自组织网络在IOT设备中的应用

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近年来,IOT设备开始在家庭和工业中广泛应用,网络接入方式是决定IOT设备连接稳定性、可靠性及成本的关键技术之一。 如果一个设备需要连接到无线网络,最本能的想法是通过Wi-Fi、蜂窝等方法直接连接到网关/路由器,实现IOT设备的网络化。
Wi-Fi与蜂窝的连接方式简单有效,另外还有带宽大的优点,但单个网关/AP覆盖的范围有限,特别是IOT设备在家庭、工业区等场景中,在水池中、沙发的角落,甚至在家里的外部要面对这种情况,您需要扩展网关/路由器的范围,或者切换到其他网络连接方法,例如使用具有网格功能的路由器。 即,通过由多个路由器构成一组MESH来扩大无线复盖范围,从而部分地解决上述问题。 但是,它不是一个完全自组织的网络,一组网格路由器不仅昂贵,而且还存在盲区。
ad  hoc网络(ad  hoc  )类型的网络协议可以有效地解决信号无法到达的问题,如zigbee和蓝牙消息。 自组织网络具有自发产生网络拓扑,节点失效后网络自动匹配的特点。
ad  hoc网络是什么? 与传统网络的最大区别在于,自组织网络的节点处于不稳定的拓扑状态,由于通信节点的位置的移动和信道的变化,网络中的节点很难稳定地接入AP。 自组织网络中的节点成为其他节点接入网络的转发节点,在拓扑变化的过程中,不需要人工干预,这也是其名称“自组织”的由来。
从平面结构、10个节点以下的无人机网到理论上最多65536个节点的zigbee网络,他们都属于自组织网络。
由于具有无需基础网络、抗干扰能力强、功耗低、覆盖面广等优点,自组网在军事、应急救援、传感器网络等多个方面得到了广泛应用。
在MAC层解决信道接入的基础上,网络级的解决方法主要有两种。
1、表驱动方式:该方式是网络中的所有节点定期或不定期广播本节点的路由表信息,其他节点接收并转发,更新自身的路由表。 更新路由记录时,生成自增加的id,通过比较id大小进行路由表的废弃。 通过以上步骤,能够在网络内所有节点上维持全部路由表,具有转发延迟小的优点是,维持路由表的开销变大,随着节点数的增加而急剧上升2、按需路由方式:这种方式下节点不维护实时、全量的路由表。 如果有转发需求,则发起路由搜索请求,通过其他节点进行转发,到达目标节点; 目的地节点返回确认消息,转发后返回源节点,建立路由。 这种方法的利弊与前者正好相反。 维护开销小,但延迟大。
那么,与传统的点对点网络相比,ad  hoc网络在IOT  APP应用程序场景中有什么好处呢?
自组织对网络阅读的要求不高。
可以有效解决家庭内外、户外工作等缺乏固有网络设施的场景中的网络覆盖问题。
网络环境适应性强,发生断路或节点故障时,网络会自动调整。
另外,对IOT设备的用户也非常方便,设备的安装过程也不需要刻意调整设备节点的网络环境,在网络环境存在变动的情况下,也不需要人工干预。
网络连接量很大。
传统的Wifi方法通常有40到80个连接上限,无法支持工业级的IOT  APP应用程序场景。 通过在网络上划分ad  hoc网络,可以大幅增加网络中支持的节点数。 如果zigBee协议支持数量为65536,则大多数现代智能大厦和工厂现在需要数万个传感器,访问ad  hoc网络的方式是最佳选择。
功耗相对于WiFi、蜂窝较低,定时唤醒和拦截可以使ad  hoc网络设备长时间进入休眠状态,降低功耗。
这一特性决定了IOT设备可以依赖电池实现长时间的工作,大大减少了设备的维护工作。
以上,ZigBee、Z-Wave、Thread、蓝牙mesh等自组织网络协议已成为IOT产业不可缺少的连接方式,在未来物联网发展中覆盖更广的场景,更重要
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