广义的无线传感器传输调度问题通常包括6个要素:被调度对象、调度目标、调度算法、调度者、调度方案和调度代价。狭义的传输调度问题主要针对MAC层进行研究。6个要素包括[f}l:无线通信资源(时间和信道等)是被调度对象;调度目标通常是网络吞吐量、数据传输的实时性和性、能耗、节点公平性等;调度算法实现对无线通信资源的合理分配;调度者可以是网络中的汇聚节点或者是单个节点;调度方案是经过调度算法控制后,节点收发报文的次序、时间及各种服务质量;调度代价包括计算的复杂度和缓存区的资源占用情况等。其中,调度算法(或称调度规则、调度机制)是连接其余5个要素的纽带。通常,为了获得一个满意的调度方案,通常需要在调度代价和调度目标之间进行折中,因此,传输调度问题往往转化为多目标优化问题。
传输调度问题出现的根源在于节点对有限资源的争用。无线传感器网络中,无线通信资源主要包括时隙和信道。因此,无线传感器网络的传输调度问题主要包括3个方面的研究内容:时隙分配、信道分配以及时隙和信道二维资源的联合分配。而在每个方面的研究中,需要在满足空间约束、顺序约束、截止期约束、性约束、能量约束等约束条件的基础上,解决以下3个层面的问题。
1)当网络中的多个节点之间存在冲突和干扰关系时,为节点分配通信的时隙和信道。
2)当节点上有多个报文需要发送时,为每个报文分配占用时隙和信道的次序。
3)优化节点的发射功率,控制节点对网络的干扰范围,降低传输调度的难度。
综合考虑无线传感器网络的应用特点和系统特性,衡量传输调度方法的优劣需要考虑以下几点。
1)资源利用率:传输调度算法需要实现对无线信道的利用。当一条链路处于比较差的信道状态时,应尽量避免把当前的时隙分配给这条链路,以减少时隙浪费。
2)特性:数据在截止期前到达接收方。过期的数据被认为是无效数据。
3)性:数据成功到达接收方,可通过合理分配无线通信资源、增加重传时隙、自适应跳频等方法实现。
4)网络能耗:决定网络的工作时间,即网络寿命。
5)实现复杂度:复杂度关系到传输调度算法的可实现性。虽然微电子技术和芯片发展,但是复杂的传输调度算法将浪费大量的软硬件资源,可实现性较差;同时,复杂的传输调度算法的计算时间较长,不能地做出决策,在网络动态性强的环境下实现困难。
6)可扩展性:节点数量的增加对传输调度算法的影响较小。
在实际的无线传感器传输调度算法设计中,需要根据应用场合和应用需求偏好,从上述评价指标中选择关键指标。