專利名稱：基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是ー種新興的、極具發(fā)展?jié)摜木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)可以將大量簡單的節(jié)點大冗余地隨機部署在某個地區(qū)，節(jié)點之間通過自組織地組網(wǎng)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種復雜環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進行網(wǎng)內(nèi)處理，從而獲得詳盡且準確的信息，并傳送給后臺骨干網(wǎng)服務(wù)器或者相關(guān)觀測者。如圖I所示，大多數(shù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，傳感節(jié)點將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x最近的匯聚節(jié)點(Sink)，從而形成“多對一”的匯聚型傳輸。傳統(tǒng)算法的數(shù)據(jù)流向多表現(xiàn)為 “多對一”的特征，Sink的鄰居節(jié)點將充當大數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點功能。因此，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，將不可避免地在Sink鄰居節(jié)點處形成瓶頸節(jié)點，導致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至直接導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此在負載均衡場景下，首先使用移動終端作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點提供簇內(nèi)節(jié)點接入，當有新的網(wǎng)關(guān)節(jié)點移入后，能對傳感節(jié)點進行負載均衡。如果節(jié)點由于突發(fā)業(yè)務(wù)等原因通過sink下方的簇頭節(jié)點持續(xù)向Sink節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，突顯傳感節(jié)點多跳傳輸轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分布的不均衡性，將會導致Sink節(jié)點附近某些節(jié)點負載過重，長時間處于傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)將導致這些節(jié)點的能量耗盡，過早死亡，縮短網(wǎng)絡(luò)壽命。在UE可充當網(wǎng)關(guān)的環(huán)境下，為了延長網(wǎng)絡(luò)壽命，在多個UE接入點的情況下提出ー種BS輔助下的負載均衡機制。此算法不僅考慮了各個UE間的負載均衡，同時也考慮了局部區(qū)域的負載均衡。在蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合的架構(gòu)下，移動網(wǎng)關(guān)的引入將有助于在蜂窩網(wǎng)協(xié)助下，提高傳感網(wǎng)的性能。在此融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，移動終端進入傳感網(wǎng)區(qū)域，作為移動網(wǎng)關(guān)為傳感網(wǎng)節(jié)點提供服務(wù)，移動終端之間如何實現(xiàn)負載均衡，是融合網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)之一，其基本場景如圖2所示。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)量龐大的節(jié)點之間往往采用多跳、自組織的無線通信方式完成網(wǎng)絡(luò)的初始化任務(wù)。而這種基于自組織的網(wǎng)絡(luò)存在著節(jié)點能量損耗不均勻、數(shù)據(jù)傳輸效率低、部署缺乏靈活性，極易產(chǎn)生負載不均衡，在某些熱點地區(qū)出現(xiàn)傳輸瓶頸節(jié)點等固有問題，往往導致其整體網(wǎng)絡(luò)性能劣化。傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系中，感知數(shù)據(jù)由源節(jié)點以自組織方式經(jīng)過多跳傳遞到遠端Sink節(jié)點。通常情況下，這些節(jié)點具備類似的能量、儲存、計算和傳輸能力，即節(jié)點是同構(gòu)的。其數(shù)據(jù)流向多表現(xiàn)為“多對一”的特征。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，將不可避免地在Sink鄰居節(jié)點處形成瓶頸節(jié)點，各個sink網(wǎng)關(guān)負載的不平衡導致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至直接導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為了解決此問題，可以在使用了移動手機終端作為移動網(wǎng)關(guān)提供接入服務(wù)的前提下，移動網(wǎng)關(guān)之間可以在蜂窩網(wǎng)絡(luò)BS控制下進行接入節(jié)點的負載均衡控制。傳統(tǒng)的使用網(wǎng)關(guān)進行負載均衡的做法是I、當有新傳感節(jié)點入網(wǎng)時，直接由其父節(jié)點進行控制，如果沒有達到父節(jié)點的負載閾值，允許此節(jié)點進行接入的請求。2、各個sink網(wǎng)關(guān)及簇頭節(jié)點之間的負載并不均衡，有的負載節(jié)點較多，而有些鄰居節(jié)點則較少，無法真正意義上實現(xiàn)負載均衡和能量消耗的平均，從而造成某些中間節(jié)點區(qū)域因能量耗盡而提前死亡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，該方法保證了即使是在負載很重的情況下網(wǎng)關(guān)也能做出快速響應(yīng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動終端周期性的向基站匯報自身當前的負載信息；基站將全部移動終端周期性上傳的負載信息維護成負載能力映射表。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述負載均衡方法包括以下步驟步驟一，基站通過查找負載能力映射表，為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些參與負載均衡的鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi，并將相關(guān)信息通知所述負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl ；步驟ニ，當負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，計算各個鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的負載能力，并選擇出負載能力最好的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；步驟三，移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報選擇鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；步驟四，基站發(fā)送確定消息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點準備加入請求；步驟五，移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的傳感節(jié)點發(fā)送釋放請求；步驟六，收到釋放請求的傳感器節(jié)點向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請求，觸發(fā)接入過程； 步驟七，完成接入過程后，鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報給基站。作為本發(fā)明的另ー種優(yōu)選方式，所述負載均衡能力Clb為Clb = F{Cp，Np, Cp_awg，
し diff，Nspiit，し res，^remaind Nmax，J，中，Cp，Np，し p-avrg，し diff，^split Cres，Nrema^n(j j Nmax し VuEl-UEi ,UEI-UEi
定義為兩個通信半徑分別為Rl和Ri的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；CP定義為重疊區(qū)域內(nèi)移動終端網(wǎng)關(guān)UEl服務(wù)的傳感節(jié)點的業(yè)務(wù)總流量；NP定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點及其所有子節(jié)點的總數(shù)；Cp_arag定義為重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以總節(jié)點數(shù)目；Cdiff定義為移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負載的流量差；C,es定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔的負載量ホ_定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負載的最大節(jié)點數(shù)；Nsplit定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點數(shù)；NMaind定義為將被分割到參與負載均衡的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點個數(shù)。
作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，所述釋放請求中包含鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個簇分割出去，由鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點到鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點分割出去。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。


圖I為無線傳感網(wǎng)的通信場景示意圖；圖2為傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合系統(tǒng)中移動網(wǎng)關(guān)的通信場景示意圖；圖3為本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法的流程示意圖；圖4為基于簇頭的節(jié)點分割法的場景示意圖；圖5為基于距離的節(jié)點分割法的場景示意圖；圖6為隨機節(jié)點分割法的場景示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)(Wireless Sensor Networks,WSNs)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，該方法可應(yīng)用于無線傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當手機為雙模且具有蜂窩網(wǎng)絡(luò)和傳感網(wǎng)絡(luò)通信模塊時，該手機可以作為移動網(wǎng)關(guān)使用。傳感器節(jié)點通過手機移動網(wǎng)關(guān)將檢測到的數(shù)據(jù)通過手機網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺服務(wù)器，實現(xiàn)實時監(jiān)測、感知和采集各種監(jiān)測環(huán)境和對象的信息，在軍用和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明首先定義了ー個重要參數(shù)負載能力映射表，它是描述在蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，移動終端成為移動網(wǎng)關(guān)后接入的WSN節(jié)點負載情況，并提供相關(guān)負載詳細信息。當某個移動網(wǎng)關(guān)由于實時業(yè)務(wù)負載過重或者超負載時，該移動網(wǎng)關(guān)根據(jù)自身相關(guān)信息及鄰居負載信息選擇ー個最優(yōu)網(wǎng)關(guān)來為自身服務(wù)的節(jié)點提供接入服務(wù)。通過基站(BaseStation,BS)提供負載信息表，負載過重的移動網(wǎng)關(guān)根據(jù)各個鄰居網(wǎng)關(guān)的負載能力、通信覆蓋范圍等選擇合適的網(wǎng)關(guān)來進行負載均衡，不僅可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率；而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失，降低了路由重建中的能量損耗和不必要的信令交互。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步詳細說明。實施例一本實施例提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，該方法的主要內(nèi)容為首先定義ー個重要參數(shù)——負載能力映射表。所述重要參數(shù)負載能力映射表是描述在蜂窩網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，移動終端成為移動網(wǎng)關(guān)后提供接入服務(wù)的WSN節(jié)點負載情況，并提供相關(guān)負載詳細信息。當某個移動網(wǎng)關(guān)由于實時業(yè)務(wù)負載過重或者超負載時，該移動網(wǎng)關(guān)根據(jù)自身相關(guān)信息及鄰居負載信息選擇ー個最優(yōu)網(wǎng)關(guān)來為自身服務(wù)的節(jié)點提供接入服務(wù)。負載過重的移動網(wǎng)關(guān)根據(jù)基站提供負載信息表計算各個鄰居網(wǎng)關(guān)的負載能力和通信覆蓋范圍等，選擇合適的網(wǎng)關(guān)來進行負載均衡，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率。所述基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法的具體實現(xiàn)過程為I.負載能力映射表所述負載能力映射表是描述在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和移動網(wǎng)絡(luò)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動終端要周期性的向基站匯報自身當前的負載信息?；揪S護所述負載能力映射表，或者各個網(wǎng)關(guān)負載信息，從而得知哪個網(wǎng)關(guān)高負荷，需要實施負載均衡。2.負載均衡能力
基站通過查找負載能力映射表，為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)選擇ー些參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，并將相關(guān)信息通知所述負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)。當負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，將計算各個候選網(wǎng)關(guān)的負載能力，即其能為多少屬于自己的節(jié)點提供接入服務(wù)。負載平衡能力的具體參數(shù)包括但不限于以下內(nèi)容重疊區(qū)VUE1_UEi，它定義為兩個通信半徑分別為Rl和Ri的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域。流量Cp，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)，UEl服務(wù)的傳感節(jié)點的業(yè)務(wù)總流量。節(jié)點數(shù)Np，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點及其所有子節(jié)點的總數(shù)。平均流量Cp_OTg，它定義為重疊區(qū)域的節(jié)點平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以節(jié)點數(shù)目。相對流量Cdiff,它定義為移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負載的流量差。剰余負載Cies，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔的負載量。節(jié)點最大數(shù)Nmax,它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負載的最大節(jié)點數(shù)。分割節(jié)點數(shù)Nsplit，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點數(shù)。剩余節(jié)點數(shù)Nranaind,它定義為將被分割到參與負載均衡的鄰居移動網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點個數(shù)。Clb — F {Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax, }；Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax G VUE1_UEi (I)3.負載均衡過程基站通過查找負載能力映射表，為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)選擇ー些適合參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，具體選擇步驟如下所示基站發(fā)送參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，所述相關(guān)信息包括負載能力映射表中所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的負載相關(guān)信息；移動終端網(wǎng)關(guān)UEl收到所述相關(guān)信息后，計算各個候選鄰居網(wǎng)關(guān)參與負載均衡的的能力，并選擇出一個負載能力最好的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；
移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報選擇鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；基站發(fā)送確定消息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點準備加入請求；移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的節(jié)點(即將由鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2為其提供接入服務(wù)的節(jié)點)發(fā)送釋放請求，所述釋放請求中包含鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息；收到釋放請求的傳感器節(jié)點向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請求，觸發(fā)接入過程;完成接入過程后，鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報給基站。本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之 間的能量消耗及信令消耗，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。實施例ニ本實施例提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法的實際應(yīng)用情況。本實施例考慮的適用場景是在人員相對比較集中的城市熱點地區(qū)，及傳感網(wǎng)及蜂窩網(wǎng)覆蓋相對密集區(qū)域。在該區(qū)域中，有大量的傳感節(jié)點和大量成為移動網(wǎng)關(guān)的移動終端存在，并且在該區(qū)域中，傳感網(wǎng)具有負載大，業(yè)務(wù)量大等特點。因此，本發(fā)明能在更好的完成移動網(wǎng)關(guān)的負載均衡功能的同時，有效的減少傳感網(wǎng)的業(yè)務(wù)丟失及能耗。本實施例首先定義了ー個重要參數(shù)-負載能力映射表，所述負載能力映射表描
述的是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和移動網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動終端要周期性的向基站匯報自身當前的負載信息?；矩撠熅S護負載能力映射表或/和各個網(wǎng)關(guān)的負載信息，從而得知哪個網(wǎng)關(guān)高負荷，需要實施負載均衡。所述負載能力映射表包括但不限于以下參數(shù)網(wǎng)關(guān)GW-ID,是網(wǎng)關(guān)的標識,它定乂為移動終端網(wǎng)關(guān)的ID ；負載節(jié)點數(shù)N，它定義為移動終端能夠為傳感節(jié)點提供網(wǎng)關(guān)功能服務(wù)的節(jié)點個數(shù)；流量C，它定義為移動終端網(wǎng)關(guān)的當前業(yè)務(wù)量及流量；通信半徑R，它定義為移動終端能夠為傳感節(jié)點提供網(wǎng)關(guān)功能服務(wù)的傳感網(wǎng)通信范圍，即移動終端網(wǎng)關(guān)與最遠節(jié)點的距離加上最遠節(jié)點的通信半徑。位置L，它定義為移動終端網(wǎng)關(guān)的位置信息。在城市熱點區(qū)域中，移動終端要周期性的向基站匯報各自當前的負載信息。在蜂窩基站側(cè)，基站保存其覆蓋區(qū)域中的所有傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的負載參數(shù)。如果移動終端網(wǎng)關(guān)UEl的負載超過負載閾值Tth，移動終端網(wǎng)關(guān)UEl則會將過負載狀況上報給基站?；就ㄟ^查找負載能力映射表，為移動終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，并將相關(guān)信息通知移動終端網(wǎng)關(guān)UE1。移動終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，將計算各個候選網(wǎng)關(guān)的負載均衡能力，即其能為多少屬于自己的節(jié)點提供接入服務(wù)。負載均衡能力的具體參數(shù)包括但不限于以下內(nèi)容重疊區(qū)VUE1_UEi，它定義為兩個通信半徑分別為Rl和Ri的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；流量Cp，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)，UEl服務(wù)的傳感節(jié)點的業(yè)務(wù)總流量；
節(jié)點數(shù)Np，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點的數(shù)目及其所有子節(jié)點的總數(shù)；平均流量Cp-avrg，它定義為重疊區(qū)域的節(jié)點平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以節(jié)點數(shù)目；相對流量Cdiff，它定義為移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi所負載的流量差;剰余負載Cres，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負載過重的移動網(wǎng)關(guān)UEl分擔的負載量；節(jié)點最大數(shù)Nmax,它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負載的最大節(jié)點數(shù)；分割節(jié)點數(shù)Nsplit，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負載過重的移動網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點數(shù)；
剩余節(jié)點數(shù)Nremaind，它定義為將被分割到參與負載均衡的鄰居移動網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點個數(shù)。Clb — F {Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff，Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax, }；Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax G VUE1_UEi鄰居候選移動網(wǎng)關(guān)的負載均衡能力可以由上述函數(shù)通過加權(quán)或者層次分析法計算得到。通過移動網(wǎng)關(guān)自身的計算與判斷選擇合適的鄰居網(wǎng)關(guān)來參與負載均衡，減少了相關(guān)信令的交互及基站的負載，更好的實現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)功能與特性。在將來的工作設(shè)計中，可以通過調(diào)節(jié)上述函數(shù)中相關(guān)參數(shù)的加權(quán)因子或者比重，以達到對各個環(huán)境下的適用性，這樣的改變是極其容易的，井能大大提高蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，網(wǎng)關(guān)負載均衡的性能。下面在城市熱點區(qū)域，結(jié)合各個移動網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息，詳細描述移動網(wǎng)關(guān)的負載均衡過程，詳細流程如圖3所示，包括以下內(nèi)容在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)架構(gòu)下，作為傳感網(wǎng)的移動終端網(wǎng)關(guān)周期性的向基站匯報自身當前的負載情況，基站負責維護ー個負載能力映射表；當移動終端網(wǎng)關(guān)UEl的負載超過負載閾值Tth時，其上報給基站；基站通過查找負載能力映射表，為所述移動終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些適合參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，具體選擇步驟為I)基站發(fā)送參與負載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息包括負載能力映射表中候選鄰居網(wǎng)關(guān)的負載信息；2)移動終端網(wǎng)關(guān)UEl收到所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息后，計算各個候選鄰居網(wǎng)關(guān)參與負載均衡的能力，并選擇出一個最好的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；3)移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報選擇鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡；4)基站發(fā)送確定消息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點準備加入請求；5)移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去由鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2為其提供接入服務(wù)的節(jié)點發(fā)送釋放請求，所述釋放請求中包含鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息；6)收到釋放請求的傳感器節(jié)點向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請求，觸發(fā)接入過程；7)完成接入過程后，鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報給基站。移動終端網(wǎng)關(guān)UEl根據(jù)基站提供的各個候選鄰居移動網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息計算各個候選鄰居移動網(wǎng)關(guān)能為其分擔的負載能力，選擇ー個最好的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2參與負載均衡。然后移動終端網(wǎng)關(guān)UEl根據(jù)自身及鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的位置及負載信息，選擇分割的傳感節(jié)點。移動終端網(wǎng)關(guān)UEl可以通過以下三種方法選擇將要被分割出去的節(jié)點第一種方法是基于簇頭的節(jié)點分割法，如圖4所示，即在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個簇分割出去，由鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。這種方法能使網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，不用進行后續(xù)的修正。第二種方法是基于距離的節(jié)點分割法，如圖5所示，即在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點到鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點分割出去。第三種方法是最簡單的節(jié)點分割法，如圖6所示，即在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點。這種方法將帶來網(wǎng)絡(luò)局部重組，消耗信令及能量。上述方法只在原則上負載均衡帶來的路由切換的例子。在這個方案中，基站具有更多的責任，它決定是否以及何時進行網(wǎng)關(guān)負載平衡，然后根據(jù)負載能力映射表選擇ー些候選鄰居網(wǎng)關(guān)并提供相關(guān)信息的。 本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動終端周期性的向基站匯報自身當前的負載信息；基站將全部移動終端周期性上傳的負載信息維護成負載能力映射表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于，所述負載均衡方法包括以下步驟 步驟一，基站通過查找負載能力映射表，為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇一些參與負載均衡的鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi，并將相關(guān)信息通知所述負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl ； 步驟二，當負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，計算各個鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的負載能力，并選擇出負載能力最好的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡； 步驟三，移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報選擇鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2來參與負載均衡； 步驟四，基站發(fā)送確定消息給移動終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點準備加入請求； 步驟五，移動終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的傳感節(jié)點發(fā)送釋放請求； 步驟六，收到釋放請求的傳感器節(jié)點向鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請求，觸發(fā)接入過程； 步驟七，完成接入過程后，鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報給基站。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于，所述負載均衡能力Clb為CibNp，Cp_avrg Cdiff，Nspiit，CresJ Nremaind，Nmax，}其中， Cp，Np，Cp_avrgj Cdiff，NSpiit，Cresj Nremaind，Nmas ^ ^UEl-UEi ;^UE1-UEi 定義為兩個通信半徑分別為Rl和Ri的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；CP定義為重疊區(qū)域內(nèi)移動終端網(wǎng)關(guān)UEl服務(wù)的傳感節(jié)點的業(yè)務(wù)總流量；NP定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點及其所有子節(jié)點的總數(shù)；Cp_OTg定義為重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以總節(jié)點數(shù)目；Cdiff定義為移動終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負載的流量差;Cres定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔的負載量；Nmax定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負載的最大節(jié)點數(shù)；Nsplit定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負載過重的移動終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點數(shù)；NMaind定義為將被分割到參與負載均衡的鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點個數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于所述釋放請求中包含鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個簇分割出去，由鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點到鄰居移動終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點分割出去。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點的選擇方式為在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法，該方法的主要內(nèi)容為在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動終端周期性的向基站匯報自身當前的負載信息；基站將全部移動終端周期性上傳的負載信息維護成負載能力映射表。本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，增加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。
文檔編號H04W36/22GK102811461SQ20111014560
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者袁芝, 歐陽玉玲, 單聯(lián)海, 酈振紅, 王海峰 申請人:上海無線通信研究中心