[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

说明书

本发明提供无线传感网络负载均衡路由方法、运行方法及系统，涉及无线通信技术领域，控制器根据全网拓扑生成层次化网络拓扑图；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；若网络层数为n，进行n次Floyd最短路径算法，每一次进行最短路径算法后，形成第n层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；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。本发明将链路质量、能量均衡、流量均衡预测纳入考虑的分层模型改进算法，可以有效缓解无线传感网络负载震荡的情况，提高传感器网络寿命。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线传感网络负载均衡路由方法、节点和控制器运行方法及系统。

背景技术

在传统的无线传感器网络中，已经有不少经典的能量有效算法提出并得以应用，但这些算法以分布式计算为主，传感器网络的控制功能和数据转发功能紧密结合，均需传感器节点参与，带来了很多不足。首先，分布式算法难以获得全网信息，因此无法获得全局最优解，由此增加了热点节点的损耗、提高了网络堵塞等可能性，降低了全网寿命和效率；第二，节点参与控制计算，不可避免的产生了控制消息的交互，增加了网络流量，减少了全网寿命；第三，单一传感器节点由于需要支持较强的功能，导致硬件成本上升；第四，单一节点复杂的功能，使得传感器定制化程度升高，增加了行业应用的成本。

正是由于以上传统无线传感器网络技术的不足，现有技术中，软件定义无线传感器网络（Software Defined Wireless Sensor Network，以下简称SDWSN）技术开始被越来越多的关注。SDWSN技术实际是软件定义网络（Software Defined Network，以下简称SDN）技术在WSN技术上的延伸。SDN技术在传统有线网络方面取得了一定的成绩，其思想也被借鉴到无线传感器网络技术上，并根据WSN特点对技术特性进行修改，形成SDWSN，目前主要研究分支之一是通过算法来对无线通信流量进行均衡，从而提升WSN的寿命。然而，目前的能量均衡算法和流量预测算法均有一定的缺陷。这两种算法均完全基于历史负载情况制定路由策略，因此会尽力规避历史情况下的低能量节点或高流量节点，这将导致传感器网络频繁更新路由表，使网络出现较大的振荡，造成可观的控制开销。造成这一现象的原因主要是因为各种算法将历史情况数值化之后，一次性应用最短路径算法获得路由表，所有的节点地位平等，并不清楚互相之间的路径选择，因此这种算法忽视了引入和采用使各节点流量尽可能的均匀化分布的技术手段和过程。

发明内容

本发明提供的无线传感网络负载均衡路由方法将链路质量、能量均衡、流量均衡预测纳入考虑的分层模型改进算法，可以有效缓解无线传感网络负载震荡的情况，提高传感器网络寿命。

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，进行n次Floyd最短路径算法，每一次进行最短路径算法后，形成第n层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。

进一步需要说明的是，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）。

进一步需要说明的是，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。