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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/73503
標題: | 考慮資料相關性與最短資料佇列之無線感測網路排程技術研究 Queue-Optimized Scheduling for Data-Centric Wireless Sensor Networks |
作者: | Chih-Yen Su 蘇智彥 |
指導教授: | 謝宏昀(Hung-Yun Hsieh) |
關鍵字: | 穩定,佇列,資料壓縮,能量, Lyapunov,compression,drop,WSN,stability, |
出版年 : | 2019 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 有許多的研究專注於資料在無線感測網路中的資料感測以及蒐集,並在已知傳送佇列及傳送速率的情況下,有效的決定傳輸排程。但這些研究沒有考慮蒐集資料之間的相關性以及在處理資料和傳輸資料時排程所消耗的能量,傳送了大部分相似性高的資料。根據資料間的相關性,我們可以使用資料壓縮的技術,得出實際需要傳輸的資料量可以比原本的小,以減少通道的負擔;此外,在可容忍部分資料遺失的情況下,我們加入了資料移除的機制。基於以上的想法,本論文提出了利用資料壓縮以及資料移除的技術,目標在穩定系統的前提下,分別達到平均傳送佇列最小以及平均能量消耗最少兩個目標。在論文中,我們使用李亞普諾夫最佳化(Lyapunov Optimization)方法將原本的時間平均問題轉化成在每個排程時間點的決定策略。基於該分析,我們考慮了排程感測器的當前傳送佇列長度、傳送速率、蒐集的資料量以及實際壓縮後的資料量以設計合適的時間分配、移除資料量以及壓縮策略。在平均佇列的效能上,使用壓縮技術能讓原本不穩定的系統穩定,在穩定系統的條件下,使用資料清除可以達到減少4.3%的傳送佇列長度效益。在平均使用能量的部分,動態的壓縮方法比總是壓縮的方法減少了57.1%~43.8%的平均能量消耗,但只增加35.3%~26.9%的傳送佇列,提供了更省能量的排程機制。 Stability condition for the communication system is an important issue for wireless communication. In this thesis, we formulate a general model and analytical framework for wireless sensor networks (WSN) by considering data compression and the data dropping. For most of the wireless sensor networks, seldom of them focus on the correlation between each sample in nature. We consider the statistic value of compressed data and its property. We use the Lyapunov theorem to guarantee the stable state for the system when applying data compression. Under the stability condition, the main target in our research is to minimize the time average of the queue length. First of all, we transform the time average objectives function and constraints to general convex function form. We propose the optimal scheduling algorithm which decides the time resource and dropped data in every scheduling period. Applying data compression may meet the stability condition if the original condition is unstable. The dropping process can save 4.3% of the queue length. Secondly, we solve the minimum time average energy cost problem. We extend the general Lyapunov function by adding the penalty function. We propose the new energy-aware scheduling algorithm, including the time ratio decision, dropped data decision, and compression option decision. Compared to the baseline, our proposed optimal scheduling method can save 40% to 50% time average of energy consumption but the average queue length increases about 30%. Thus, this optimal method can increase energy efficiency by adding some additional storage memory to the queue. |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/73503 |
DOI: | 10.6342/NTU201900635 |
全文授權: | 有償授權 |
顯示於系所單位: | 電信工程學研究所 |
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