拓扑控制

拓扑控制

1 拓扑控制的意义

无线网络一般具有环境复杂、节点资源受限、网络拓扑不稳定的特点. 不同于有线网络,无线网络可以通过改变各个网络节点传输功率以改变网络的拓扑结构，这就是拓扑控制的实现技术基础。由节点的位置和其无线传输范围所确定的网络拓扑结构对网络的性能有着重大的影响. 如果拓扑结构过于松散,就容易产生网络分区以及增大端到端的时延;相反的,非常密集的拓扑不利于空间重利用,从而减小网络的容量[2]。拓扑管理和控制主要研究如何为节点分配功率以获得具有某种性质的拓扑结构和优化一些网络目标函数,其目的就是提高网络的性能, 降低通信干扰和延长网络的生存时间。

拓扑控制技术是无线网络中最重要的技术之一。在由无线传感器网络生成的网络拓扑中，可以直接通信的两个结点之间存在一条拓扑边。如果没有拓扑控制，所有结点都会以最大无线传输功率工作。在这种情况下，一方面，结点有限的能量将被通信部件快速消耗，降低了网络的生命周期。同时，网络中每个结点的无线信号将覆盖大量其他结点，造成无线信号冲突频繁，影响结点的无线通信质量，降低网络的吞吐率。另一方面，在生成的网络拓扑中将存在大量的边，从而导致网络拓扑信息量大，路由计算复杂，浪费了宝贵的计算资源。因此，需要研究无线传感器网络中的拓扑控制问题，在维持拓扑的某些全局性质的前提下，通过调整结点的发送功率来延长网络生命周期，提高网络吞吐量，降低网络干扰，节约结点资源。

拓扑控制主要研究如何在保证网络连通性的前提下，设计高效的算法为节点分配功率以获得具有某种性质的拓扑结构和优化一些网络目标函数，其目的就是节约节点的发射功率，延长网络的生存时间，提高网络的性能。拓扑控制是无线网络设计和规划的重要组成部分。

拓扑控制技术保证覆盖质量和连通质量，能够降低通信干扰、节省能量，提高MAC(media access control)协议和路由协议的效率。进一步，也可为网络融合提供拓扑基础；此外,拓扑控制还能够提高网络的可靠性、可扩展性等其他性能.总之，拓扑控制对网络性能具有重大的影响，因而对它的研究具有十分重要的意义。

无线网络的特点使拓扑控制成为挑战性研究课题,同时,这些特点也决定了拓扑控制在无线网络研究中的重要性。

2 拓扑控制算法

拓扑控制算法是实现拓扑控制的计算方法，良好的拓扑控制算法将获得计算时间、空间和通讯需求的优势。文献中提出一种基于邻近图MST 模型的LMST(Local Minimum Spanning Tree) 节点功率控制算法。文献中定义MST 如下: 图G(V ，E)的子图'E 为一棵包含了G 所有顶点的树。'E 的所有边的权值的和称为'E 的权值，则最小权值树称作图G 的最小生成树(Minimum Spanning Tree ，MST)。

在LMST 算法中，任意一个节点u 在发送半径范围R 内探测确定自身的邻居节点集合R u N ，节点。及其邻居节点集合R u N 之间的连线构成邻居子图R u G 。图R u G 中边的权值是以边的长度，即边的两个端点之间的欧氏距离来确定的。因为无线通信中，能量消耗E 和距离d 的关系满足式E=k n d ,其中，参数n 的取值范围为24n ≤≤。这意味着随着通信距离的增加，能耗急剧增大。E 严格随d 增大而增大，因此可以使用d 作为边的权值。对节点(1u ，1v )，(2u ，2v )通过以下的公式确定唯一的权值'd :

''11221122(,)(,)(,)(,)d u v d u v d u v d u v >?>

Or 11221122((,)(,)&&max{(),()}max{(),()}d u v d u v id u id v id u id v =>

Or 11221122((,)(,)&&max{(),()}max{(),()}d u v d u v id u id v id u id v =>

&1122&min{(),()}min{(),()}id u id v id u id v >

这样以'd 作为权值，在R u G 范围内进行最小生成树算法得到本地最小生成树u T 。R u G 中各节点将生成的最小生成树u T 上与自身距离为一跳的节点设为邻居节点，并调整发射功率为达到最远邻居节点的功率，减少网络中不必要的链路，从而形成网络拓扑。

在LMST 算法中，假设每一个节点都有一个唯一的ID ，并且知道自身的位置，具有全向天线。假设信道是对称的，无线信号在传播中无障碍。LMST 算法中网络拓扑的建立主要分为三个阶段:

①信息交换：信息需要通过每个节点u 在拓扑结构处理中的所有在R u N 中的信息，这可以获得每个节点用其最大功率来传播的周期性Hello 消息最大传输功率。至少应当包括节点ID 和节点位置。这些定期的信息可以发送任何数据信道或在一个单独的控制信道 .传输hello 信息的两个时间间隔决定节点移动水平,将取决于网络模型.

②拓扑结构：可见邻近R u N 的信息获取之后，每个节点u 独立地用prim 算法在图R u G 中获取它的本地最小生成树((),())u u u T v T E T =，prim 算法的时间复杂度为

G中n是节点数，e是边数。

(log log)(log)

O n n e n O e n

+=，在图

u

③传输功率的决定：假设所有节点的最大传输功率是已知且相同。通过测量接收Hello信息的功率可以确定节点到达邻近节点的功率

算法特点总结：在LMST算法中，每个节点根据其本地拓扑结构（由一跳邻居节点形式的拓扑），计算最小生成树，然后使其直接的一跳内的节点成为其邻居，最后把节点的传输半径设为到达其邻居最远的一跳邻节点所需距离。

LMST算法的缺点：LMST算法导出的拓扑维护了网络的连通性。节点的平均传输半径小并且每个节点的节点度（degree）一般不超过6。虽然LMST算法建立的拓扑具有较高的功率有效性但维护困难。每个节点需要定期地运行该算法以保障网络的连通性。

无线网络拓扑控制研究的发展趋势是以实际应用为背景，多种机制相互融合，强调网络拓扑控制的自适应性和鲁棒性,在保证网络的连通性和覆盖度的前提下，提高网络的通信效率,最大限度地节省能量，延长整个网络的生存时间，提高网络性能。

安装停车场系统拓扑图.接线图及现场管线图

一．系统拓扑图 、标准一进一出系统拓扑图 说明：当停车场收费管理系统为一进一出时，出入口主控板和临时卡计费器之间用RS485通讯线进行并联，然后通过通讯转换卡与电脑的串口连接，实现与停车场系统软件通讯，如果系统带图像对比功能，一般一台电脑最多可控制两进两出，四路监控画面，出入口摄像头与视频采集卡连接，实现图像对比，如果系统无图像对比，一台电脑最多可控制五进五出（即十台读卡控制机）；一套系统中最大可有128台读卡控制机，以上均为联机使用情况。（RS485通讯的理论传输距离不超过1200米，实际传输距离不超过900米，当超过RS485规定的传输距离时，使用光纤连接。）

、标准多进多出系统拓扑图 说明：当停车场收费系统为多进多出时，各出入口的收费电脑之间用网线组成局域网，实现联网，数据库安装于其中一台电脑中，充当服务器，使系统各出入口实现数据共享，例如:停车场系统为一进一出，出口配备一台收费电脑，管理处配备一台管理电脑用于管理和发行卡片，数据库和收费软件安装在管理电脑内，出口电脑只安装收费软件，要实现数据共享，那么二个电脑之间用网线连接，把管理处的电脑设成固定的IP地址，在收费电脑的停车场系统软件子菜单“数据库连接→服务器名”中输入管理处电脑的IP地址，如果管理处电脑IP为，则服务器名设置为：，然后按键保存。（网线的有效传输距离不超过一百米，当超过网线规定的传输距离时，使用光纤连接。）

二、系统接线图、大主控板接线图

、临时卡计费器、发卡器接线图

三、设备安装布线图 、安装位置及管线图（安全岛模式） 出口票箱 入口票箱 入口 出口 安全岛宽度为1.5米 入口道闸 出口道闸管理岗亭 控制主机发卡机 安全岛长度为4.5米，宽1.5米，高10公分，内设钢筋、水泥浇注 岗亭长1.5米，宽1.2米 出入口总宽度为10米 票箱与道闸之间距离为3～3.5米 预埋1条4分PVC 管，内穿2芯1.0平方毫 米电源线1条，75-4视频线1条 预埋2条6分PVC 管，内穿1条2芯0.75平方毫米双绞带屏蔽通讯线；内穿1条3芯1.5平方毫米电源线预埋1条6分PVC 管，其中1条内穿3芯1.5平方毫米电源线，另1条内穿4芯0.5 平方毫米手动按钮控制线 预埋1条6分PVC 管，内穿1条4芯0.5平方毫米控制线，用于主控控制道闸开关线径1.0平方毫米耐高温地感线，相邻地感线圈最好相差一圈，一方串扰。

各系统说明和拓扑图

目录 各系统说明及拓扑图 (2) 一、视频会议系统拓扑图 (3) 二、投影系统拓扑图 (5) 三、门禁系统拓扑图 (6) 四、LED大屏系统拓扑图及说明 (7) 五、网络监控系统拓扑图及优势说明 (8) 六、楼宇对讲系统拓扑图及说明 (10) 七、红外报警系统拓扑图及说明 (17) 八、停车场管理系统拓扑图及说明 (18) 九、虚拟现实实验室拓扑图 (19)

各系统说明及拓扑图 河南思凯蓝通信科技有限公司成立于2012年，注册资金500万元，是一家专业从事建筑智能化设计、系统集成、视讯及室内分布工程的高科技企业。已成为大型行业（政府及企业）信息化全面解决方案和产品的重要提供者，政府信息化建设的领航者。 公司秉承以人为本的企业理念，规范科学的管理和良好的经营机制使公司拥有了一些优秀管理人才和高级工程技术人才，现有员工三十人左右。为服务客户需求，公司特成立了技术支持和售后服务中心，专门负责系统分析、技术服务、工程设计与施工等。高素质、专业化的服务队伍加上严格的管理体系，使我们不仅能在技术上向用户提供全面的解决方案，而且更重要的是，我们能够向用户提供包括专家咨询、业务指导和售后服务的长期保证。 公司一直以来与业界著名厂商保持密切合作关系，积累了丰富的IT专业人员资源、丰富的上游厂商资源、充足的备品备件资源和全国各地服务资源，可以为用户提供及时、高效、专业的技术支持。

一、视频会议系统拓扑图 视频会议将音视频会议、通信与Internet技术相融合，视频会议系统拓扑图之间决定了视频会议系统的实用性，可拓展行以及安全灵活性。由于软/硬件视频会议架构之间的优劣势不同，企业视频会议系统组网结构以及与会者参与方式不同，思凯蓝在视频会议系统拓扑图构建上具备丰富的行业经验，长期服务于大型企业视频会议系统的构架设计与实现，列举部分行业常见网络视频会议系统拓扑图作为参考。 视频会议系统拓扑图1