基於信標分集的感測網睡眠調度機制

《基於信標分集的感測網睡眠調度機制》是依託中國科學院大學，由陳永銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於信標分集的感測網睡眠調度機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳永銳
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

低能耗是無線感測網（WSN）的基本要求。基於同步喚醒的睡眠調度機制是降低感測網能耗的主要方法之一。然而，在同步睡眠調度機制中，由於隨機同步誤差的存在和積累，節點間需要周期性的收發信標(Beacon)進行時鐘校準，帶來較大的同步開銷。本項目提出一種基於信標時間分集的睡眠調度機制，通過在同步過程中傳送多個不連續信標，保證被同步節點在規定喚醒時間內以最小的開銷和最大的機率儘快捕獲到信標，減少等待信標的空閒偵聽能耗，以及收發信標的總能耗。本項目用非線性規劃的方法進行信標分集的研究，探索信標傳送數目和時間點的最最佳化問題，為在感測網中實現低開銷的時間同步和超低功耗的按需睡眠調度奠定基礎。在前期的工作中，已尋找到信標分集的疊代最優解，以及可實現的解析次優解。實驗表明，基於信標分集的睡眠調度可以降低時間同步的占空比60%以上。因此我們有信心通過本項目的研究，顯著降低感測網的同步開銷，最大化感測網的生存期。

結題摘要

同步睡眠調度機制是實現無線感測網低能耗長期可靠運行的保證。本項目用非線性規劃的方法對同步信標收發能耗進行研究，提出了信標的時間分集和空間分集方法，探索信標傳送數目、時間點和接收策略的最最佳化問題。首先分析了信標丟失的主要原因，包括同步誤差造成收發節點睡眠調度不一致以及無線鏈路的不可靠的問題；其次建立了在不可靠鏈路和不同步睡眠調度的情況下信標收發的數學模型，分析單信標與多信標的捕獲機率，以及收發信標之間的能耗平衡；進而提出了可靠鏈路條件下的信標分集最優策略，並研究了不可靠鏈路下的信標分集策略。在此基礎上，還分析了信標分集方案中節點同步誤差的時間相關性，提出了基於自適應線性預測的時間同步方法；分析了信標分集方案中感測節點時間粒度（解析度）對節點能耗的影響，提出了根據節點工作狀態自適應調節時間解析度的方法。通過在cooja網路仿真器上的仿真與在tmote平台上進行的實驗測試，結果表明，信標分集比單信標方案以及時間同步方法RTSP可節省能量40%和30%左右，且信標分集的最優解與次優解的性能相差很小，實際套用場景中可用低複雜度的次優解實現。綜合以上結果，本研究為探討在感測網中實現低開銷和高精度的時間同步和睡眠調度奠定堅實的基礎。項目資助發表SCI期刊論文4篇，待發表1篇；EI會議論文3篇。培養在讀碩士生1名，協助培養博士生1名，已取得博士學位。項目投入25萬元，支出15萬元。剩餘經費10萬元，計畫用於本項目後續支出。