[發明專利]一種負載均衡的RPL多路徑數據傳輸機制

在審

• 申請號: 201810009671.2
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108174412A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 唐宏;劉東東;徐棟;阮持光
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W28/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種負載均衡的多路徑數據傳輸機制，屬于無線傳感器網絡領域，該機制包含步驟：(1)依據數據傳輸代價選出每個節點的最優多父節點集，完成網絡拓撲的初始化構建；(2)設計一種多路徑數據流量分配度量標準，其有效地結合了無線鏈路質量、節點剩余能量、節點緩存占用率以及中繼節點的子節點數量等多種度量，在考慮多種度量的情況下，可以有效地反映各種度量對權重的影響，可以準確地評價各個路徑的具體的性能情況；(3)基于流量分配度量標準，設計一種能夠最大化均衡網絡負載的流量分配策略，以獲得最優數據傳輸方案。該機制能夠最大化地實現負載均衡，有效地均衡了節點能耗、延長了網絡生存時間和提高了路由可靠性。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，特別涉及了一種基于多種度量的多路徑數據傳輸機制。

背景技術

近年來，隨著物聯網技術的快速發展，低功耗有損網絡(Low Power and LossyNetworks,LLN)成為備受人們關注的研究熱點。LLN具有廣泛的應用場景，譬如軍事偵查、環境監測、工業控制、智能家居、醫療保健、城市交通和樓宇智能化等領域。LLN是由大量的無線傳感器節點組成，這些節點的存儲能力、處理能力和能量均受限，且節點之間的無線鏈路具有有損特性和不穩定性，因此基于LLN的上述特征及其廣泛的應用前景，國際互聯網工程任務組(the Internet Engineering TaskForce,IETF)提出了一種基于IPv6的低功耗有損網絡路由協議(IPv6RoutingProtocol for LLN,RPL)。

RPL路由協議是一種單路徑路由協議，節點只能選擇備選父節點中一個最優父節點進行數據的轉發，這將導致構建的路徑過于單一，在傳輸數據的過程中不能有效地均衡網絡負載，從而不利于數據的傳輸且嚴重影響網絡各方面的性能。當路徑遭遇故障后，RPL使用本地修復算法進行修復，但過程需要重新運行程序監測和建立路徑，效率不高，能量損失嚴重。為了應對單路徑路由協議的局限性，研究人員提出了多路徑路由策略。多路徑路由策略允許節點同時選擇多個父節點將數據并行傳輸，提高了網絡的可靠性，并減少了擁塞。

Lodhi等提出了一種臨時多路徑的RPL數據傳輸機制，主要用于緩解網絡擁塞。當中繼節點檢測到其最優父節點發生網絡擁塞后，選擇一個備選父節點進行數據分流，但通過備選父節點進行數據分流，但只能暫時解決網絡擁塞，并且會增加控制包的數量，影響網絡性能。

張宗杰等在多路徑的基礎上提出了一種對數據流量進行按路徑權重的并行傳輸方案，其核心思想為根據鏈路質量的不同和節點在單位時間內接收到的數據包數量動態的調整鏈路上的數據流量分配，但是考慮的路徑過于單一，不能有效地均衡負載。

Iova等提出以節點期望壽命作為路由度量標準的多路徑RPL路由協議，并結合流量分配策略旨在使每個節點的能耗相同，使得每條路徑上的瓶頸節點的能耗降低，從而達到延長網絡生存時間的目的，但是使得每個節點的能耗相同，不符合實際的場景。

朱立才等提出了一種能量有效的RPL多路徑數據分發機制，建立了一種符合實際場景的節點能量消耗模型，根據能量離散程度度量判定網路中節點的能量均衡程度，從而有效地均衡了網絡中節點的能耗，但只考慮能量的離散程度度量，沒有考慮其他因素，不有利于數據包的有效傳輸。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有的不足，提出了一種負載均衡的RPL多路徑數據傳輸機制。

本發明的技術方案如下：

一種負載均衡的RPL多路徑數據傳輸機制，包括以下步驟：

S1：依據數據傳輸代價選出每個節點的最優多父節點集完成網絡拓撲的初始化構建；

S2：設計一種數據流量分配度量標準，其有效地結合了無線鏈路質量、節點剩余能量、節點緩存占用率以及中繼節點的子節點數量等多種度量；