Диссертация (1137248), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В [68] приведена следующая классификация задач управления мобильностью:1. Контроль местоположения мобильных устройств, задающий следующиеосновные параметры:27∙ Способ определения местоположения мобильных устройств в пространстве.∙ Метод адресации мобильных устройств.∙ Формат и размещение баз данных с информацией о географическом положении мобильных элементов.∙ Алгоритм обновления информации о местоположении.2. Управление переключением – изменение точки соединения мобильногоэлемента с сетью, включающий следующие задачи:∙ Определение условий запуска процедуры переключения (ослабление силы сигнала, перегрузка канала связи, наличие лучшего соединения, изменение топологии сети и др.)∙ Установление нового соединения.∙ Организация маршрутизации пакетов через новую точку доступа.Однако если для традиционных сетей решение вышеперечисленных задач направлено главным образом на обеспечение эффективного перестроениясети (например, при переходе мобильного элемента от одной базовой станциик другой) по критерию минимизации задержек, то в сенсорных сетях критерием выступает минимизация дополнительной потребляемой энергии.Для решения задач маршрутизации в БСС с мобильным стоком былипредложены специализированные алгоритмы и протоколы.
Протокол прямого распространения (Directed Diffusion) [42] работает таким образом, что узлысети не поддерживают устойчивые таблицы маршрутизации. Запросы информации каждый раз инициируются стоком, после чего они распространяютсяпо сети с помощью широковещательной трансляции. Узел-адресат, получивший такой запрос, производит сбор необходимых данных и отправляет их по28обратному маршруту, созданному в процессе исходящего запроса. Маршрутпри этом сохраняется и может использоваться повторно.Недавно был предложен усовершенствованный вариант протокола дляподдержки мобильности стока [52].
Он отличается от исходного протоколатем, что фиксирует в структуре сети специальный виртуальный узел (RelayNode), располагающийся в непосредственной близости со стоком и инициирующий процедуру обновления маршрутов в случае, если сток меняет своеположение.Схожие принципы представлены в протоколах ART (Adaptive ReversalTree) [40], ERUP (Efficient Route Update Protocol) [39] и SOT (Sink OrientedTree) [41].1.4.2. Мобильность как ресурсКонцепция мобильности как ресурса для осуществления динамическойреконфигурации уже рассматривалась в ряде работ по беспроводным сенсорным и ситуационным сетям. Она предполагает выделение одного или нескольких узлов сети, которые являются неограниченными в ресурсах и могут перемещаться по некоторому конечному числу позиций с целью выравниваниянагрузки на сеть.Chatzigiannakis и др.
[26] исследуют возможности использования координированного движения малого числа пользователей в сети для достиженияэффективного взаимодействия между любой парой мобильных устройств.Часть сетевых узлов действует в качестве агентов переадресации, доставляющих пакеты для других станций. Взаимодействие происходит, когда источники агент либо агент и сток находятся в зоне приема.Было выделено два основных подхода к использованию мобильности какресурса в системах сбора данных.29В первом случае [20, 25, 46, 57, 66, 71] в структуру сети вводятся дополнительные элементы, которые работают как промежуточные узлы храненияданных.
Проходя по сети, они собирают информацию с сенсоров, а затем,приближаясь к центру сбора данных, передают в него всю собранную информацию. Основная идея такого типа мобильности - заменить многозвенную(multi-hop) передачу внутри сети с множеством ретрансляций до стока прямым взаимодействием между каждым узлом и мобильным агентом.
Преимуществом подхода является существенная экономия энергии и, как следствие,увеличение времени жизни сети. Недостатком является серьезное увеличениезадержек доставки данных. Поэтому данный подход применим только длясистем, некритичных к задержкам. Кроме того, с точки зрения концепциисенсорных сетей, происходит нарушение одного из ее основных принципов самоорганизации сети. Фактически происходит переход от сети к множествуизолированных узлов.В [71] описывается базовая архитектура сенсорной сети с мобильнымиагентами сбора данных SENMA (SEnsor Networks with Mobile Agents), онасравнивается с традиционной ячеистой сетью сбора данных.
Предлагаетсямодель сети в виде диска фиксированного радиуса с равномерным размещением на нем узлов сети. Исследуется зависимость потребляемой мощностиузлов от плотности их размещения. Авторы делают вывод об эффективности использования мобильных узлов, однако недостаточно внимания уделеноописанию самого процесса их перемещения.Shah, Roy et al. [66] предложили архитектуру сети в виде решетки, накоторой размещаются три типа узлов (см. рис.
1.4) - сенсоры, точки сбора данных и специальные мобильные узлы, обозначаемые MULEs (mobile ubiquitousLAN extensions) и используемые в качестве агентов переадресации между сенсорами и точками сбора.В статье также предлагается модель работы сети со случайным переме30Рис.
1.4. Архитектура сети с промежуточными узлами хранения Data MULEsщением мобильных узлов. Согласно данной модели работа сети разбиваетсяна циклы. В начале каждого цикла все мобильные узлы случайным образом выбирают соседнюю позицию на решетке и переходят на нее. Для такогоподхода выводится аналитическая формула среднего количества шагов между посещениями сенсорного узла и точки доступа, позволяющая оцениватьвозникающие в сети задержки.В [46] описывается решение с автономным мобильным элементом буферизации (роботом), который посещает статически размещенные сенсоры, собирает с них данные и доставляет их к стоку. Эта идея аналогична ранееописанной концепции с агентами переадресации MULE, однако, в данном случае движение робота связано с внутренними параметрами сети и задачамиконкретного приложения, генерирующего трафик.
Робот является частью системы и уже сама система управляет его мобильностью (controlled mobility).В статье приводятся результаты эксперимента по управлению скоростью робота для оптимизации сбора данных.В [57] описывается сбор данных с помощью аэропланов, пролетающих31над территорией покрытия сенсорной сети. Предлагается модель сети, включающая две группы узлов (0 и 1), каждая группа характеризуется плотностью размещения и начальной энергией узлов , входящих в него. Перваягруппа содержит сенсорные узлы с датчиками и ретрансляторы, вторая центры локальных кластеров, в которые собирается информация и которыезатем передают весь объем информации на пролетающий аэроплан. Решаетсязадача нахождения оптимального набора входных параметров [0 , 1 , 0 , 1 ]для обеспечения заданного минимального времени жизни сети и обеспеченияс заданной вероятностью связности графа сети.Второй подход [18, 20, 25, 70, 76] предполагает сохранение ключевой схемы работы сенсорной сети с ретрансляцией, но при этом центральный узел(узлы) сбора данных становится мобильным.
В этом случае можно находитькомпромисс между энергопотреблением и возникающими задержками, в зависимости от задач конкретного приложения.Задача, связанная с адаптацией сети к движению стоков, описана в [20].Авторы рассматривают ситуацию, когда шаблон движения стока заранее известен (например, ситуация движения грузов на конвейере). В данном случаеможно использовать эту информацию для передачи данных либо перестроения таблиц маршрутизации в определенные моменты времени, когда узел сбора c большой вероятностью находится в зоне покрытия приёмопередатчика.Аппаратное решение для динамических стоков представлено в [25]. Описанатехнология вывода сенсоров из спящего режима при приближении координатора, а также исследуется необходимая дальность передачи для гарантированного сбора данных при заданной скорости движения стока, характеретрафика в сети, времени, требуемом для передачи одного пакета и необходимом количестве сенсоров, с которых собираются данные.В [70] рассматривается сеть с несколькими стоками, которая задается ввиде графовой модели с потоками пакетов по каждому направлению.
Ключе32вая задача, решаемая в работе - определение оптимальной стратегии маршрутизации пакетов в статической сети с многими центральными узлами. Сточки зрения возможной динамической реконфигурации авторами предлагается несколько эвристических алгоритмов.Модели реконфигурируемых БСС с мобильным стоком, наиболее близкие к модели, предлагаемой в диссертации, описаны в следующих работах:Wang, Basagni et al. [76] предложили модель сети, в которой узлы и мобильный сток располагаются в узлах решетки (см. рис. 1.5). Передача данных в беспроводной сети идет по вертикали и горизонтали по направлениюк стоку, который может перемещаться по той же самой решетке. Авторамидается постановка оптимизационной задачи линейного программирования, врезультате решения которой для каждой из позиций находится оптимальноевремя нахождения стока по критерию максимизации времени жизни сети.Преимуществом представления сети в виде решетки является возможностьаналитически вычислить потоки данных, передаваемые через каждый маршрутизатор при каждом положении стока.Рис.
1.5. Модель БСС с мобильным стоком в виде решеткиОднако размещение узлов в реальных сетях редко подчиняется такой четкой организации. Кроме того, модель никак не описывает возможные маршруты перемещения стока и связанные с ними ограничения, как с точки зрения33возможных переходов между позициями, так и с точки зрения дополнительной энергии, затрачиваемой узлами.В статье [18] рассматриваются сети, разбитые на отдельные изолированные сегменты.
Каждый сегмент в свою очередь разделяется на конечное число квадратов, каждый из которых может быть потенциальной позицией стока. В работе решаются две задачи:1. Нахождение кратчайшего маршрута стока, обходящего все изолированные сегменты сети. Данная задача аналогична известной задаче коммивояжера [58] и не представляет большого интереса.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
