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基于结构化方法的无线传感器网络设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-12-23 10:57:35




  有关密度的最后一个考虑因素是,故障率增加到足够高以致于触发上述级联故障效应的理论极限。当然,这个参数取决于应用程序本身发送的信息量。根据经验,如果每个节点每秒发送一个最大长度的数据包,那么在各个节点的听力范围内这个极限值约为25个节点。密度极限似乎是不变的,与堆栈实现无关,这意味着密度极限与MAC层更基本的CSMA操作有关。例如,我们可以推断每隔n秒发送一个包的节点的密度极限值,就是将最大密度乘以1.2n倍。这个近似值从来不应被用作网络密度的精确指导值,因为实际值将取决于网络中的路由器和终端设备的比例。

 根据信道进行网络划分

   在不能删除节点或降低输出功率的情况下,系统设计师可以选择将工作在单个信道上的单一网络划分为工作在不同信道上的多个网络来解决网络拥塞问题。802.15.4在2.4GHz频率范围内规定了16个信道,在900MHz频率范围内另外还增加了10个信道。将网络置于不同的信道上能够完全隔离不同网络间的相互影响,但根据需要,每个网络可能需要使用协调器(coordinator),并需连接这些协调器,从而带来额外的复杂性。


  如果待分割的网络逻辑上已经是分开的,那么根据信道进行网络划分的方法最有效果。例如,在大楼自动化应用中,让每一楼层的网络工作在各自的信道上通常是比较理想的。但如果每个楼层都有一个网络协调器,那么不同楼层之间的节点相互通信就很麻烦,特别是这样做可能会影响网络性能(高密度网络就是这种情况)。


  同样,还可以根据房间或办公面积进行划分。最重要的是,应该根据具体应用要求和可用信道数量来做出根据物理信道划分网络的决定。当多个子网络中的节点需要相互通信时,这种划分还会使总体设计变得更加复杂。


  信道掩码(就象收发器输出功率一样)是一个可设置的网络参数。应用工程师可以给网络协调器以及必须与该协调器建立连接的网络设备分配一个合适的信道掩码。作为一个标准步骤,协调器将执行能量检测扫描,以便从信道掩码中挑选出“活跃性最差”的信道。


  值得注意的是,除了给掩码分配单个信道外,没有其它方法能强制协调器工作在特定信道上。不过强烈建议在信道掩码中至少要保持两个信道,因为来自WiFi网络、蓝牙耳机和其它电子设备的带内干扰会临时占用本来是空闲的特定信道,致使整个网络瘫痪。在信道掩码中留有多个信道不仅给协调器提供了信道选择余地,今后还能让它灵活地切换到拥塞程度较低的信道。

图2:ZigBee网状网拓扑。


图2:ZigBee网状网拓扑。

根据PANID进行网络划分

  最后一种策略是根据PANID划分网络,这种方法的效率公认要比根据物理信道划分网络的方法低。PANID是一个给定网络中所有设备都知道的唯一标识符。使用不同PANID的设备之间是无法通信的,从而允许多个网络共存于同一区域,而且其中一个网络的数据不会在另外一个网络中出现。事实上,具有不同PANID的多个网络都可以使用相同的物理信道实现相互间的通信。


  虽然根据PANID分割网络不会影响空中拥塞程度,但可以通过在堆栈的较低层滤除来自相邻网络设备(具有另外一个PANID)的业务而减少每个节点处的处理开销量。在大多数情况下,滤除工作可以由PHY层硬件自动完成,从而释放更多的应用资源和时间。对于应用处理和路由开销占主导的应用而言,根据PANID进行划分的方法能够非常有效地在给定区域内容纳更多的节点。

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