無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲維護(一)
接下來對該模型進行詳細描述。
?。?)觸發(fā)器
觸發(fā)器負責周期地觸發(fā)當前網(wǎng)絡拓撲的維護過程,其對拓撲維護的性能具有重要的影響。因為如果提前觸發(fā),則由于頻繁運行拓撲維護協(xié)議或算法而消耗不必要的能量,而滯后觸發(fā),則將導致網(wǎng)絡可能以次優(yōu)甚至不連通狀態(tài)運行,降低甚至無法實現(xiàn)網(wǎng)絡的服務質(zhì)量。常見的觸發(fā)標準有:
時間:網(wǎng)絡運行一段時間后觸發(fā)拓撲維護,該時間的大小通常是固定且預先定義,通常由一個定時器來完成。
SPAN基于時間來觸發(fā)網(wǎng)絡中協(xié)調(diào)器節(jié)點的更新過程,從而實現(xiàn)骨干網(wǎng)絡的拓撲維護。
能量:鑒于無線傳感器設備的能量限制,當節(jié)點的能量級別低于某個閾值時觸發(fā)拓撲維護是很有必要的。LPH算法中,當節(jié)點的剩余能量E(i)低于平均剩余能量Eavr 時,觸發(fā)簇內(nèi)拓撲維護過程。CLTC算法中,當簇頭節(jié)點的能量降到門限值M 時,觸發(fā)簇內(nèi)拓撲維護過程。而Poly算法中,當網(wǎng)絡的整體能量降低10%時觸發(fā)拓撲維護過程。
節(jié)點故障:當網(wǎng)絡中一個或一些節(jié)點故障時,觸發(fā)拓撲維護。如SMSS算法中,當節(jié)點u 發(fā)現(xiàn)某個節(jié)點m 故障時,它將檢查m 是否為其確定的鄰節(jié)點,如果是則重新運行拓撲構(gòu)建算法來維護網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。EETMS算法中,一旦網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點,觸發(fā)局部拓撲維護過程。
網(wǎng)絡密度:采用網(wǎng)絡的節(jié)點度或者一些重要節(jié)點的節(jié)點度來觸發(fā)拓撲維護過程。AFECA提出的自適應精度節(jié)能算法使用鄰居密度來觸發(fā)拓撲維護過程。
此外,這些觸發(fā)條件也可任意組合用來觸發(fā)拓撲維護過程,如基于能量和節(jié)點故障,或者時間和能量等。此外,其它的網(wǎng)絡參數(shù)也可作為觸發(fā)標準,如鏈路失效、頻繁丟包以及擁塞和長路由路徑等。
?。?)決策器
決策器主要確定采用何種策略來維護當前的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),它是拓撲維護的核心。拓撲維護策略可以分為兩種,一種是基于角色輪換的拓撲維護策略,也就是說通過對網(wǎng)絡中節(jié)點的角色-如睡眠/工作、簇頭/非簇頭等進行切換來節(jié)約能量,實現(xiàn)延長網(wǎng)絡生命周期的目的。另一種是基于拓撲重構(gòu)的拓撲維護策略,其實質(zhì)是運行拓撲構(gòu)建階段的算法或?qū)iT的拓撲維護算法與協(xié)議來維護網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
在基于角色輪換的拓撲維護策略中,首先要明確網(wǎng)絡中每個節(jié)點所能扮演的角色。每個節(jié)點的角色遷移與拓撲維護協(xié)議或算法特點和設計密切相關,確定節(jié)點所處角色的因素包括節(jié)點密度、位置、通信流量、丟包率、時間以及外部環(huán)境條件等。如節(jié)點當前為角色1,當某個事件發(fā)生,則節(jié)點進行相應測試以決定是否進入角色2還是繼續(xù)處于角色1.
而基于拓撲重構(gòu)的拓撲維護策略中,主要是重新調(diào)用拓撲構(gòu)建階段的算法或?qū)iT的拓撲維護算法。因此,調(diào)用算法的頻率是關鍵。一旦觸發(fā)器觸發(fā)拓撲維護過程,拓撲維護策略則應該綜合考慮網(wǎng)絡的相關性能,決定是否調(diào)用相關算法或協(xié)議,以均衡網(wǎng)絡能量消耗并最終延長網(wǎng)絡生命周期。
此外,決策器還可根據(jù)網(wǎng)絡運行情況在不同的階段采用不同的維護策略來維護當前的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。無論是基于角色轉(zhuǎn)換還是基于拓撲重構(gòu)的拓撲維護技術,決策器還負責對生命周期的監(jiān)測。也就是說,在網(wǎng)絡的生命周期內(nèi),決策器根據(jù)維護策略周期性地對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行維護,而一旦網(wǎng)絡的生命周期結(jié)束,決策器停止維護過程,并宣告網(wǎng)絡死亡。
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