Een draadloos sensornetwerk (WSN) is een verzameling kleine sensorknooppunten met sensor-, reken- en transmissiemogelijkheden. Aangezien de functies van een enkele sensorknoop beperkt zijn, vooral energieopslag en gegevensopslag, moet er een goede netwerktopologie en een goed routeringsprotocol worden ontwikkeld. Dit artikel richt zich op het Zig Bee draadloze sensornetwerk gebaseerd op de IEEE 802.15.4 standaard en stelt een efficiënte clustertopologie MSCT voor gebaseerd op de minimum spanning tree (MST). Het uiteindelijke doel is om een netwerktopologie te bouwen met minimale kosten. De topologie in dit artikel houdt ook rekening met binnenomgevingen, stelt metrieken voor om padverlies en signaalverzwakking veroorzaakt door muren en obstakels te behandelen en de gewichten van links tussen knooppunten te berekenen. Tot slot is de MSCT-topologie die in dit artikel wordt voorgesteld voordeliger dan de Cluster-Tree-topologie wat betreft energieverlies en levensduur van het netwerk.
Elk van de drie Zigbee netwerkstructuren heeft zijn eigen voordelen. Het Zigbee netwerk heeft momenteel drie architecturen: ster, boom en mesh. Je kunt de juiste Zigbee netwerkstructuur kiezen op basis van de werkelijke projectbehoeften.
1. Ster topologie
Dit is de eenvoudigste vorm van topologie. Het bevat een coördinatorknooppunt en een reeks eindapparaatknooppunten. Elk eindapparaatknooppunt kan alleen communiceren met het coördinatorknooppunt. Als communicatie nodig is tussen twee eindapparaatknooppunten, moet informatie worden doorgestuurd via het coördinatorknooppunt.
2. Boom topologie
De boomtopologie bevat een coördinator en een reeks Router- en Eindapparaatknooppunten. De coördinator verbindt een reeks Routers en Eindapparaten en zijn subknooppunt Routers kan ook een reeks Routers en Eindapparaten verbinden. Dit kan herhaald worden voor meerdere niveaus. De structuur van de boomtopologie wordt weergegeven in de onderstaande figuur:
waar je je bewust van moet zijn:
Knooppunten Coördinator en Router kunnen hun eigen knooppunten bevatten.
Eindapparaat kan geen eigen kindknooppunten hebben.
Knooppunten met dezelfde ouderknoop worden sibling-knooppunten genoemd
Knopen met dezelfde grootouderknoop worden nevenknopen genoemd.
Communicatieregels in boomtopologie:
Elk knooppunt kan alleen communiceren met zijn ouder- en kindknooppunten.
Als er gegevens van het ene naar het andere knooppunt moeten worden gestuurd, wordt de informatie via het pad van de boom naar het dichtstbijzijnde voorouderknooppunt gestuurd en vervolgens naar het knooppunt van bestemming.
Het nadeel van deze topologie is dat er slechts één routingkanaal voor informatie is. Bovendien wordt de routering van informatie afgehandeld door de protocol stack laag en is het hele routeringsproces volledig transparant voor de applicatielaag.
De opbouw van het netwerk verschilt van de eerder beschreven Clusterboomstructuur. Het is gebaseerd op een minimale overspannen boom. Stel dat de grafiek G = (V, E) de topologie van een statisch sensornetwerk voorstelt, waarbij V een sensorknooppunt voorstelt en E het verbindingsgewicht tussen twee verbonden knooppunten. Theoretisch vertegenwoordigt het verbindingsgewicht van een sensornetwerk de Euclidische afstand tussen twee knooppunten, maar zoals uitgelegd in het vorige hoofdstuk moet er rekening worden gehouden met padverlies en signaalverzwakking door obstakels in de binnenomgeving. De gewichten worden gesorteerd met behulp van het op "Kruskal" gebaseerde algoritme [6-7] (Algoritme 1, hieronder weergegeven). Volgens dit algoritme kan de topologie met de laagste kosten voor communicatietransmissie worden verkregen.
3. Netwerktopologie
Mesh topologie omvat een Coördinator en een reeks Routers en Eindapparaten. Deze vorm van netwerktopologie is hetzelfde als een boomtopologie; raadpleeg de hierboven vermelde boomnetwerktopologie. De mesh-netwerktopologie heeft echter flexibelere regels voor het routeren van informatie en routeringsknooppunten kunnen indien mogelijk rechtstreeks met elkaar communiceren. Dit routeringsmechanisme maakt de communicatie van informatie efficiënter en betekent dat wanneer zich een probleem voordoet op een routeringspad, de informatie automatisch kan worden verzonden via andere routeringspaden. Hieronder wordt een schematisch diagram van een mesh-topologie weergegeven:
Gewoonlijk zal de netwerklaag bij de implementatie van ondersteunende mesh-netwerken een overeenkomstige functie voor routeverkenning voorzien. Met deze functie kan de netwerklaag het optimale pad voor informatieoverdracht vinden. Opgemerkt moet worden dat de hierboven genoemde functies allemaal worden geïmplementeerd door de netwerklaag en dat de applicatielaag geen participatie nodig heeft.
De MESH mesh netwerktopologie heeft krachtige functies. Het netwerk kan communiceren via "multi-level hops"; deze topologie kan ook een extreem complex netwerk vormen; het netwerk heeft ook zelforganiserende en zelfhelende functies;
Met de snelle ontwikkeling van draadloze sensornetwerken wordt draadloze technologie op grote schaal gebruikt in basisstations die landmeetkundige en cartografische gegevens verzenden [1]. Draadloze sensornetwerken moeten in praktische toepassingen over een groot gebied worden ingezet. Als de uitrol eenmaal is voltooid, is het relatief moeilijk om de uitrol weer te veranderen. Daarom is het noodzakelijk om de beperkte middelen van elk knooppunt in het netwerk efficiënt te gebruiken. Er zijn veel toepassingsgebieden van draadloze sensoren, zoals temperatuur- en vochtigheidscontrole, domotica, reddingsmonitoring, enz. De meeste toepassingen vereisen draadloze transmissie op grote schaal en moeten ondersteund worden door standaarden zoals IEEE802.11b. Relevante studies hebben aangetoond dat traditionele draadloze standaarden zoals Bluetooth en WLAN [2] niet langer geschikt zijn voor toepassingen in domotica en industriële detectiescenario's binnenshuis. De IEEE802.15.4 standaard wordt meestal gekozen voor dit toepassingsscenario. Dit artikel richt zich op de studie van de efficiënte clustertopologie MSCT gebaseerd op de minimum spanning tree (MST) onder de voorwaarde van binnenmuurinterferentie. 1Cluster-Tree netwerktopologie Cluster-Tree is een netwerktopologie gebaseerd op de IEEE802.15.4 standaard. In draadloze sensornetwerken is energieverbruik een belangrijk onderdeel waarmee rekening moet worden gehouden. Dit artikel zal eerst de efficiëntie van Cluster-Tree netwerktopologie bestuderen in termen van energieverbruik [3]. De Cluster-Tree netwerktopologie is verdeeld in twee hiërarchische relaties, parent en child, zoals weergegeven in Figuur 1. In deze topologie communiceert elke clusterknoop via de hoofdknoop van dit niveau en wordt de hoofdknoop van elke laag bestuurd door de PAN-coördinator [4]. De topologie wordt opgebouwd via associatieverzoeken en associatieantwoorden. Om het beste besturingseffect van het ZigBee netwerktype te bereiken, moeten het aantal en de uitbreidingsdiepte van de kindknooppunten van elke ouderknoop binnen een bepaald bereik liggen. De diepte verwijst hier naar de afstand tussen de PAN-coördinator en het knooppunt. Bijvoorbeeld: het knooppunt van de PAN-coördinator wordt beschouwd als niveau 0, en het kindknooppunt van de PAN-coördinator wordt beschouwd als niveau 1.
Trefwoorden: datatransmissie terminal