文档介绍：无线传感网络–拓扑控制
拓扑控制的概念与意义
概念
拓扑控制(topology control)是一种协调节点间各自传输范围的技术,用以构建具有某些期望的全局特性(如,连通性)的网络拓扑结构,同时减少节点的能耗或增加网络的传输能力。
意义
1、减少节点的通信负载,提高通信效率;
2、减少网络耗能,延长网络寿命;
3、辅助路由协议;
拓扑控制的研究方向
WSN中拓扑控制可以分为两个研究方向:功率控制和层次拓扑结构控制。
功率控制机制调整网络中每个节点的发射功率,保证网络连通,在均衡节点中直接邻居数目(单跳可达邻居数目)的同时,降低节点之间的通信干扰。
层次拓扑控制是利用分簇思想,使网络中的部分节点处于激活状态,成为簇头节点。由这些簇头节点构建一个连通的网络来处理和传输网络中的数据,并定期或不定期地重新选择簇头节点,以均衡网络中节点的能量消耗。
拓扑控制与网络体系的关系
思考一个问题?
拓扑控制是否一个单独的技术?它与MAC层、链路层、网络层、应用层等有没有联系?
MAC协议:基本任务是节点共享网络媒体的接入问题,为两个节点的MAC层实体之间提供可靠的数据链路。
数据链路层:主要任务是完成组帧、差错控制、流量控制、功率控制、链路管理。
网络层:提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上,进一步管理网络中的数据通信,将数据设法从源端经过若直干个中间节点传送到目的端,从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。
拓扑控制的评价指标
连通性
在没有拓扑算法前,两个节点之间存在k条路径,那么使用拓扑算法后,这两个节点中也应该有存在k条路径。
覆盖性
覆盖问题中,最重要的因素是网络对物理世界的感知能力。
吞吐量
化简后的网络拓扑结构应该能够支持与原始网络相似的通信量。
扩展性(网络容量)
减少数据传输节点所能影响的邻居节点的数量,减少节点通信的传输范围,可以有效减小网络中的冲突域,从而降低通信冲突的概率。相反,网络中的冲突就越多,节点通信也就更容易发生数据丢包或重传现象。
鲁棒性
网络发生变化时,一些节点可能会变化它们的拓扑信息,显然,鲁棒的拓扑结构只需要进行少量的调整,这样可以避免对本地节点的重新组织而造成整个网络的波动。
实现拓扑控制的手段
1、在保证网络的连通性与覆盖性的情况下,控制节点的发射距离,减少发射功耗,同时减少分组冲突的可能性,减少协议不必要的开销;
2、尽可能让多的节点进行休眠,降低功耗;
3、数据融合,减少分组的冗余。
单跳还是多跳耗能多?
拓扑控制的表现
1、网络寿命:尽量降低网络能耗,延长网络生存周期;
2、减小节点通信负载,提高通信效率:传感器节点分布密度一般比较大,通过拓扑控制技术中的功率控制技术可以通过选择节点的发射功率合理调整节点的通信范围,使得节点在连通性与覆盖性得到一个平衡点。
3、辅助路由协议:只有活动的节点才能进行数据转发,而拓扑控制可以确定由哪些节点作为转发节点,同时确定节点之间的邻居关系。
4、数据融合策略的选择;
5、节点冗余:由于传感器节点本身固有的脆弱性不能保证节点一直持续正常工作。
拓扑控制的应用效果
拓扑控制的分类
1、概述与算法
2、适用环境
3、优缺点
4、实际应用的问题
5、协议改进突破口
如何理解一个协议?