Topologieanpassung

Topologieanpassung bezeichnet in der Netz- und Systemtechnik den gezielten Prozess der Änderung der Topologie eines Systems, das heißt der Verbindung- bzw. Nachbarschaftsstruktur zwischen Knoten oder Komponenten, um Leistungsziele zu erreichen. In Netzwerken bezieht sie sich auf Anpassungen der Verbindungsstruktur durch Linkbildung und Linkabbau, Mobility oder dynamische Routing-Entscheidungen, während in verteilten Robotersystemen die Kommunikationsgrafen neu konfiguriert werden. Sie dient der Sicherung von Konnektivität, Minimierung von Energieverbrauch, Lastausgleich, Reduktion von Latenz sowie Erhöhung der Fehlertoleranz.

Methoden der Topologieanpassung umfassen Topologie-Kontrolle durch Anpassung von Reichweiten oder Ausschnitte der Verbindung, das Formulieren von Linkaufbau- und Linkabbau-Regeln, sowie das Einsatz dynamischer Routing-Protokolle. Weitere Ansätze sind clusterbasierte oder formationsbasierte Algorithmen, die eine stabile, effiziente Netzwerkstruktur gewährleisten. In vielen Fällen kommen graphentheoretische Kennzahlen wie Konnektivität, Algebraische Konnektivität oder mittlere Pfadlängen zum Einsatz, um den Erfolg von Anpassungen zu bewerten.

Anwendungen finden sich primär in drahtlosen Sensornetzen, Mobile Ad-Hoc-Netzen, dem Internet der Dinge, kooperativen Robotersystemen, sowie in Not- und Krisenreaktionsszenarien, in denen Netze flexibel reorganisiert werden müssen. Auch in kritischen Infrastrukturen wie Strom- oder Verkehrsnetzen können Topologieanpassungen kurzfristige Stabilisierung oder Ausfallkompensation ermöglichen.

Herausforderungen sind Stabilität während laufender Änderungen, Overhead durch Nachbarschaftserkennung und Protokollkommunikation, begrenzte Ressourcen, Skalierbarkeit, Sicherheit und Robustheit gegenüber Störungen oder Angriffe. Siehe auch Topologie-Kontrolle, dynamische Netze, Netzwerkanalyse.