WSN低功耗低时延路径式协同计算方法

马步云，马新策，黄 松，任智源

(西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室，陕西 西安 710071)

0 引言

无线传感器网络 (Wireless Sensor Network,WSN)[1]自提出以来得到快速发展，已被应用到包括医疗[2]、自然环境监测[3]等在内的多个领域。目前的WSN系统利用云平台处理数据[4]，然而WSN采集的数据传到云计算中心进行计算产生的通信开销大、时延高，无法有效支撑时延敏感型业务。

针对云计算存在的高传输时延问题，出现了许多利用分布在网络边缘[5]的设备集群进行协同计算的方案。其中，基于步骤可分割的路径式协同计算(路径计算)方案[6-12]采用有向无环图 (Directed Acyclic Graph,DAG) 表征业务，将DAG形式的业务映射到网络边缘设备上以降低任务处理时延，更适合处理复杂的新型信息业务。

但时延降低将导致能耗增加，WSN工作寿命减短，并且WSN通常位于野外，一旦能量耗尽，难以得到及时补充。因此，路径计算如何进行任务映射，使得在能耗约束下业务处理时延最短，成为重要问题。为此，本文将能耗约束考虑进路径计算中，提出了WSN低功耗低时延路径式协同计算方法。

1 云雾网络架构

为了能够利用WSN支撑路径计算的实现，本节基于一种WSN云雾网络架构开展研究，如图1所示。

图1 云雾网络架构Fig.1 Cloud fog network architecture

该架构自下而上为感知层、雾计算层和云计算层。感知层由集成一个或多个类型的无线传感器组成，负责对所在区域进行监测。雾计算层由具备较强数据处理能力和通信能力的汇聚节点组成，一方面负责转发和处理感知层产生的数据；……