[发明专利]无线传感网络负载均衡路由方法、运行方法及系统

权利要求书

1.一种无线传感网络负载均衡路由方法，其特征在于，方法包括：

步骤1、控制器根据全网拓扑生成层次化网络拓扑图；

步骤2、控制器计算链路质量和能级均衡度归一化指标，形成一个带权有向图；

步骤3、若网络层数为n，每层执行一次Floyd最短路径算法，共进行n次Floyd最短路径算法，每次执行Floyd最短路径算法之后形成对应层的各传感器节点的路由表，并根据路由表计算该层各链路流量预测归一化指标，计入有向图权重；

步骤4、控制器对各传感器节点的路由表进行编辑更新，并向传感器节点下发编辑更新后的路由表。

2.根据权利要求1所述的无线传感网络负载均衡路由方法，其特征在于，

方法中，还基于传感器节点在邻居节点维护阶段，获取链路质量指标；

传感器节点通过握手形式获得邻居节点信息，增加邻居节点维护阶段的传感器节点发送邻居发现报文的次数，将邻居节点的响应成功率作为丢包率，即：

响应成功率=邻居节点回复次数/邻居发现报文次数（1）。

3.根据权利要求2所述的无线传感网络负载均衡路由方法，其特征在于，

步骤1中：各个传感器节点通过拓扑链路筛选，将响应成功率大于阈值的邻居节点信息上报给控制器，控制器采用广度优先搜索算法建立层次化网络拓扑图。

4.根据权利要求1所述的无线传感网络负载均衡路由方法，其特征在于，

步骤2中，计算带权有向图包括：设全网节点数为m，定义一个m*m的数字矩阵DistanceMatrix；矩阵第x行、第y列代表节点x到节点y的权重；

能量均衡指标按式（2）计算：

能量均衡指标EB=节点总能量/当前能量（2）

带权有向图权重按（3）或（4）计算：

（3）

（4）

其中，x，y分别代表源节点和目的节点，代表由节点x到节点y的链路质量指标，为链路指标权重，为能量均衡指标权重， 为目的节点的能量均衡指标；

当x节点与y节点为邻居节点时，按式（3）计算权重，否则按式（4）将权重记为正无穷。

5.根据权利要求3所述的无线传感网络负载均衡路由方法，其特征在于，

步骤3中，基于多次运行Floyd最短路径算法对网络层的每层执行一次数据处理，逐一确定每层传感器节点路由；

每个网络层在运行Floyd最短路径算法之后，将所述网络层的传感器节点传输数据量计入全局流量矩阵中，并统计出以往流量的最大值和最小值，将以往流量归一化后计入下一层级的路径权重矩阵中，达到均衡全网流量的目的。

6.一种无线传感网络负载均衡路由系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至5任意一项所述的无线传感网络负载均衡路由方法；系统包括相互通信的传感器节点以及控制器。

7.一种传感器节点运行方法，其特征在于，方法运行在权利要求6的无线传感网络负载均衡路由系统中；方法包括：

传感器节点开机后进入邻居发现阶段；

传感器节点周期性的发出目的地址，作为广播地址的邻居发现消息；

其中某个传感器节点接收到邻居发现消息后，向源传感器节点发送邻居回复消息，传感器节点接收到邻居回复消息后，则将邻居节点加入邻居列表；

源传感器节点启动邻居维护计时器，周期性的进行邻居维护工作，并等待拓扑请求消息；

源传感器节点接收到拓扑请求消息后，周期性的进行邻居维护，当邻居节点列表发生变化时，将拓扑修复消息上报给控制器，以通知控制器进行动态路由的计算；

传感器节点接收控制器下发的路由表，并按照自身配置文件，周期性的按照路由表上传采集信息。

8.一种控制器运行方法，其特征在于，方法运行在权利要求6的无线传感网络负载均衡路由系统中；方法包括：

启动控制器；

控制器根据收到的拓扑修复消息组织网络信息，按照预设的路由策略计算全网路由，并根据路由矩阵，由近及远的逐次下发路由；

控制器在收到拓扑维护消息时，采用如权利要求1至5任意一项所述的无线传感网络负载均衡路由方法编辑更新路由表，并下发路由表。