[发明专利]一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制

说明书

本发明涉及一种负载均衡的多路径数据传输机制，属于无线传感器网络领域，该机制包含步骤：(1)依据数据传输代价选出每个节点的最优多父节点集，完成网络拓扑的初始化构建；(2)设计一种多路径数据流量分配度量标准，其有效地结合了无线链路质量、节点剩余能量、节点缓存占用率以及中继节点的子节点数量等多种度量，在考虑多种度量的情况下，可以有效地反映各种度量对权重的影响，可以准确地评价各个路径的具体的性能情况；(3)基于流量分配度量标准，设计一种能够最大化均衡网络负载的流量分配策略，以获得最优数据传输方案。该机制能够最大化地实现负载均衡，有效地均衡了节点能耗、延长了网络生存时间和提高了路由可靠性。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别涉及了一种基于多种度量的多路径数据传输机制。

背景技术

近年来，随着物联网技术的快速发展，低功耗有损网络(Low Power and LossyNetworks,LLN)成为备受人们关注的研究热点。LLN具有广泛的应用场景，譬如军事侦查、环境监测、工业控制、智能家居、医疗保健、城市交通和楼宇智能化等领域。LLN是由大量的无线传感器节点组成，这些节点的存储能力、处理能力和能量均受限，且节点之间的无线链路具有有损特性和不稳定性，因此基于LLN的上述特征及其广泛的应用前景，国际互联网工程任务组(the Internet Engineering TaskForce,IETF)提出了一种基于IPv6的低功耗有损网络路由协议(IPv6RoutingProtocol for LLN,RPL)。

RPL路由协议是一种单路径路由协议，节点只能选择备选父节点中一个最优父节点进行数据的转发，这将导致构建的路径过于单一，在传输数据的过程中不能有效地均衡网络负载，从而不利于数据的传输且严重影响网络各方面的性能。当路径遭遇故障后，RPL使用本地修复算法进行修复，但过程需要重新运行程序监测和建立路径，效率不高，能量损失严重。为了应对单路径路由协议的局限性，研究人员提出了多路径路由策略。多路径路由策略允许节点同时选择多个父节点将数据并行传输，提高了网络的可靠性，并减少了拥塞。

Lodhi等提出了一种临时多路径的RPL数据传输机制，主要用于缓解网络拥塞。当中继节点检测到其最优父节点发生网络拥塞后，选择一个备选父节点进行数据分流，但通过备选父节点进行数据分流，但只能暂时解决网络拥塞，并且会增加控制包的数量，影响网络性能。

张宗杰等在多路径的基础上提出了一种对数据流量进行按路径权重的并行传输方案，其核心思想为根据链路质量的不同和节点在单位时间内接收到的数据包数量动态的调整链路上的数据流量分配，但是考虑的路径过于单一，不能有效地均衡负载。

Iova等提出以节点期望寿命作为路由度量标准的多路径RPL路由协议，并结合流量分配策略旨在使每个节点的能耗相同，使得每条路径上的瓶颈节点的能耗降低，从而达到延长网络生存时间的目的，但是使得每个节点的能耗相同，不符合实际的场景。

朱立才等提出了一种能量有效的RPL多路径数据分发机制，建立了一种符合实际场景的节点能量消耗模型，根据能量离散程度度量判定网路中节点的能量均衡程度，从而有效地均衡了网络中节点的能耗，但只考虑能量的离散程度度量，没有考虑其他因素，不有利于数据包的有效传输。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有的不足，提出了一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制。

本发明的技术方案如下：

一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制，包括以下步骤：

S1：依据数据传输代价选出每个节点的最优多父节点集完成网络拓扑的初始化构建；

S2：设计一种数据流量分配度量标准，其有效地结合了无线链路质量、节点剩余能量、节点缓存占用率以及中继节点的子节点数量等多种度量；