[论文解读] Applicability of a Novel Integer Programming Model for Wireless Sensor Networks

Alexei Barbosa de Aguiar, Alvaro de Menezes S. Neto+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2009

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 5被引用 2

一句话总结

该论文提出了一种新颖的整数规划模型，通过在时间区间内动态调度传感器激活，以优化异构无线传感器网络中的能效，最小化冗余操作，同时保持覆盖和连通性。该方法可减少总能耗，但随着问题规模增大，计算上变得不切实际。

ABSTRACT

This paper presents an applicability analysis over a novel integer programming model devoted to optimize power consumption efficiency in heterogeneous wireless sensor networks. This model is based upon a schedule of sensor allocation plans in multiple time intervals subject to coverage and connectivity constraints. By turning off a specific set of redundant sensors in each time interval, it is possible to reduce the total energy consumption in the network and, at the same time, avoid partitioning the whole network by losing some strategic sensors too prematurely. Since the network is heterogeneous, sensors can sense different phenomena from different demand points, with different sample rates. As the problem instances grow the time spent to the execution turns impracticable.

研究动机与目标

• 解决由于传感器冗余操作导致的异构无线传感器网络（WSNs）能效低下问题。
• 开发一种调度机制，以最小化总能耗，同时保持网络连通性和覆盖。
• 在不同感知需求和采样率下，对时间依赖的传感器激活计划进行建模。
• 评估所提出的整数规划模型在大规模网络中实际可行性的程度。

提出的方法

• 构建一个整数规划模型，用于在多个时间区间内调度传感器激活。
• 引入网络覆盖和连通性约束，以防止网络分割。
• 对异构传感器能力进行建模，包括不同的感知现象和采样率。
• 通过在每个时间区间关闭冗余传感器来优化能耗。
• 采用时分复用方法，以平衡感知质量和能效。
• 基于需求点和时间感知需求，集成动态传感器选择机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在时间区间内调度传感器激活，以最小化异构 WSN 中的能耗？
• RQ2 当传感器被关闭时，传感器冗余对网络连通性和覆盖有何影响？
• RQ3 不同的感知需求和采样率如何影响优化模型的性能？
• RQ4 整数规划模型的计算复杂性在多大程度上限制了其在大规模 WSN 中的可扩展性？

主要发现

• 所提出的整数规划模型通过在每个时间区间内选择性地关闭冗余传感器，有效减少了总能耗。
• 该模型通过避免过早关闭关键传感器，保持了网络的连通性和覆盖。
• 优化方法考虑了异构传感器能力，包括多样的感知现象和采样率。
• 随着问题实例规模的增大，执行时间变得极不现实，限制了模型的可扩展性。