張千 代文亮

摘要

本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，探討了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)階段主要的控制無(wú)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(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)通信 擁塞方法

在現(xiàn)代化社會(huì)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛使用，如此一來(lái)，就導(dǎo)致無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)生了擁塞的問(wèn)題，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的擁塞會(huì)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(shí)間延長(zhǎng)，數(shù)據(jù)丟失率高等不良問(wèn)題，需要解決。

1 無(wú)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(lái)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜環(huán)境，這是由無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)本身的特點(diǎn)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)等與自組織等特征是不相適應(yīng)的。

（2）因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心在于運(yùn)用，傳輸數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)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(jí)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(gè)數(shù)據(jù)包均可以進(jìn)行有效傳輸，無(wú)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?？煽康?，認(rèn)為分組丟失就是因?yàn)閾砣c緩存隊(duì)列溢出導(dǎo)致的?？墒?，在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)里面，數(shù)據(jù)包丟失也有可能是由于無(wú)線鏈路干擾與分組碰撞等因素所造成的。在無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中檢測(cè)擁塞的方式

2.1 緩存長(zhǎng)度檢測(cè)方式

在節(jié)點(diǎn)緩存內(nèi)數(shù)據(jù)隊(duì)列長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上來(lái)推斷網(wǎng)絡(luò)通信擁塞情況是無(wú)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(duì)列越長(zhǎng)，那么就表示節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)很少，鄰居節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)采用了共享無(wú)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(wèn)題。在緩存長(zhǎng)度擁塞檢測(cè)的基礎(chǔ)上一般設(shè)置一個(gè)閾值，倘若瞬時(shí)緩存隊(duì)列長(zhǎng)度大于該閾值就表示出現(xiàn)了擁塞，該方式的優(yōu)勢(shì)很簡(jiǎn)單，基本上不具備額外的開銷。

2.2 傳輸速率檢測(cè)方式

傳輸速率是依據(jù)節(jié)點(diǎn)傳送速率或者Sink接收數(shù)據(jù)的速率評(píng)斷四周區(qū)域或者整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是不是產(chǎn)生了擁塞現(xiàn)象，ESRT里面Sink節(jié)點(diǎn)按照其接收數(shù)據(jù)的速率推斷網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，其運(yùn)用于周期性數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)所傳送的信息量是一樣的，與此同時(shí)傳送周期是能夠進(jìn)行有效調(diào)整的。按照傳感器節(jié)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的，Sink接收數(shù)據(jù)速率就會(huì)經(jīng)歷由小到大，再?gòu)拇蟮叫〉淖兓鞒獭?/p>

2.3 信道采樣檢測(cè)方式

信道采樣的擁塞檢測(cè)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(diǎn)忙著競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線信道發(fā)送分組。無(wú)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(gè)估計(jì)，該估計(jì)被當(dāng)成擁塞的指標(biāo)，目的在于正確且實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)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(fèi)節(jié)點(diǎn)過(guò)多的能量，CODA在節(jié)點(diǎn)要傳送數(shù)據(jù)時(shí)才對(duì)無(wú)線信道采樣。倘若在采樣的過(guò)程中，信道忙的頻率多就表明四周區(qū)域產(chǎn)生了擁塞問(wèn)題。這樣的檢測(cè)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(shí)還需要將節(jié)點(diǎn)能量耗損提升。

3 控制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞的方式

進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信擁塞控制就是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的擁塞問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的緩解。根據(jù)其所針對(duì)的對(duì)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(duì)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(diǎn)的傳送速率。這樣的控制方式全部基于對(duì)速率的調(diào)節(jié)，通過(guò)端節(jié)點(diǎn)以及中間節(jié)點(diǎn)檢測(cè)擁塞情況或者評(píng)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(shí)間的擁塞，規(guī)定擁塞節(jié)點(diǎn)廣播后壓消息，接著后壓消息會(huì)沿著數(shù)據(jù)流向的相反方向傳播一直到源端節(jié)點(diǎn)。收到后壓消息的源端節(jié)點(diǎn)運(yùn)用AIMD進(jìn)行速率的調(diào)節(jié)，同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)，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(cè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)傳輸速率，且現(xiàn)實(shí)回饋源節(jié)點(diǎn)。

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(jì)思路是經(jīng)過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)里面各個(gè)節(jié)點(diǎn)速率展開優(yōu)化配置與嚴(yán)格限制，以此來(lái)防止擁塞問(wèn)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(diǎn)可以有效控制與協(xié)作?，F(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(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)算自身的憑據(jù)傳送速率，并且登記好管轄子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，把速率平均分配到全部的子樹中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)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(jìng)爭(zhēng)激烈，那么可以分配的速率就會(huì)有所下降。這樣的控制方法致使CCF可以按照信道情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)速率總量，防止信道競(jìng)爭(zhēng)因素造成擁塞。子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量登記是自下而上的，一級(jí)一級(jí)進(jìn)行累加，與速率分配方向相反。經(jīng)過(guò)速率分配機(jī)制，一切子節(jié)點(diǎn)傳送速率總和是不會(huì)高于父節(jié)點(diǎn)傳輸速率的，這樣一來(lái)就可以防止隊(duì)列溢出產(chǎn)生擁塞。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，導(dǎo)致無(wú)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(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)研究與分析，并且還應(yīng)當(dāng)增加對(duì)無(wú)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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