Verificarea topologiei

Verificarea topologiei este o tehnică utilizată în principal în rețelele de senzori fără fir pentru a reduce topologia rețelei și a economisi energie, a reduce interferențele și a prelungi durata de viață a rețelei . Scopul principal este reducerea numărului de noduri și linkuri active, păstrând în același timp resursele economisite pentru utilizare viitoare.

Construcția și întreținerea topologiei

Recent, controlul topologiei a fost împărțit în două subprobleme: „construcția topologiei”, adică reducerea inițială a topologiei și „menținerea topologiei”, adică gestionarea și întreținerea topologiei reduse obținute în faza de construcție, astfel încât caracteristicile precum acoperirea și conectivitatea să fie păstrate.

Acesta este primul pas într-un protocol de control al topologiei. Odată ce topologia inițială este la locul său, mai ales atunci când locația nodurilor este aleatorie, administratorul nu mai are control asupra acesteia; de exemplu, unele zone pot fi foarte dense, adică cu un număr mare de noduri redundante. Acest lucru ar putea duce la coliziuni crescute de pachete și la consecința necesității de retransmisii frecvente. Cu toate acestea, administratorul are controlul asupra unor parametri ai rețelei: puterea de transmisie a nodurilor, starea nodurilor (active sau inactiv) și rolul nodurilor (obișnuit, gateway, clusterhead etc.). Prin modificarea acestor parametri, topologia rețelei se poate modifica.

De îndată ce faza de reducere a topologiei s-a încheiat și rețeaua începe să funcționeze, nodurile încep să transmită și, prin urmare, să cheltuiască energie. În acest moment topologia „optimă” care a fost obținută încetează să mai fie. Mai ales în rețelele de senzori fără fir cu multi-hop , nodurile care sunt mai aproape de chiuvetă consumă mai multă energie decât cele periferice. Această problemă este cunoscută în literatura de specialitate ca fiind o problemă hot-spot . Prin urmare, rețeaua trebuie să își reconstruiască periodic topologia pentru a păstra conectivitatea , acoperirea , densitatea nodului și orice alte valori necesare pentru aplicație.

Algoritmi pentru construcția topologiei

Există multe modalități de a face construcția topologiei și una nu o exclude pe cealaltă:

• Schimbarea gamei de transmisie a nodurilor;
• Oprirea unor noduri de rețea;
• Crearea unei coloane vertebrale ;
• Clusterizare etc.

Câteva exemple de algoritmi de construcție a topologiei sunt:

Pe baza domeniului de transmisie

• Bazat pe geometrie: Gabriel Graph (GG), Relative Proximity Graph ( RNG ), Diagrama Voronoi
• Spanning Tree Based: LMST ^[1] , iMST ^[2] , Hypercube Dynamic Scalable-Hypercast incomplet ^[3]
• Direcție bazată pe: Graficul Yao , Graficul celui mai apropiat vecin , Controlul topologiei bazate pe con ( CBTC ), RNG distribuit
• Bazat pe vecini: KNeigh ^[4] , XTC ^[5]
• Bazat pe rutare: COMPOW ^[6]

Ierarhic

• Bazat pe CDS: A3 ^[7] , EECDS ^[8] , CDS-Regula K ^[9]
• Bazat pe clustere: Ierarhie de clustere adaptivă cu energie redusă (LEACH), HEED ^[10]

Exemple grafice

• 

  Topologie de rețea de putere de transmisie completă

• 

  Topologie de rețea redusă în conformitate cu Arborele Minimal Spanning datorită modificării razei de transmisie.

• 

  Topologie de rețea redusă conform setului dominat conectat (alegerea unui subset de noduri care acoperă întreaga rețea și oprirea nodurilor nealese)

Algoritmi de întreținere a topologiei

Similar construcției topologiei, există mai multe metode pentru efectuarea întreținerii topologiei:

• Global sau local
• Dinamic, static sau hibrid
• Declanșat pe baza cronometrelor, bazat pe energie, densitate, cauzalitate etc.

Câteva exemple de algoritmi de întreținere a topologiei sunt:

Global

• DGTRec (Dynamic Global Topology Recreation) :

Periodic, nodurile inactive sunt activate, topologia curentă este resetată și se aplică un algoritm de construcție a topologiei.

• SGTRot (Static Global Topology Rotation) :

Inițial, algoritmul de construcție a topologiei trebuie să creeze mai multe topologii reduse. Apoi, periodic, nodurile inactive sunt activate și următoarea topologie este utilizată, ciclic, ca ritmurile luminilor dintr-un pom de Crăciun.

• HGTRotRec (Rotație și recreere la topologie globală hibridă)

Funcționează ca SGTRot, dar atunci când topologia actuală detectează un anumit nivel de deconectare, șterge topologia și invocă algoritmul de construcție a topologiei pentru a reconstrui acea topologie.

Localnici

• DL-DSR (Dynamic Local DSR-based TM)

Acest protocol, bazat pe Dynamic Source Routing (un algoritm de rutare ), recreează căile nodurilor deconectate atunci când un nod se oprește.

În Atarraya ^[11] , două versiuni ale fiecăruia dintre aceste protocoale sunt implementate prin declanșatori diferiți: unul temporal, celălalt energetic. În plus, Atarraya permite asocierea oricărui algoritm de construcție a topologiei cu orice algoritm de întreținere a topologiei pentru a testa cele mai bune alegeri pentru un anumit protocol de construcție a topologiei.

Instrumente de simulare

Deși există multe instrumente de simulare pentru rețele, numai Atarraya ^[11] este conceput special pentru proiectarea și analiza protocoalelor de control al topologiei.

Notă

Bibliografie

• Controlul topologiei în rețelele de senzori fără fir: cu un instrument de simulare însoțitor pentru predare și cercetare. Miguel Labrador și Pedro Wightman. Springer. 2009.
• Controlul topologiei în rețelele wireless ad hoc și senzori. Paolo Santi. Wiley. 2005.
• Protocoale și arhitecturi pentru rețele de senzori fără fir. Holger Karl și Andreas Willig. Wiley-Interscience. 2007.

Portal telematic : accesați intrări Wikipedia care vorbesc despre rețele, telecomunicații și protocoale de rețea