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拓扑控制:邻居发现和网络组织问题的解决方案

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:拓扑控制问题可细分为邻居发现问题和网络组织问题。在该协议及其他诸多协议中,拓扑控制用于为可靠通信协议生成容错网络。针对MAC层的节能问题,人们开展了广泛的研究,也是基于拓扑控制的。S-MAC根据固定公共休眠调度,将节点分成若干簇,以降低控制开销,支持流量自适应唤醒机制。一些拓扑控制方案旨在通过从网络中选择特定节点,形成一个骨干网,它可通过多种方法使用。

拓扑控制:邻居发现和网络组织问题的解决方案

一种组织科学的网络拓扑不仅可以延长网络的生命周期,而且还可以提高数据通信性能。拓扑控制问题可细分为邻居发现问题和网络组织问题。邻居发现问题定义为与检测和发现位于传输范围内邻居有关的问题。在网络组织问题中,每个节点要么通过调整其发射功率,要么通过设置其状态(如休眠和激活模式),来选择其邻居,构建本地拓扑。当前存在一些通过对节点进行运动控制、进而实现理想网络拓扑的协议。例如,参考文献(Das et al.,2007)中提出的局部移动性控制协议,通过节点运动,由连通网络构建了一种双连通网络。在该协议及其他诸多协议中,拓扑控制用于为可靠通信协议生成容错网络。

最重要的拓扑控制,尤其是对于电源有限传感器来说,是使尽可能多的传感器(和类似的反应器)节点处于休眠模式。所有通信或区域覆盖用不到的节点能够以同步或异步方式,处于休眠状态,以延长网络的生命周期。这是除了当前处于工作状态的传感器同步完成休眠-激活状态转变之外的另一种方法,目标是为了提高MAC层的功率效率。针对MAC层的节能问题,人们开展了广泛的研究,也是基于拓扑控制的。S-MAC(Ye et al.,2004)根据固定公共休眠调度,将节点分成若干簇,以降低控制开销,支持流量自适应唤醒机制。T-MAC(Dam and Langendoen,2003)根据邻居节点的通信情况,来调整节点唤醒时间长度,从而对S-MAC进行了扩展。B-MAC(Polastre et al.,2004)采用了一种自适应前导抽样方案来降低占空比,最大限度地减少空闲侦听。

一些拓扑控制方案旨在通过从网络中选择特定节点,形成一个骨干网,它可通过多种方法使用。如果骨干节点网络仍然是连通的(从初始连通网络中选择节点后),则该骨干网是连通的。一些骨干网结构可用于提高数据通信协议效率。例如,如果中间节点仅是从连通骨干网中选择的,则路由或广播仍然是可用的,因为每个非骨干节点都有一个来自于骨干网的邻居。骨干网的另一种可能应用是使得剩余节点转入休眠模式。

对于无线传感器和Ad Hoc网络来说,分簇和连通支配集(Connected Domina-ting Set,CDS)是两种用于建立骨干网的基本技术。分簇过程将网络节点分为若干个簇。在每一簇中,存在一个簇头,负责簇中任意两个节点之间的协同和数据通信。簇头的选择是根据特定协议,通过全局提名和局部选举实现的。簇内通信既可以是单跳的,也可以是多跳的。骨干网可以只包含簇头,也可以包含某些支持连通性的网关节点。

支配集是用于骨干网建立的另一种技术。如果图中的每个顶点要么属于子集,要么与子集中的至少一个顶点相邻,则称图中的一个顶点子集为支配集。连通支配集(CDS)也要求所有骨干节点之间是连通的。在下面的实例中(见图1-11),子集{1,2,3,5,6,10}和{4,7,8,9}是支配集。同时,子集{4,7,8,9}是连通支配集,但前一个子集不是。(www.xing528.com)

拓扑控制也可应用于选择网络中已有的特定边,而忽略其他边,这样就会形成一个具备有用特性的子图。例如,Gabriel图是一种UDG的平面子图,它可用于在基于位置的路由中保证传输,而不依赖于任何记忆(Bose et al.,1999)。

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图1-11 连通支配集实例

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