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基于无线传感器网络任务描述方式的研究与比较谷建华 沈 沉 彭力静 李志刚



  摘要:无线传感器网络的任务协同主要是指任务的描述、分解、分配、调度与执行。任务描述是任务协同的基础,而且任务描述能力直接影响任务分配系统的复杂性。着重分析比较了当前具有代表性的几种无线传感器网络任务描述方式,并指出无线传感器网络任务描述方式需要进一步研究的内容和方向。
  关键词:无线传感器网络; 任务协同; 任务描述
  中图分类号:TP393文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1292-03
  
  微机电系统(micro-electro-mechanism system,MEMS)、无线通信和数字电子技术的进步孕育出一种全新的信息获取和处理技术——无线传感器网络。它能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据,并对数据进行处理,获得详尽准确的信息传送给用户。任务是用户需要传感器网络完成的工作。由于单个传感器节点的通信、处理和感知能力有限,无法处理大规模复杂问题,多数情况下不能获取网络全局信息。为充分利用传感器节点的有限资源,传感器节点要与其他节点协同以完成任务。WSN的协同主要是指资源的协同、任务的协同、信号与信息的协同。资源的协同和信号与信息的协同从根本上是为任务协同服务的[1]。任务描述是任务协同的基础,而且任务描述能力直接影响任务分配系统的复杂性。通常,WSN的任务描述涉及两方面的内容,即对任务功能进行描述和对参与任务的节点进行描述。
  根据WSN的特点,感知任务可以从面向应用和面向任务分配两个角度加以描述。面向应用的角度是指传感器网络应提供给用户一种简单高效的描述手段方便用户提交任务请求。WSN作为连接计算世界和物理世界的桥梁,向应用或用户提供服务。可以将传感器网络看成是感知服务的集合,感知数据和嵌入计算被封装成服务,而用户或高层应用的查询请求,则是向传感器网络请求服务。面向任务分配的角度是指感知任务的描述应能降低任务分配的复杂性。从WSN的分布特性出发,将感知任务以任务图的方式加以描述。与传统分布计算的任务图不一样,WSN的任务图有一定的属性约束,如子任务对节点位置、节点能量、处理能力的要求等。
  
  1有向无环图
  
  借鉴分布式计算中任务图的思想,文献[2]采用有向无环图(directed acyclic graph,DAG)对WSN的任务进行描述,如图1所示。图1中的节点代表感知节点执行的任务,有向边表示任务之间的数据传输,有向边上的数据表示任务间的通信量。DAG可以用一个三元组表示ST={T,C,A}。其中:T={T1,T2,…,Tn}表示任务集;CT×T表示任务间的约束关系,每条边Ci=(Tp,Tq)具有权重Wi,表示任务Tp发送到Tq的通信量;A={A1,A2,…,An}表示节点的关联属性,可以表示任务的执行位置、感知量和计算量等。 ......
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