异构计算系统中弹性节能调度策略研究

目前,节能已成为异构计算系统中减少电量开销、提高系统可靠性和保护环境的重要研究内容.传统的节能调度策略侧重于研究如何节能而忽略了用户对任务完成时间的期望,使得任务执行效果受到较大影响.特别是当系统负载较重时,由于电压调节缺乏自适应性,导致在某些情况下(如应急服务)的任务执行效果不可容忍.文中提出一种弹性节能调度策略(Elastic Energy-Aware Scheduling,EEAS),用于动态调度异构计算系统中非周期、独立任务.EEAS策略根据系统负载情况在系统节能与用户期望之间进行权衡,即当系统负载较重时,EEAS优先考虑用户期望,通过动态调整计算节点局部队列中等待任务的执行电压提高任务完成率;当系统负载较轻时,EEAS在尽量满足用户期望的基础上最大限度地降低任务执行电压以实现节能.文中通过大量的模拟实验比较了EEAS、GEA、HVEA和LVEA的性能.实验结果表明,EEAS的调度质量优于其他策略,可有效提高系统弹性.     

一种可分负载WSN的能耗均衡负载调度算法

无线传感器网络的节点电源能量有限,其能耗均衡问题已成为研究热点。针对星型可分负载无线传感器网络的负载调度过程,在同时感知、顺序返回信息的工作模型下提出了一种以能耗均衡为目标的负载调度算法(DLEBS)。该算法以降低网络能耗标准差为优化目标,在保证网络总体传输时间及传输顺序的情况下,可以得到相应的负载调度策略。仿真实验表明,算法得到的负载调度可以有效降低网络的能耗标准差。并且随给定时间的增加,算法得到的负载调度使得能耗标准差相应地减小。     

基于嵌入式RTOS的闭环反馈调度算法的研究

分析了常见调度算法的特点，提出一种基于嵌入式实时操作系统的闭环反馈控制调度策略。针对任务的特点．从任务的周期与非周期性、I／O消耗和处理器消耗型两个方面对任务进行相应的反馈控制，使调度器具有一定程度上的自适应功能。并对实时操作系统μC／OS-Ⅱ的内核调度算法进行改进，同时与EDF算法进行对比测试，可以看出改进后的调度算法在系统负载较重或系统过载的情况下表现良好。     

一种带混合联盟的无线传感器网络任务分配策略

针对现有无线传感器网络任务分配策略通常不考虑任务内部结构,从而会影响网络生命周期、能耗及负载平衡等问题,基于逻辑依赖性提出一种新的无线传感器网络任务分配策略。该策略首先由选出的盟主根据任务本身具有的逻辑依赖性,逐层将任务分解为一系列的子任务,并依据逻辑依赖性赋予子任务优先级,最后运用矩阵的二进制编码设计一种基于位置加权的离散粒子群优化的带混合联盟的无线传感器网络任务分配算法,找到某个合适节点执行此子任务。引入虚拟节点以加强盟主间的交流;引入能量阈值对节点能量进行预测并决定子任务是否迁移;运用拓扑和逆拓扑排序法,根据子任务预期完成时间及权重系数求出关键子任务,选择优先分配能力强、执行效率高的节点执行相应子任务。仿真结果表明,该任务分配策略能有效延长网络生命周期、均衡网络负载和减少网络能耗等。     

无线传感器网络混合任务的系统级低功耗实时调度算法研究

现有的无线传感器网络节能研究主要集中在无线通信上面,针对传感器节点CPU节能的研究还不够充分.本文以多任务、多跳网络传输的实时无线传感器网络为研究对象,从节点的调度分析出发,在保证其实时性的前提下,结合动态电压调节技术,提出两个低功耗实时调度算法:(1)基于任务最坏执行时间来计算任务CPU速度的静态低功耗调度算法;(2)将任务在实际执行过程中产生的空闲时间,分配给余下将要执行的任务,进一步调整其电压等级,即动态低功耗调度算法.仿真实验结果表明,本文提出的算法能够有效降低节点CPU能耗.     

用可分负载理论分析无线传感器网络任务调度

针对无线传感器网络的任务如何在最短时间内完成且充分利用网络资源的问题,提出了一种基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度算法（WDTA）.该算法根据网络中各个节点的处理能力和节点间的通信能力,将总任务从SINK节点下发至网络中.通过去除节点间的通信干扰来提高资源利用率和减少总任务完成时间.算法在两种分群结构的异构网络环境下进行了分析,得到了在各个节点上最合理的任务分配方案,以及最短的任务完成所需时间.理论分析了基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度的极限情况.实验结果表明WDTA算法能够通过合理分配任务,而减少任务完成时间及节点能耗.该方案可以作为设计大规模无线传感器网络的原则.     

物联网节点负载均衡优化调度方法研究

针对物联网节点负载均衡调度方法存在资源节点浪费的问题,笔者提出物联网节点负载均衡优化调度方法。通过建立物联网节点负载均衡优化调度模型,实现了分层路由网关节点数目匹配与网关调度任务节点重组,对重组后节点进行网络负载均衡匹配,可以完成物联网节点负载均衡优化调度。根据仿真实验,对比优化调度方法与其他调度方法的负载均衡离差值,证明了优化调度方法能够更好地实现物联网节点负载均衡优化调度。     

无线传感器网络最大生命期聚合树路由算法

提出了一种无线传感器网络最大生命期聚合树路由算法,根据能量等限制条件建立线性规划模型。考虑到网络最大生命期是NP难问题,在算法复杂度较低情况下,将网络最大生命期问题转化为网络最小归一化负载问题,在建立最大归一化负载聚合树过程中,不断调整负载较重节点的数据转发压力,最终建立一棵负载较轻的数据融合树,实现了网络生命期的最大化。通过仿真验证了算法的性能,并表明所提出算法可以有效延长网络生命期。     

在有洞的无线传感器网络中移动基站轨迹的研究

数据收集是无线传感器网络的一个基本功能,由于部署在基站周围的传感器节点承担着网络内大部分的负载,因此导致能量迅速耗尽.但是现有的负载平衡的基站移动策略只能在传感器节点被均匀布撒的情况下才能有效地延长网络寿命.本文针对在含有洞的无线传感器网络区域中,提出了基站移动的4种轨迹,基站沿着边界之间的中轴线进行移动,把中轴线上的节点作为汇聚节点,可以降低包的丢失率.实验仿真结果表明,该算法不仅能平衡节点负载,提高包的接收率,也降低了网络能耗,延长了网络寿命.     

一种IPv6无线传感器网络节点的设计与实现

通过总结无线传感器网络硬件节点的设计原则,提出了一种无线传感器网络通用节点设备的基本构架，设计实现了基于超低功耗处理器Atmega128和射频芯片CC2420的无线传感器网络节点设备。该设备具有能量自检测功能，并可以改变通用硬件接口上的数据采集部分实现多种不同类型的应用。采用模块化软件设计，引入有限状态机进行系统模式调度，设计实现了既能独立运行又支持嵌入式操作系统的节点适应层软件。通过引入多个节点的温度采集与反馈控制实验和节点生命周期静态测试实验验证了本设计的可行性和实用性。     

面向目标跟踪的传感器网络睡眠调度协议

移动目标跟踪是无线传感器网络中的一项重要应用,将睡眠调度机制引入到目标跟踪算法中可以大大降低能耗。针对目标跟踪的实际需求,提出一种面向目标跟踪的传感器网络睡眠调度协议。根据目标跟踪不同阶段,分别设计了目标跟踪前和跟踪过程中传感器节点的睡眠调度机制;另外给出了目标丢失时,如何唤醒节点继续跟踪目标的调度策略。结果表明:该算法能够在保证跟踪质量的同时,降低跟踪能耗。     

A novel knowledge-guided evolutionary scheduling strategy for energy-efficient connected coverage optimization in WSNs

One of the most important challenges in designing wireless sensor network is how to construct full-connected network containing least active sensor nodes with satisfied quality of services, such as the coverage rate and energy consumption. This energy-efficiency full-connected coverage optimization problem is modeled as a single-objective optimization problem with constraint. To solve this problem, a knowledge-guided evolutionary scheduling strategy is proposed. Three highlights of this strategy are: (1) Knowledge is defined as the importance of sensor node, which depends on the distance between sensor node and sink node. (2) The genes of an individual correspond to senor nodes in descending order of their importance. (3) Considering sensor nodes’ importance and redundancy rate, knowledge-guided mutation operator and repair strategy are present. Simulation results show that the proposed method can find the optimal full-connected wireless sensor network containing least sensor nodes and consuming less energy for communication by less computation time. Though the coverage rate of the optimum is larger, it still satisfies the coverage constraint. Moreover, this strategy fits for the problems that the communication radius of sensor node is less than two times of its sensing radius.     

基于目标覆盖的异构有向传感器网络分布式节点调度策略

针对无线传感器网络服务质量会随着网络运行而下降的现象, 研究随机部署的有向传感器网络的节点调度问题, 提出分布式的节点感知方向调节算法, 各节点利用相邻节点间的信息交换, 计算出各自的最佳感知方向, 从而使得网络在满足覆盖需求的同时减少活跃节点数目, 进而达到降低能耗、提高通信质量的目的. 为均衡网络能耗, 进一步设计了冗余节点调度协议, 周期性地重构网络拓扑. 仿真结果表明了所提出算法的有效性.     

基于Memetic算法的WSN分簇协议的研究 *

针对无线传感器网络的寿命和覆盖优化,提出了一种基于Memetic算法和节点休眠-唤醒调度策略的复合文化基因聚类协议(Composite Memetic Algorithm Clustering Protocol,CMACP)。算法首先运行文化基因算法初始化需要激活的节点并规划相邻冗余节点,其中遗传算法和局部搜索算法能保障得到最优的初始节点分布。随着网络的运行,当某个节点因能量耗尽而丢失覆盖目标时,休眠调度策略选择激活最优相邻节点弥补覆盖漏洞。仿真实验表明,与其他WSN分簇协议相比,CMACP能较好的延长WSN稳定周期生存时间,并且提高WSN对感知区域的覆盖能力。     

一种基于有限信道的能量高效节点调度机制

在低负载、低功耗无线传感器网络中,节点状态切换的能量消耗因为用于数据传输的能量较小而变得不可忽略。针对此问题,提出了结合多信道技术与时分多路访问( TDMA)技术的节点调度算法。该算法设计了基于接收端的连续时隙分配策略以减少节点状态切换次数,并且在可用无线信道有限的约束条件下,提出了信道分配与时隙调整机制,实现了时隙重用并最小化有限信道约束对优化节点状态切换次数的影响。仿真实验结果表明,当可用无线信道数为3~5时,算法能够有效地改善节点能量效率。当可用无线信道数大于3之后,算法能够获得优化的数据汇聚时间。     

基于感知数据概率模型的无线传感器网络采样和通信调度算法

在无线传感器网络中,如何动态地管理能量,最大限度地延长网络的生命周期是一个关键的问题。文中提出了一种基于感知数据概率模型的传感器网络的采样和通信动态调度算法,使传感器节点根据感知数据的概率模型来确定自己的采样和通信时机,最小化采样频率和通信量,减少传感器节点的能量消耗,延长传感器网络的生命期。该算法是一种分布式算法,适用于无线传感器网络。该算法采用了简单的概率模型,资源需求量小,适合于在目前普遍使用的资源受限的传感器节点上运行。模拟试验结果表明,这种方法与其他方法相比,具有很高的能量有效性。     

Energy-balanced multiple-sensor collaborative scheduling for maneuvering target tracking in wireless sensor networks

An energy-balanced multiple-sensor collaborative scheduling is proposed for maneuvering target tracking in wireless sensor networks (WSNs). According to the position of the maneuvering target, some sensor nodes in WSNs are awakened to form a sensor cluster for target tracking collaboratively. In the cluster, the cluster head node is selected to implement tracking task with changed sampling interval. The distributed interactive multiple model (IMM) filter is employed to estimate the target state. The estimat...     

CC2531的无线传感器网络节点软件设计

提出一种基于射频芯片CC253l的无线传感器网络节点的软件设计方案,基于任务调度机制,采用功能模块化设计。简要介绍了无线传感器网络的系统结构和节点的硬件电路,重点对系统软件主流程以及数据采集、数据处理、数据传输和能源管理4个功能模块的软件设计作了详细介绍。     

Random coverage with guaranteed connectivity: joint scheduling for wireless sensor networks

Sensor scheduling plays a critical role for energy efficiency of wireless sensor networks. Traditional methods for sensor scheduling use either sensing coverage or network connectivity, but rarely both. In this paper, we deal with a challenging task: without accurate location information, how do we schedule sensor nodes to save energy and meet both constraints of sensing coverage and network connectivity? Our approach utilizes an integrated method that provides statistical sensing coverage and guaranteed network connectivity. We use random scheduling for sensing coverage and then turn on extra sensor nodes, if necessary, for network connectivity. Our method is totally distributed, is able to dynamically adjust sensing coverage with guaranteed network connectivity, and is resilient to time asynchrony. We present analytical results to disclose the relationship among node density, scheduling parameters, coverage quality, detection probability, and detection delay. Analytical and simulation results demonstrate the effectiveness of our joint scheduling method.     

面向环境监测的无线传感器网络节点的软件设计

环境监测是无线传感器网络的重要应用领域。本文介绍了一种无线传感器网络节点的软件设计方案,该方案利用了基于ZigBee技术的射频芯片CC2430。节点的软件设计基于任务调度机制,用于监测某一区域内空气温湿度和土壤温湿度等环境信息。实验结果表明,节点工作状态稳定,故障率低。节点可以按照用户设置,准确地对环境信息进行采集。整个系统具备数据可靠、功耗低、可远程控制等显著优点,具有广阔的应用前景。