基于經(jīng)濟(jì)劃撥優(yōu)化機(jī)制的wsn資源調(diào)度算法

1、《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》2017年第36卷第10期網(wǎng)絡(luò)技術(shù)NetworkTechnology基于經(jīng)濟(jì)劃撥優(yōu)化機(jī)制的WSN資源調(diào)度算法田文利(陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng)712000)摘要：鑒于當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN資源調(diào)度過(guò)程中存在數(shù)據(jù)吞吐魯棒性較差、難以實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化劃撥且存在嚴(yán)重的吞吐?lián)砣F(xiàn)象，本文采用經(jīng)濟(jì)劃撥優(yōu)化機(jī)制，提出了一種新的WSN資源調(diào)度算法。首先，在WSN數(shù)據(jù)吞吐生命周期內(nèi)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本建模，根據(jù)WSN節(jié)點(diǎn)具有的數(shù)據(jù)吞吐特指

2、進(jìn)行劃撥分析；然后將網(wǎng)絡(luò)總代價(jià)、數(shù)據(jù)損失等納入經(jīng)濟(jì)模型中，使用基于拉普拉斯評(píng)估方式針對(duì)經(jīng)濟(jì)成本(Money)、維度(Time)、服務(wù)可靠(Reliability)進(jìn)行劃撥流程評(píng)估函數(shù)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)了WSN資源的優(yōu)化調(diào)度。仿真實(shí)驗(yàn)證明了本文算法能夠降低WSN吞吐現(xiàn)象，提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，且無(wú)論是在高傳輸率還是在低傳輸率時(shí)均有顯著的優(yōu)勢(shì)，具有良好的實(shí)際使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；經(jīng)濟(jì)劃撥優(yōu)化；資源調(diào)度；經(jīng)濟(jì)成本；網(wǎng)絡(luò)總代價(jià)中圖分類(lèi)號(hào)：TP

3、391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10037241(2017)10—008204ResearchonWSNResourceSchedulingAlgorithmBasedonEconomicTransferOptimizationMechanismTIANWen—H(ShaanxiVocationalCollegeofFinanceandEconomics，Xianyang712000China)Abstract：Inordertoreal

4、izetheoptimizationofresourceallocationandhandlingseriouscongestionhaspoorrobustnessofdatathroughput，thispaperadoptstheeconomicallocationmechanismbasedonoptimization，proposesaWSNschedulingalgorithmFirstofall，theeconomicco

5、stofmodelingintheWSNdatathroughputinthelifecycle，isallocatedaccordingtotheanalysisofdatathroughputtotheWSNnodehas；then，putsthetotalcostofnetworkdatalossintotheeconomicmodel，SOastorealizetheoptimizationofschedulingWSNreso

6、urcesSimulationresultsshowthattheproposedalgorithmcanreducethethroughputofWSNandimprovetherobustnessofthenetworkKeywords：wirelesssensornetwork；economicallocationoptimization；resourcescheduling；economiccost；totalnetworkco

7、st1引言隨著云網(wǎng)絡(luò)資源處理及調(diào)度技術(shù)的不斷發(fā)展，WSN網(wǎng)絡(luò)中的資源總量及系統(tǒng)調(diào)度魯棒性需求也得到了飛速的發(fā)展，然而在當(dāng)前的技術(shù)水平條件下，基于云化WSN網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度及管理一般僅通過(guò)固定的經(jīng)濟(jì)效益成本方式進(jìn)行資源規(guī)劃及調(diào)度，極少采用綜合性指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度處理，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源的處理效率不高，成為當(dāng)前云化WSN網(wǎng)絡(luò)難以得到推廣的一個(gè)重要的掣肘因素。為改善當(dāng)前云化WSN網(wǎng)絡(luò)中的資源綜合規(guī)劃及調(diào)度收稿日期：20170104難題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

8、資源的合理調(diào)撥及利用，研究者提出了許多解決方案，對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的解決具有一定指導(dǎo)意義幢j。wangHpl等基于核心成本劃撥機(jī)制，通過(guò)將數(shù)據(jù)帶寬占用情況作為核心成本，且根據(jù)資源在核心成本中的分布區(qū)間，提出了一種核心成本最低化的WsN資源調(diào)度算法，能夠?qū)崿F(xiàn)在帶寬受限情況下的資源利用；然而該算法單純根據(jù)數(shù)據(jù)帶寬作為核心成本估算因素，無(wú)法對(duì)資源分配進(jìn)行層次劃分，因此難以實(shí)現(xiàn)成本降低過(guò)程中的精確化。LiZ等基于混沌遞歸機(jī)制，采取用戶(hù)數(shù)據(jù)歸類(lèi)的方式，將

9、信道資源與用戶(hù)數(shù)據(jù)匹配程度作為成本核算指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)數(shù)據(jù)的混沌態(tài)成本劃撥。然而該算法由于需要對(duì)信道接人情況進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，因此該算萬(wàn)方數(shù)據(jù)《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》2017年第36卷第10期網(wǎng)絡(luò)技術(shù)NetworkTechnologyBenefit—T=beneat—cbenefit—dtbenefit一，=叫(B“諺一∑卅)訂(巧一∑6f。叫一D)唧號(hào)(4)Ⅵl嵋訂=1網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)成本函數(shù)滿足：Benefitye=∑Benefit—T(5)將模

10、型(5)最大化可得系統(tǒng)效益B。，咖。并滿足：fExl≤c，j∑i‘o通過(guò)柯西數(shù)學(xué)收斂準(zhǔn)則卜踟可以迅速求出模型(6)的最佳解滿足如下的表達(dá)式：MaxBenefi，一T=Max叫(砌哦一∑。)w2(I—Zbx／一D)霄導(dǎo))(7)再利用拉氏求解發(fā)構(gòu)造以下的輔助函數(shù)：剛)2石(叫一黝‰)五(巧一斟％一D)五多(8)啊(Z一∑彳)五(o一∑彳)一令C／(Bud。，cj，ti)=0，即可以得到最佳解。此外，需要考慮節(jié)點(diǎn)的最大經(jīng)濟(jì)承受能力：max∑“

11、lgx／且∑叫≤Cj，構(gòu)造柯西函數(shù)如下：F(彰)=Z∑(甜lgg)f2(cj一∑x／)(9)令F；i20，可以求得最佳節(jié)點(diǎn)服務(wù)資源的代價(jià)。3仿真實(shí)驗(yàn)表2仿真參數(shù)表參數(shù)數(shù)值網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域面積14400Kmx12800“實(shí)驗(yàn)耗時(shí)(h)2h請(qǐng)求并發(fā)數(shù)量24000網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量10000經(jīng)濟(jì)成本固定數(shù)據(jù)生命周期128s數(shù)據(jù)傳輸率256bit／s由于整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)中的全部節(jié)點(diǎn)均處于獨(dú)立同分布狀態(tài)舊1，且單一時(shí)刻所需要提供服務(wù)的資源總量為一定值【l0l

12、，服務(wù)隊(duì)列以隨機(jī)方式抵達(dá)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，以便能夠隨時(shí)進(jìn)行最佳服務(wù)保障。結(jié)合WSN資源調(diào)度實(shí)際，本文算法主要從數(shù)據(jù)擁塞率、數(shù)據(jù)處理率兩個(gè)指標(biāo)上，結(jié)合當(dāng)前WSN資源調(diào)度方案中常用的NSA算法“21進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以便證明本文算法所具有的優(yōu)越性能，仿真參數(shù)如表2。(1)數(shù)據(jù)擁塞率圖l、圖2顯示了在不同傳輸率條件下，本文算法與NSA算法在數(shù)據(jù)擁塞性能上的測(cè)試情況。由圖可知，本文算法在低傳輸率及高傳輸率的條件下，數(shù)據(jù)擁塞率均要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于NSA算法，且本文算

13、法的數(shù)據(jù)擁塞率上升亦要低于NSA算法，這是由于隨著數(shù)據(jù)傳輸率的不斷增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)處理的數(shù)據(jù)服務(wù)也呈現(xiàn)不斷增加的態(tài)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)壓力也逐漸增大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)擁塞率也呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢(shì)。由于NSA算法僅進(jìn)行基于可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)服務(wù)保障，沒(méi)有對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建模，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)極易發(fā)生服務(wù)缺失的現(xiàn)象，大大增加了網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生概率。本文算法由于采用三個(gè)維度進(jìn)行評(píng)估，綜合考慮了維度、經(jīng)濟(jì)成本、服務(wù)可靠三個(gè)方面的需求，能夠在網(wǎng)絡(luò)受限條件下保障服務(wù)質(zhì)