(diǎn)剩余能量的簇首選舉策略，每輪總是剩余能量高的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇首；簇首在計算成簇半徑時，考慮到自身的剩余能量以及相對基站的距離；在構(gòu)建簇間轉(zhuǎn)發(fā)鏈路時，綜合考慮了鄰居簇首的剩余能量、簇成員數(shù)目、相對自身的距離以及相對基站的距離等因素，以此來均衡簇間的能量損耗。最后，采用OMNeT++仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證EUCA的優(yōu)越性。
　　（2）針對異步傳感器節(jié)點(diǎn)因周期性休眠而帶來的鄰居發(fā)現(xiàn)困難問題，在EUCA的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于Quorum的

4、異步自適應(yīng)非對稱調(diào)度機(jī)制—3ASM。其核心思想是使節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況、通信量等自適應(yīng)地選擇質(zhì)數(shù)網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)長度，然后在質(zhì)數(shù)網(wǎng)絡(luò)中采用Quorum選擇喚醒工作時隙并通知其鄰居節(jié)點(diǎn)，從而可以保證每對鄰居節(jié)點(diǎn)一定能夠在有限的時間內(nèi)完成鄰居發(fā)現(xiàn)。由于質(zhì)數(shù)網(wǎng)格的非空交叉特性，即使節(jié)點(diǎn)時鐘不同步，3ASM在不采用時間同步算法的情況下，也能夠保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。仿真結(jié)果表明，3ASM在可擴(kuò)展性與節(jié)能性方面具有顯著優(yōu)勢。
　?。?）針對礦井WSN