网络层拓扑结构的控制在消防物联网中的应用

拓扑控制对于延长无线网络的生存时间、减小通信干扰、提高MAC协议和路由协议的效率等具有重要意义。拓扑控制的目标是在保证一定的网络连通质量和覆盖质量的前提下,一般以延长网络的生命期为主要目标,兼顾通信干扰、网络延迟、负载均衡、简单性、可靠性、可扩展性等其他性能,形成一个优化的网络拓扑结构。

网络拓扑性质上的两个技术指标:

①覆盖是从拓扑角度对网络服务能力的度量,如区域内任何一点都能被K个传感器节点监测到,就称该网络的覆盖度为K。

②连通是至少要去掉K个传感器节点才能使网络不连通,就称网络是K连通的。

此外,拓扑控制中还要考虑网络生命期、吞吐能力、干扰和竞争、网络延迟等。

拓扑控制方法通常是指功率控制和睡眠调度。在功率控制方面,常见的有结合路由的功率控制方法、基于节点度的功率控制、基于方向的功率控制、基于邻近图的功率控制(如DRNG和DLMST);在睡眠调度方面,常见的有非层次型网络睡眠调度算法、层次型网络睡眠调度算法。

(1)功率控制方面(www.xing528.com)

功率控制算法最常见的是DRNG和DLMST,它们都是基于邻近图的功率控制算法,其核心思想是:设所有节点都使用最大发射功率发射时形成的拓扑图是G,按照一定的邻居判别条件求出该图的邻近图G′,每个节点以自己所邻接的最远节点来确定发射功率。经典的邻近图模型有RNG(Relative Neighborhood Graph)、GG(Gabriel Graph)、DG(Delaunay Graph)、YG(Yao Graph)和MST(Minimum Spanning Tree)等。DRNG是基于有向RNG的,DLMST是基于有向局部MST的。DRNG和DLMST能够保证网络的连通性,在平均功率和节点度等方面具有较好的性能。而基于邻近图的功率控制一般需要精确的位置信息。

(2)睡眠调度方面

1)非层次型网络睡眠调度核心思想

每个节点根据自己所能获得的信息,独立地控制自己在工作状态和睡眠状态之间的转换,与层次型睡眠调度的主要区别在于:每个节点都不隶属于某个簇,因而不受簇头节点的控制和影响。

2)层次型网络睡眠调度的基本思想

由簇头节点组成骨干网络,则其他节点就可以(当然未必)进入睡眠状态,层次型网络睡眠调度的关键技术是分簇。