無線傳感器網絡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絡通信擁塞的特點進行了簡單的介紹，探討了無線傳感器網絡通信擁塞問題，根據相關實踐經驗，對現階段主要的控制無線傳感器網絡通信擁塞的方法做了闡述。

【關鍵詞】控制無線傳感器 網絡通信 擁塞方法

在現代化社會中，無線傳感器網絡被廣泛使用，如此一來，就導致無線傳感器網絡通信產生了擁塞的問題，無線傳感器網絡通信的擁塞會導致數據重新傳輸或者重新傳輸失敗，從而產生時間延長，數據丟失率高等不良問題，需要解決。

1 無線傳感器網絡通信擁塞的特征分析

以往的網絡通信所采用的是傳輸控制協議來控制擁塞。傳輸控制協議機制是基于丟包重轉與窗口調整的傳輸協議。傳輸控制協議在以往網絡上開展擁堵控制得到了很好的效果，可是傳輸控制協議并不能夠充分適應無線傳感器網絡通信的復雜環境，這是由無線傳感網絡本身的特點所造成的。

（1）以往的擁塞控制是在有線網絡基礎上進行的，其主要遵循的是端到端控制思維，以往擁塞控制機制里面一切和傳輸信息有關的處理均是在端系統中展開的，中間以路山互聯。和無線傳感網絡對等與自組織等特征是不相適應的。

（2）因為無線傳感器網絡的核心在于運用，傳輸數據對實時性要求各不相同，進而造成不一樣的數據信息之間有優先級的區別。以往網絡使用數據包的可靠傳輸機制，保證各個數據包均可以進行有效傳輸，無線傳感網絡是把數據作為核心的。

（3）傳輸控制協議一般認為網絡鏈路是非常可靠的，認為分組丟失就是因為擁塞與緩存隊列溢出導致的。可是，在無線傳感網絡里面，數據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。在無線傳感網絡中純粹地把丟包當成是擁塞出現的標志是不科學的。

2 無線傳感器網絡通信中檢測擁塞的方式

2.1 緩存長度檢測方式

在節點緩存內數據隊列長度的基礎上來推斷網絡通信擁塞情況是無線傳感器網絡通信中比較常見的一種方式與手段。其認為緩存內數據隊列越長，那么就表示節點傳送數據的機會很少，鄰居節點競爭采用了共享無線信道，四周環境越有多的數據要進行傳送就很有可能產生擁塞的問題。在緩存長度擁塞檢測的基礎上一般設置一個閾值，倘若瞬時緩存隊列長度大于該閾值就表示出現了擁塞，該方式的優勢很簡單，基本上不具備額外的開銷。

2.2 傳輸速率檢測方式

傳輸速率是依據節點傳送速率或者Sink接收數據的速率評斷四周區域或者整個網絡是不是產生了擁塞現象，ESRT里面Sink節點按照其接收數據的速率推斷網絡擁塞情況，其運用于周期性數據采集網絡中，傳感器節點所傳送的信息量是一樣的，與此同時傳送周期是能夠進行有效調整的。按照傳感器節點數據量由小到大逐漸提升，網絡遵從不擁塞與最大吞吐量至輕度、重度擁塞變化情況。對應的，Sink接收數據速率就會經歷由小到大，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就是倘若產生擁塞現象，擁塞區域中的節點忙著競爭無線信道發送分組。無線信道持續處在忙的這一狀態之中，信道采樣目標為得到現階段信道利用率的一個估計，該估計被當成擁塞的指標，目的在于正確且實時發現無線信道忙碌與否，需持續采樣信道狀態，可是持續采樣非常耗費節點過多的能量，CODA在節點要傳送數據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域產生了擁塞問題。這樣的檢測機制和MAC層沖突避免機制相融合，可以大大降低能量耗損。信道采樣反映出了網絡通信流量情況，推斷擁塞的精確度很高，可是必須要有底層通信協議作支撐，同時還需要將節點能量耗損提升。

3 控制無線傳感器網絡通信擁塞的方式

進行無線傳感器網絡通信擁塞控制就是對已經出現的擁塞問題進行相應的緩解。根據其所針對的對象與控制方式的差異性，可以把現有協議分成端到端控制與分布式控制機制。因而，此次研究對主要控制機制展開了論述。

3.1 端到端控制法

所謂的端到端控制方式就是擁塞出現以后，直接調整源端節點的傳送速率。這樣的控制方式全部基于對速率的調節，通過端節點以及中間節點檢測擁塞情況或者評估擁塞程度。采用該控制方式的協議包含了PORT與STCP、WCCP與COMUT、ESRT與RCRT。在這里面，最關鍵的就是分布式控制。分布式控制法，一些是根據速率調整的，協議在產生擁塞的區域就地采取舉措;還有一部分是根據流量調整的。CODA采用了很多機制進行擁塞緩解。開環后壓機制比較適合使用在短時間的擁塞，規定擁塞節點廣播后壓消息，接著后壓消息會沿著數據流向的相反方向傳播一直到源端節點。收到后壓消息的源端節點運用AIMD進行速率的調節，同時參照本地區網絡情況，進而判斷是不是需要接著傳送后續數據包。假設網絡擁塞時間長，那么進到死循環擁塞控制機制。Sink按照接收的監測節點傳送的消息中的調節位元，調節這一事件全部的源節點傳輸速率，且現實回饋源節點。

3.2 速率預先分配擁塞控制機制

速率預先分配協議設計思路是經過對網絡里面各個節點速率展開優化配置與嚴格限制，以此來防止擁塞問題的出現。這樣的控制方式必須要網絡里面的節點可以有效控制與協作。現階段，使用這樣的控制機制的協議就是Flush、CCF。其中，CCF是構建在樹狀的結構基礎之上的，使用了自上而下的速率配置防止擁塞產生。各個節點測算自身的憑據傳送速率，并且登記好管轄子樹的節點數量，把速率平均分配到全部的子樹中的節點，節點在自身平均傳輸及分配速率內挑選很小的值當成自己的傳送速率。假設流數提高造成競爭激烈，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調節速率總量，防止信道競爭因素造成擁塞。子樹節點數量登記是自下而上的，一級一級進行累加，與速率分配方向相反。經過速率分配機制，一切子節點傳送速率總和是不會高于父節點傳輸速率的，這樣一來就可以防止隊列溢出產生擁塞。

4 結束語

無線傳感器網絡通信系統是非常復雜的，導致無線傳感器網絡通信產生擁塞的原因是方方面面的，因此，需要相關工作人員在解決有關問題的過程中，對問題進行仔細研究與分析，并且還應當增加對無線傳感器網絡擁塞控制新方式的關注力度。

參考文獻

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