一種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡方法，該方法的步驟包括對網(wǎng)絡(luò)進行初始化；初始化后的網(wǎng)絡(luò)中每一個sink節(jié)點開始進行流量監(jiān)測，并定期上報給網(wǎng)關(guān)節(jié)點；普通終端節(jié)點一旦收到網(wǎng)關(guān)發(fā)出的sink節(jié)點負載不均衡的警告信息，則立即處理警告信息，使網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡。本發(fā)明所述技術(shù)方案在保證網(wǎng)絡(luò)可靠性和有效性的同時，通過均衡網(wǎng)絡(luò)的負載，能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。
【專利說明】-種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，特別是涉及一種基于RPL的多個sink節(jié)點 的負載均衡方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微型傳感器節(jié)點以自組織的方式構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN)被廣泛地應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、智能家居、城市交通和現(xiàn)代化農(nóng) 業(yè)等領(lǐng)域。一些簡單的小規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域如環(huán)境監(jiān)測等，在網(wǎng)絡(luò)部署中一般使用單個匯聚 節(jié)點sink，以減小網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。然而這種簡單的網(wǎng)絡(luò)組織形式使網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴展 性受到限制，一旦網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量增大導(dǎo)致sink節(jié)點過載或者失效，整個網(wǎng)絡(luò)將停止工作。因 此在大規(guī)模部署的應(yīng)用中，一般部署多個sink節(jié)點，這樣節(jié)點可以很據(jù)鏈路狀態(tài)等路由度 量選擇最優(yōu)的sink作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點，從而最小化網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，均衡網(wǎng)絡(luò)的負 載。然而僅通過增加 sink節(jié)點數(shù)量來平衡網(wǎng)絡(luò)負載仍然無法徹底解決網(wǎng)絡(luò)負載不均衡的 問題。
[0003] 低功耗有損網(wǎng)絡(luò)是由功率、存儲空間、處理能力等資源受限的嵌入式設(shè)備所組成 的網(wǎng)絡(luò)。針對低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的特點，IETF的R0LL(Routing Over Low power and Lossy networks)工作組提出的一種低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL。RPL路由協(xié)議是一種距離向量 路由協(xié)議，該路由協(xié)議的路由選擇限制和度量標(biāo)準(zhǔn)在IETF RFC6551中被定義。RPL中沒有 提供存在多個sink節(jié)點時如何均衡sink節(jié)點之間的負載的機制。
[0004] 目前有很多關(guān)于如何均衡多個Sink節(jié)點之間負載的研究?？梢院唵胃爬橐韵?兩類：基于移動sink節(jié)點的負載均衡機制和基于固定sink的負載均衡機制?；谝苿?sink的負載均衡路由協(xié)議由于sink的移動性，容易造成路由的頻繁更新與重建，從而帶來 額外的能源消耗和端到端的時延，因此一般采用固定sink的方法。基于能耗和開銷的考 慮，目前幾種負載均衡路由協(xié)議不能直接應(yīng)用于低功耗有損的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中。
[0005] 本發(fā)明在RPL路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前存在的幾種負載均衡的策略，提出一 種基于RPL的多sink負載均衡路由協(xié)議（LB-RPL)。
[0006] 因此，需要提供一種多sink負載均衡路由協(xié)議，用于低功耗有損的無線傳感網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供涉及一種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡 方法，以克服目前在大規(guī)模低功耗無損網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中具有多個sink節(jié)點時存在負載不均衡 的問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
[0009] -種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡方法，該方法的步驟包括
[0010] S1、對網(wǎng)絡(luò)進行初始化；
[0011] S2、初始化后的網(wǎng)絡(luò)中每一個sink節(jié)點開始進行流量監(jiān)測，并定期上報給網(wǎng)關(guān)節(jié) 占.
[0012] S3、普通終端節(jié)點一旦收到網(wǎng)關(guān)發(fā)出的sink節(jié)點負載不均衡的警告信息，則立即 處理警告信息，使網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡：
[0013] S31、判斷本地是否存在其他通信子網(wǎng)D0DAG的信息，如果沒有則忽略該警告信 息；
[0014] S32、判斷自身在通信子網(wǎng)D0DAG中的深度，是否滿足切換條件，如果深度大于設(shè) 定的閾值，則進行通信子網(wǎng)D0DAG切換；
[0015] S33、如果不滿足切換條件則根據(jù)信息中攜帶的路由信息進行路由表的更新。
[0016] 優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)初始化的步驟包括
[0017] S11、所有sink節(jié)點廣播帶有不同網(wǎng)絡(luò)前綴信息DI0消息；
[0018] S12、普通終端節(jié)點接收所有DI0消息，并且根據(jù)DI0消息中的Rank值選擇加入某 一 sink節(jié)點提供的D0DAG ;
[0019] S13、加入D0DAG的終端節(jié)點開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0020] 優(yōu)選的，所述sink節(jié)點流量監(jiān)測的步驟包括
[0021] S21、網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，sink節(jié)點開始監(jiān)測接收的數(shù)據(jù)流量狀態(tài)信息；
[0022] S22、sink節(jié)點定期將自己的的流量信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點；
[0023] S23、利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點計算網(wǎng)絡(luò)的不均衡度S，作為判斷網(wǎng)絡(luò)負載失衡的標(biāo)準(zhǔn)。
[0024] S24、監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)負載不均衡情況，發(fā)送警告信息。
[0025] 優(yōu)選的，該方法進一步包括為了防止在負載均衡時造成網(wǎng)絡(luò)的震蕩，網(wǎng)關(guān)處理時 需根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷是否需要啟動負載均衡。
[0026] 優(yōu)選的，所述防止網(wǎng)絡(luò)震蕩的步驟包括
[0027] 網(wǎng)關(guān)進行各個sink節(jié)點信息的匯總并進行不均衡度計算；
[0028] 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況設(shè)定網(wǎng)絡(luò)不均衡度閾值；
[0029] 網(wǎng)關(guān)將定期收集sink節(jié)點的信息計算所得的不均衡度和預(yù)先設(shè)定的閾值比較， 如果大于閾值，則正常啟動負載均衡，否則認為此時網(wǎng)絡(luò)的負載普遍較重，不進行負載均衡 處理。
[0030] 優(yōu)選的，利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于RPL的多個sink節(jié)點的負載均衡方法，其特征在于，該方法的步驟包括 51、 對網(wǎng)絡(luò)進行初始化； 52、 初始化后的網(wǎng)絡(luò)中每一個sink節(jié)點開始進行流量監(jiān)測，并定期上報給網(wǎng)關(guān)節(jié)點； 53、 普通終端節(jié)點一旦收到網(wǎng)關(guān)發(fā)出的sink節(jié)點負載不均衡的警告信息，則立即處理 警告信息，使網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡： 531、 判斷本地是否存在其他通信子網(wǎng)DODAG的信息，如果沒有則忽略該警告信息； 532、 判斷自身在通信子網(wǎng)DODAG中的深度，是否滿足切換條件，如果深度大于設(shè)定的 閾值，則進行通信子網(wǎng)DODAG切換； 533、 如果不滿足切換條件則根據(jù)信息中攜帶的路由信息進行路由表的更新。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載均衡方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)初始化的步驟包括 511、 所有sink節(jié)點廣播帶有不同網(wǎng)絡(luò)前綴信息DIO消息； 512、 普通終端節(jié)點接收所有DIO消息，并且根據(jù)DIO消息中的Rank值選擇加入某一 sink節(jié)點提供的DODAG; 513、 加入DODAG的終端節(jié)點開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載均衡方法，其特征在于，所述sink節(jié)點流量監(jiān)測的步驟 包括 521、 網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，sink節(jié)點開始監(jiān)測接收的數(shù)據(jù)流量狀態(tài)信息； 522、sink節(jié)點定期將自己的的流量信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點； 523、 利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點計算網(wǎng)絡(luò)的不均衡度S，作為判斷網(wǎng)絡(luò)負載失衡的標(biāo)準(zhǔn)。 524、 監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)負載不均衡情況，發(fā)送警告信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載均衡方法，其特征在于，該方法進一步包括為了防止在 負載均衡時造成網(wǎng)絡(luò)的震蕩，網(wǎng)關(guān)處理時需根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷是否需要啟動負載均 衡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的負載均衡方法，其特征在于，所述防止網(wǎng)絡(luò)震蕩的步驟包括 網(wǎng)關(guān)進行各個sink節(jié)點信息的匯總并進行不均衡度計算； 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況設(shè)定網(wǎng)絡(luò)不均衡度閾值； 網(wǎng)關(guān)將定期收集sink節(jié)點的信息計算所得的不均衡度和預(yù)先設(shè)定的閾值比較，如果 大于閾值，則正常啟動負載均衡，否則認為此時網(wǎng)絡(luò)的負載普遍較重，不進行負載均衡處 理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的負載均衡方法，其特征在于，利用公式
計算網(wǎng)絡(luò)不平衡度，其中，F(xiàn)n為第n個sink流量負載值，F(xiàn)代表所有DODAG中sink流量負載的平均值。
【文檔編號】H04W28/08GK104243339SQ201410498184
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】高德云, 胡婷婷, 楊冬, 張宏科, 朱婉婷, 趙偉程 申請人:北京交通大學(xué)