无线传感器网络通信拥塞的控制方式

张千 代文亮

摘要

本文对无线传感器网络通信拥塞的特点进行了简单的介绍，探讨了无线传感器网络通信拥塞问题，根据相关实践经验，对现阶段主要的控制无线传感器网络通信拥塞的方法做了阐述。

【关键词】控制无线传感器 网络通信 拥塞方法

在现代化社会中，无线传感器网络被广泛使用，如此一来，就导致无线传感器网络通信产生了拥塞的问题，无线传感器网络通信的拥塞会导致数据重新传输或者重新传输失败，从而产生时间延长，数据丢失率高等不良问题，需要解决。

1 无线传感器网络通信拥塞的特征分析

以往的网络通信所采用的是传输控制协议来控制拥塞。传输控制协议机制是基于丢包重转与窗口调整的传输协议。传输控制协议在以往网络上开展拥堵控制得到了很好的效果，可是传输控制协议并不能够充分适应无线传感器网络通信的复杂环境，这是由无线传感网络本身的特点所造成的。

（1）以往的拥塞控制是在有线网络基础上进行的，其主要遵循的是端到端控制思维，以往拥塞控制机制里面一切和传输信息有关的处理均是在端系统中展开的，中间以路山互联。和无线传感网络对等与自组织等特征是不相适应的。

（2）因为无线传感器网络的核心在于运用，传输数据对实时性要求各不相同，进而造成不一样的数据信息之间有优先级的区别。以往网络使用数据包的可靠传输机制，保证各个数据包均可以进行有效传输，无线传感网络是把数据作为核心的。

（3）传输控制协议一般认为网络链路是非常可靠的，认为分组丢失就是因为拥塞与缓存队列溢出导致的。可是，在无线传感网络里面，数据包丢失也有可能是由于无线链路干扰与分组碰撞等因素所造成的。在无线传感网络中纯粹地把丢包当成是拥塞出现的标志是不科学的。

2 无线传感器网络通信中检测拥塞的方式

2.1 缓存长度检测方式

在节点缓存内数据队列长度的基础上来推断网络通信拥塞情况是无线传感器网络通信中比较常见的一种方式与手段。其认为缓存内数据队列越长，那么就表示节点传送数据的机会很少，邻居节点竞争采用了共享无线信道，四周环境越有多的数据要进行传送就很有可能产生拥塞的问题。在缓存长度拥塞检测的基础上一般设置一个阈值，倘若瞬时缓存队列长度大于该阈值就表示出现了拥塞，该方式的优势很简单，基本上不具备额外的开销。

2.2 传输速率检测方式

传输速率是依据节点传送速率或者Sink接收数据的速率评断四周区域或者整个网络是不是产生了拥塞现象，ESRT里面Sink节点按照其接收数据的速率推断网络拥塞情况，其运用于周期性数据采集网络中，传感器节点所传送的信息量是一样的，与此同时传送周期是能够进行有效调整的。按照传感器节点数据量由小到大逐渐提升，网络遵从不拥塞与最大吞吐量至轻度、重度拥塞变化情况。对应的，Sink接收数据速率就会经历由小到大，再从大到小的变化流程。

2.3 信道采样检测方式

信道采样的拥塞检测的依据就是倘若产生拥塞现象，拥塞区域中的节点忙着竞争无线信道发送分组。无线信道持续处在忙的这一状态之中，信道采样目标为得到现阶段信道利用率的一个估计，该估计被当成拥塞的指标，目的在于正确且实时发现无线信道忙碌与否，需持续采样信道状态，可是持续采样非常耗费节点过多的能量，CODA在节点要传送数据时才对无线信道采样。倘若在采样的过程中，信道忙的频率多就表明四周区域产生了拥塞问题。这样的检测机制和MAC层冲突避免机制相融合，可以大大降低能量耗损。信道采样反映出了网络通信流量情况，推断拥塞的精确度很高，可是必须要有底层通信协议作支撑，同时还需要将节点能量耗损提升。

3 控制无线传感器网络通信拥塞的方式

进行无线传感器网络通信拥塞控制就是对已经出现的拥塞问题进行相应的缓解。根据其所针对的对象与控制方式的差异性，可以把现有协议分成端到端控制与分布式控制机制。因而，此次研究对主要控制机制展开了论述。

3.1 端到端控制法

所谓的端到端控制方式就是拥塞出现以后，直接调整源端节点的传送速率。这样的控制方式全部基于对速率的调节，通过端节点以及中间节点检测拥塞情况或者评估拥塞程度。采用该控制方式的协议包含了PORT与STCP、WCCP与COMUT、ESRT与RCRT。在这里面，最关键的就是分布式控制。分布式控制法，一些是根据速率调整的，协议在产生拥塞的区域就地采取举措;还有一部分是根据流量调整的。CODA采用了很多机制进行拥塞缓解。开环后压机制比较适合使用在短时间的拥塞，规定拥塞节点广播后压消息，接着后压消息会沿着数据流向的相反方向传播一直到源端节点。收到后压消息的源端节点运用AIMD进行速率的调节，同时参照本地区网络情况，进而判断是不是需要接着传送后续数据包。假设网络拥塞时间长，那么进到死循环拥塞控制机制。Sink按照接收的监测节点传送的消息中的调节位元，調节这一事件全部的源节点传输速率，且现实回馈源节点。

3.2 速率预先分配拥塞控制机制

速率预先分配协议设计思路是经过对网络里面各个节点速率展开优化配置与严格限制，以此来防止拥塞问题的出现。这样的控制方式必须要网络里面的节点可以有效控制与协作。现阶段，使用这样的控制机制的协议就是Flush、CCF。其中，CCF是构建在树状的结构基础之上的，使用了自上而下的速率配置防止拥塞产生。各个节点测算自身的凭据传送速率，并且登记好管辖子树的节点数量，把速率平均分配到全部的子树中的节点，节点在自身平均传输及分配速率内挑选很小的值当成自己的传送速率。假设流数提高造成竞争激烈，那么可以分配的速率就会有所下降。这样的控制方法致使CCF可以按照信道情况动态调节速率总量，防止信道竞争因素造成拥塞。子树节点数量登记是自下而上的，一级一级进行累加，与速率分配方向相反。经过速率分配机制，一切子节点传送速率总和是不会高于父节点传输速率的，这样一来就可以防止队列溢出产生拥塞。

4 结束语

无线传感器网络通信系统是非常复杂的，导致无线传感器网络通信产生拥塞的原因是方方面面的，因此，需要相关工作人员在解决有关问题的过程中，对问题进行仔细研究与分析，并且还应当增加对无线传感器网络拥塞控制新方式的关注力度。

参考文献

[1]方如举，王建平，孙伟.智能配电网无线传感器通信网络的跨层协作控制[J].电子测量与仪器学报，2018，32（02）：128-136.

[2]王中杰.基于ZigBee的煤矿井下无线传感器网络通信节点控制机制研究[J].煤矿机械，2014，35（03）：198-200.