We use cookies to improve your experience with our site.

传感器网络中针对数据融合应用的协调的任务调度

Coordinated Workload Scheduling in Hierarchical Sensor Networks for Data Fusion Applications

  • 摘要: 研究背景和动机 无线传感器网络带来了广泛的应用和诸多新的研究热点。虽然每一个传感器节点(sensor node)只有有限的资源(计算,存储,通讯,和能量),无线联网的大规模的成千上万的节点所拥有的资源,如果有效利用的话,仍然是可观的。许多的应用都需要处理和传输大量的数据。因而,尽快结束网络中的任务处理是所期望的。而且,从节省能量的角度来说,最短的时间内完成任务也会减少系统整体上的能量的损耗。随着网格计算(grid computing)和基于因特网的计算(Internet-based computing)的进一步深入,数字的信息世界(digital world)和物理的环境世界(physical world)将走向一体的普适“生态”系统(pervasive ecosystem)。其中,无线传感器网络将担当起信息采集和前端预处理的重要任务,同时联结到大规模的计算平台进行处理和决策。这就要求高效的节能的网络中的处理(in-network processing) 和数据融合 (data fusion) 。本文面向未来的大规模跨系统分布式计算(hybrid distributed computing),着眼于无线传感器网络中的较大规模计算及任务分配和调度。基于计算机的大规模任务分配(比如计算簇和网格计算)已经有广泛的研究,但基于无线传感器网络的任务分配优化以提高处理速度的研究还未受到足够的重视。原因即是大规模跨系统分布式计算还处于萌芽状态,离成熟实施善有较大鸿沟。 本文的创新点 本文基于作者在大规模超级计算,网格计算,和无线传感器网络上的多年研究, 面向未来的跨系统大规模普适计算, 提出了有效的协调的任务分配和调度的算法和理论分析。我们的算法试图去除通讯的干扰和空闲导致的性能下降。本文以两层的网络架构为背景(提出的算法和分析可以很容易的应用到其它网络架构上),考虑系统有多个簇集。在每个簇集中,传感器的到的原始数据通过多跳(multi-hop)的方式传到融合节点。基于可分任务调度理论,本文的调度算法包括了两个步骤:簇集内调度和簇集间调度。簇集内调度主要考虑如何分配传感任务在每一个簇集内;簇集间调度主要考虑如何分配融合后的数据。基于这样协调的调度框架,我们推导出了闭合形式解以获得最短的总体完成时间。

     

    Abstract: To minimize the execution time of a sensing task over a multi-hophierarchical sensor network, we present a coordinated scheduling methodfollowing the divisible load scheduling paradigm. The proposedscheduling strategy builds on eliminating transmission collisions andidle gaps between two successive data transmissions. We consider asensor network consisting of several clusters. In a cluster, afterrelated raw data measured by source nodes are collected at the fusionnode, in-network data aggregation is further considered. The schedulingstrategies consist of two phases: intra-cluster scheduling andinter-cluster scheduling. Intra-cluster scheduling deals with assigningdifferent fractions of a sensing workload among source nodes in eachcluster; inter-cluster scheduling involves the distribution of fuseddata among all fusion nodes. Closed-form solutions to the problem oftask scheduling are derived. Finally, numerical examples are presentedto demonstrate the impacts of different system parameters such as thenumber of sensor nodes, measurement, communication, and processingspeed, on the finish time and energy consumption.

     

/

返回文章
返回