傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)調(diào)度問題.pdf

1、傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是傳感器、又是路由器，大多工作在露天惡劣環(huán)境中，計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信能力和電源供應(yīng)都非常有限。在這些苛刻的資源環(huán)境約束下，如何使以“數(shù)據(jù)為中心”的傳感器網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確及時(shí)地獲取和傳輸感知對(duì)象的特征信息，是傳感器網(wǎng)絡(luò)需要解決的中心問題。 圍繞這一中心問題，目前已經(jīng)展開了許多研究工作，但針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度問題的研究，還存在較大空白，在國內(nèi)外還沒有形成較全面深入系統(tǒng)的體系。同時(shí)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)問題在傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中

2、是非常迫切和關(guān)鍵的，主要表現(xiàn)在：一、傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)負(fù)載波動(dòng)極大，對(duì)環(huán)境非常敏感，一旦感應(yīng)到特殊或緊急情況發(fā)生，系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)荷會(huì)成倍增長，任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)如果駕馭不當(dāng)，很容易造成系統(tǒng)崩潰。如何在資源受限、環(huán)境惡劣的傳感器網(wǎng)絡(luò)中保證系統(tǒng)可靠的實(shí)時(shí)性成為任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)較為突出的問題。二、傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，大多體積微小，在相同硬件配置下提高節(jié)點(diǎn)的資源利用率會(huì)對(duì)降低系統(tǒng)的整體成本產(chǎn)生顯著效果。任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)如何優(yōu)化資源的利用，改善節(jié)點(diǎn)的任務(wù)處理能

3、力，提高系統(tǒng)的性價(jià)比，成為了一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。三、傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大都采用電池供電，能源消耗條件苛刻，如何在滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能條件下，降低能耗，協(xié)調(diào)好實(shí)時(shí)性和節(jié)能之間的矛盾，也是傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)所面臨的難題。四、傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也是分布式系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是自組織、動(dòng)態(tài)變化的，如何利用不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的任務(wù)分配調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)問題研究中最為復(fù)雜的。

4、 針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文就傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)的多方面問題展開了綜合研究。針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)的特殊性，從分析傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度的特征和主要規(guī)律入手，結(jié)合嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度理論基礎(chǔ)，根據(jù)其共性和不同，對(duì)傳統(tǒng)算法進(jìn)行科學(xué)地改造和重構(gòu)，并對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的潛能進(jìn)行深層次挖掘，采用多層結(jié)構(gòu)，將功能各異的任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)集成為一體，以實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合性能的改善和提高。 在實(shí)時(shí)性方面，本文分析了常用單處理器調(diào)度策略的

5、優(yōu)點(diǎn)與不足，在此基礎(chǔ)上提出了自適應(yīng)SR-RM調(diào)度算法，不僅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，而且避免了在大負(fù)荷狀態(tài)下實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)的脆弱性；在經(jīng)濟(jì)性方面，本文結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)單調(diào)的特性，提出在線的微調(diào)度模型，大幅度降低系統(tǒng)不必要的開銷，提高系統(tǒng)資源利用率和節(jié)點(diǎn)的性價(jià)比；在節(jié)能性方面，本文分析了現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)電源管理(DPM)和動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)(DV/FS)兩種策略的關(guān)系以及與實(shí)時(shí)性能的矛盾，提出動(dòng)態(tài)電源管理DPM和動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)DV/FS雙效處

6、理器節(jié)能調(diào)度算法DV/FS-RM和DV/FS-EDF，協(xié)調(diào)了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性和節(jié)能性的矛盾，達(dá)到顯著的節(jié)能效果；在協(xié)調(diào)性方面，本文根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式、異構(gòu)性的特點(diǎn)，建立了傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)銜接的處理器模型，并將此模型成功應(yīng)用到傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度遺傳算法中，其中采用了獨(dú)創(chuàng)的編碼方法——逆排序消出結(jié)點(diǎn)法RSEEN，并應(yīng)用啟發(fā)式變異方法，以加快數(shù)據(jù)搜索的收斂性，達(dá)到良好效果；最后，本文采用分層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)調(diào)度