無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的控制方式

張千 代文亮

摘要

本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的特點進(jìn)行了簡單的介紹，探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞問題，根據(jù)相關(guān)實踐經(jīng)驗，對現(xiàn)階段主要的控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的方法做了闡述。

【關(guān)鍵詞】控制無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)通信 擁塞方法

在現(xiàn)代化社會中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛使用，如此一來，就導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)生了擁塞的問題，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的擁塞會導(dǎo)致數(shù)據(jù)重新傳輸或者重新傳輸失敗，從而產(chǎn)生時間延長，數(shù)據(jù)丟失率高等不良問題，需要解決。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的特征分析

以往的網(wǎng)絡(luò)通信所采用的是傳輸控制協(xié)議來控制擁塞。傳輸控制協(xié)議機(jī)制是基于丟包重轉(zhuǎn)與窗口調(diào)整的傳輸協(xié)議。傳輸控制協(xié)議在以往網(wǎng)絡(luò)上開展擁堵控制得到了很好的效果，可是傳輸控制協(xié)議并不能夠充分適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜環(huán)境，這是由無線傳感網(wǎng)絡(luò)本身的特點所造成的。

（1）以往的擁塞控制是在有線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其主要遵循的是端到端控制思維，以往擁塞控制機(jī)制里面一切和傳輸信息有關(guān)的處理均是在端系統(tǒng)中展開的，中間以路山互聯(lián)。和無線傳感網(wǎng)絡(luò)對等與自組織等特征是不相適應(yīng)的。

（2）因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心在于運用，傳輸數(shù)據(jù)對實時性要求各不相同，進(jìn)而造成不一樣的數(shù)據(jù)信息之間有優(yōu)先級的區(qū)別。以往網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)包的可靠傳輸機(jī)制，保證各個數(shù)據(jù)包均可以進(jìn)行有效傳輸，無線傳感網(wǎng)絡(luò)是把數(shù)據(jù)作為核心的。

（3）傳輸控制協(xié)議一般認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)鏈路是非常可靠的，認(rèn)為分組丟失就是因為擁塞與緩存隊列溢出導(dǎo)致的。可是，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)里面，數(shù)據(jù)包丟失也有可能是由于無線鏈路干擾與分組碰撞等因素所造成的。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中純粹地把丟包當(dāng)成是擁塞出現(xiàn)的標(biāo)志是不科學(xué)的。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中檢測擁塞的方式

2.1 緩存長度檢測方式

在節(jié)點緩存內(nèi)數(shù)據(jù)隊列長度的基礎(chǔ)上來推斷網(wǎng)絡(luò)通信擁塞情況是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中比較常見的一種方式與手段。其認(rèn)為緩存內(nèi)數(shù)據(jù)隊列越長，那么就表示節(jié)點傳送數(shù)據(jù)的機(jī)會很少，鄰居節(jié)點競爭采用了共享無線信道，四周環(huán)境越有多的數(shù)據(jù)要進(jìn)行傳送就很有可能產(chǎn)生擁塞的問題。在緩存長度擁塞檢測的基礎(chǔ)上一般設(shè)置一個閾值，倘若瞬時緩存隊列長度大于該閾值就表示出現(xiàn)了擁塞，該方式的優(yōu)勢很簡單，基本上不具備額外的開銷。

2.2 傳輸速率檢測方式

傳輸速率是依據(jù)節(jié)點傳送速率或者Sink接收數(shù)據(jù)的速率評斷四周區(qū)域或者整個網(wǎng)絡(luò)是不是產(chǎn)生了擁塞現(xiàn)象，ESRT里面Sink節(jié)點按照其接收數(shù)據(jù)的速率推斷網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，其運用于周期性數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點所傳送的信息量是一樣的，與此同時傳送周期是能夠進(jìn)行有效調(diào)整的。按照傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)量由小到大逐漸提升，網(wǎng)絡(luò)遵從不擁塞與最大吞吐量至輕度、重度擁塞變化情況。對應(yīng)的，Sink接收數(shù)據(jù)速率就會經(jīng)歷由小到大，再從大到小的變化流程。

2.3 信道采樣檢測方式

信道采樣的擁塞檢測的依據(jù)就是倘若產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象，擁塞區(qū)域中的節(jié)點忙著競爭無線信道發(fā)送分組。無線信道持續(xù)處在忙的這一狀態(tài)之中，信道采樣目標(biāo)為得到現(xiàn)階段信道利用率的一個估計，該估計被當(dāng)成擁塞的指標(biāo)，目的在于正確且實時發(fā)現(xiàn)無線信道忙碌與否，需持續(xù)采樣信道狀態(tài)，可是持續(xù)采樣非常耗費節(jié)點過多的能量，CODA在節(jié)點要傳送數(shù)據(jù)時才對無線信道采樣。倘若在采樣的過程中，信道忙的頻率多就表明四周區(qū)域產(chǎn)生了擁塞問題。這樣的檢測機(jī)制和MAC層沖突避免機(jī)制相融合，可以大大降低能量耗損。信道采樣反映出了網(wǎng)絡(luò)通信流量情況，推斷擁塞的精確度很高，可是必須要有底層通信協(xié)議作支撐，同時還需要將節(jié)點能量耗損提升。

3 控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的方式

進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞控制就是對已經(jīng)出現(xiàn)的擁塞問題進(jìn)行相應(yīng)的緩解。根據(jù)其所針對的對象與控制方式的差異性，可以把現(xiàn)有協(xié)議分成端到端控制與分布式控制機(jī)制。因而，此次研究對主要控制機(jī)制展開了論述。

3.1 端到端控制法

所謂的端到端控制方式就是擁塞出現(xiàn)以后，直接調(diào)整源端節(jié)點的傳送速率。這樣的控制方式全部基于對速率的調(diào)節(jié)，通過端節(jié)點以及中間節(jié)點檢測擁塞情況或者評估擁塞程度。采用該控制方式的協(xié)議包含了PORT與STCP、WCCP與COMUT、ESRT與RCRT。在這里面，最關(guān)鍵的就是分布式控制。分布式控制法，一些是根據(jù)速率調(diào)整的，協(xié)議在產(chǎn)生擁塞的區(qū)域就地采取舉措;還有一部分是根據(jù)流量調(diào)整的。CODA采用了很多機(jī)制進(jìn)行擁塞緩解。開環(huán)后壓機(jī)制比較適合使用在短時間的擁塞，規(guī)定擁塞節(jié)點廣播后壓消息，接著后壓消息會沿著數(shù)據(jù)流向的相反方向傳播一直到源端節(jié)點。收到后壓消息的源端節(jié)點運用AIMD進(jìn)行速率的調(diào)節(jié)，同時參照本地區(qū)網(wǎng)絡(luò)情況，進(jìn)而判斷是不是需要接著傳送后續(xù)數(shù)據(jù)包。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)擁塞時間長，那么進(jìn)到死循環(huán)擁塞控制機(jī)制。Sink按照接收的監(jiān)測節(jié)點傳送的消息中的調(diào)節(jié)位元，調(diào)節(jié)這一事件全部的源節(jié)點傳輸速率，且現(xiàn)實回饋源節(jié)點。

3.2 速率預(yù)先分配擁塞控制機(jī)制

速率預(yù)先分配協(xié)議設(shè)計思路是經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)里面各個節(jié)點速率展開優(yōu)化配置與嚴(yán)格限制，以此來防止擁塞問題的出現(xiàn)。這樣的控制方式必須要網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點可以有效控制與協(xié)作。現(xiàn)階段，使用這樣的控制機(jī)制的協(xié)議就是Flush、CCF。其中，CCF是構(gòu)建在樹狀的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，使用了自上而下的速率配置防止擁塞產(chǎn)生。各個節(jié)點測算自身的憑據(jù)傳送速率，并且登記好管轄子樹的節(jié)點數(shù)量，把速率平均分配到全部的子樹中的節(jié)點，節(jié)點在自身平均傳輸及分配速率內(nèi)挑選很小的值當(dāng)成自己的傳送速率。假設(shè)流數(shù)提高造成競爭激烈，那么可以分配的速率就會有所下降。這樣的控制方法致使CCF可以按照信道情況動態(tài)調(diào)節(jié)速率總量，防止信道競爭因素造成擁塞。子樹節(jié)點數(shù)量登記是自下而上的，一級一級進(jìn)行累加，與速率分配方向相反。經(jīng)過速率分配機(jī)制，一切子節(jié)點傳送速率總和是不會高于父節(jié)點傳輸速率的，這樣一來就可以防止隊列溢出產(chǎn)生擁塞。

4 結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)生擁塞的原因是方方面面的，因此，需要相關(guān)工作人員在解決有關(guān)問題的過程中，對問題進(jìn)行仔細(xì)研究與分析，并且還應(yīng)當(dāng)增加對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制新方式的關(guān)注力度。

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