面向可替换的长存活时间的传感器网络的可靠调度方案.pptx

Towards Reliable Scheduling Schemes for Long-lived Replaceable Sensor Networks报告人 学 号 任课老师研究背景解决方案仿真结果总结展望目录 CONTENTS研究背景u 能量限制是传感器网络设计的一个重大挑战u 现有的解决方法：能量补偿外界能量获取增量部署节点回收替换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 1 1 1外界能量获取2 2 2 2增量部署3 3 3 3节点回收及替换4 4 4 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）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 Ø 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αmeanØ 每个区域，所需的传感 覆盖等级在Nmin和Nmax之 间变化Ø 系统有x个备份节点基于阶梯的策略任务循任务循 环调度环调度 模块模块传感器传感器 - -能量能量 站交互站交互 模块模块节点回节点回 收和替收和替 换模块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l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ESl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l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l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：l平衡传感器节点中能量消耗l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：u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provide else st(u)=nvprovidel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 lif st(v)=n then st(v)=s l广播provide能量消耗平衡策略能量请求：u能量请求算法在每帧都运行if （if e(u)- s(u)给C中的每个传感 器vrequestlif st(v)=s then给VC(u)中的每个节点转发这个请求消 息 lif st(v)=p ：收到n个请求if e(u)-s(u)>nα mean then存储能 量nα mean else从最高能量负债里选择(e(u)- s(u))/ aα mean 个请求，然后发送一个拒绝消息给其他请求节点. lif e(u)- erwV’cancell检查自己的有效覆盖联合集 VC(v’)，然后移除包含节点v的 联合 lif VC(v’)= Φ then广播取消消 息cancel, st(u)=n lelse广播提供消息provide仿真系统设置仿真的系统参数：仿真结果•系统是无节点失效，但是传感器能量消耗率不同。

对能量消耗率建模如此方式：对每个传感器u，其能量消耗率的均值α mean(u)由工艺因素决定α mean(u)是一个随机变量遵循Gau(α mean(u)，σ1).传感器u在某一帧的的能量消耗率α(u) 为另一个变量遵循Gau(α mean(u)，σ2)σ1σ2是系统的参数•在这个情况下，研究能量平衡策略在不同系统参数包括备份传感器的数目x，σ1和广播提供消息的间隔I下的性能，情况一：平均替换间隔平均MR利用率能量平衡策略在所有节点补偿覆盖要求为50%和70%时和朴素策略在平均替 换间隔和平均MR利用时间进行比较仿真结果平均替换间隔平均MR利用率固定备份传感器数目为500，提供广播间隔为50帧σ1在{0.06,0.08,0.1,0.12,0.14} 中变化，σ2固定为0.2 当补偿覆盖要求为50%和70%的能量平衡策略和朴素策略的平均替换间隔和平均 MR利用率仿真结果提供广播间隔I的影响:仿真结果仿真结果•系统有节点失败，而且传感器能量消耗率不同建立失败时间如下方式：在任意帧，一个失败事件以概率fp出现•在这个情况下，固定系统参数σ1σ2和广播提供消息的间隔I，比较阶梯修复和借记/信贷策略在不同系统参数下的性能，包括传感器备份数目x和fp。

情况二：平均替换间隔平均MR利用率备份传感器数目x的影响： 其中“no action”表示在处理失败时只运行能量平衡策略而不运 行其他策略仿真结果平均替换间隔平均MR利用率失败概率fp的影响： 其中“no action”表示在处理失败时只运行能量平衡策略而不运 行其他策略仿真结果总结在这篇文章中，提出了三个解决在区域覆盖模 型下实现NNR策略时传感器失败和不规则能量 消耗率的问题这些策略获得了预期的可靠性 和有效性目标，支持可替换的长存活时间的传 感器网络。