在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點在最大通信半徑下的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系稱之為“物理拓撲”。在傳感器節(jié)點傲灑后，網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲就是固定的。在滿足網(wǎng)絡(luò)搜蓋率和連通性的前提下，通過信息交互、功率控制等手段，剔除物理拓撲中節(jié)點間不必要的物理通信鏈路，建立邏輯鏈路后形成的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，我們稱之為“邏輯拓撲”。由物理拓撲生成邏輯拓撲的過程，稱為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“拓撲控制”。
無線傳感器節(jié)點是體積微小的嵌人式設(shè)備，采用能量有限的電池供電，其處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱。除T設(shè)計能業(yè)高效的鏈路層協(xié)議、路由協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議外，還要設(shè)計優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓撲控制機制。由于傳感器節(jié)點數(shù)雖眾多、成本要求低魔、分布區(qū)域廣，而且部署區(qū)城環(huán)境復雜，有些區(qū)域甚至人員不能到達，所以為傳感器節(jié)點補充能源是很困難的。如何高效使用能盆來級大化網(wǎng)絡(luò)生存周期是傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。
傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制目前主要的研究問題是在滿足網(wǎng)絡(luò)彼蓋度和連通度的前提下，通過功率控制和骨干網(wǎng)節(jié)點選擇，別除節(jié)點之間不必要的無線通信鏈路，生成一個高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)拓撲紡構(gòu)，而對于光電開關(guān)傳感器所應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中是很難獨立實現(xiàn)聯(lián)動功能的。
對于自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，拓撲控制對網(wǎng)絡(luò)性能形響非常大。良好的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)能夠提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，為數(shù)據(jù)觸合、時間同步和目標定位等很多方面芡定4礎(chǔ)，有利于節(jié)省節(jié)點的能最來延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。所以，拓撲控制是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個基本問題。同時也是研究的核心問題之一因而對它的研究具有十分重耍的意義，主耍表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)網(wǎng)絡(luò)壽命，傳感器節(jié)點一般采用電池供電，能耗是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中搖要考慮的最主要的因索之一而拓撲控制的一個重要月標就是保證網(wǎng)絡(luò)連通性和硯蓋率的條件下，盡量降低網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期;
(2)減少節(jié)點通信負載，提高通信效率，傳感器節(jié)點分布密度一般較大，拓撲控翻技術(shù)中的功率控制技術(shù)可以選擇節(jié)點的發(fā)射功率合理調(diào)節(jié)節(jié)點的通信范田，使得節(jié)點在連通性和網(wǎng)絡(luò)通信范圖之間取得一個平衡點;
(3)輔助路山協(xié)議，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，只有活動的節(jié)點才能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而拓撲控制叮以確定山哪些節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，同時確定節(jié)點之間的鄰居關(guān)系;
(4)數(shù)據(jù)觸合策略選擇，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，為了減少通信負載通常選擇一些節(jié)點對周圍節(jié)點的數(shù)據(jù)進行融合再進行轉(zhuǎn)發(fā)，而拓撲控制中就如何合理高效地選擇觸合節(jié)點進行研究;
(5)節(jié)點冗余。由于傳感器節(jié)點本身所固有的脆弱性不能保證節(jié)點一直持續(xù)正常工作，所以在設(shè)計時需要采用冗余技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進行拓撲控制以保證網(wǎng)絡(luò)的祖蓋率和連通度。
拓撲控制研究的間腸是在保證一定的網(wǎng)絡(luò)連通質(zhì)敬和班蓋質(zhì)坡的前提下，一般以延長網(wǎng)絡(luò)的生命期為主要目標，通過功率控制和骨干網(wǎng)節(jié)點選擇，剔除節(jié)點之間不必要的通信鏈路，兼顧通信干擾、網(wǎng)絡(luò)延遲、負載均衡、簡單性、可靠性、可擴展性等其他性能，形成一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。傳感器網(wǎng)絡(luò)用來感知客觀物理世界，獲取物理世界的信息。客觀世界的物理最多種多樣，不可窮盡，不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)心不同的物理從，不同的應(yīng)用背景對傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同，其硬件平臺、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必然會有很大差別。不同的應(yīng)用對底層網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制設(shè)計目標的要求也不盡相同。下面介紹拓撲控制中一般要考慮的設(shè)計目標。 |
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