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(fù)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(biāo)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(biāo)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(biāo)，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(biāo)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(biāo)。 |
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