[发明专利]一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制

摘要

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。 1

主权项

1.一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制，其特征在于：该方法包括以下步骤：

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；

S3：基于流量分配度量标准，提出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。

2.根据权利要求1所述的一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制，其特征在于：所述步骤S1的具体方法为：

最优多父节点集的选择是指在网络拓扑构建过程中，分别计算源节点的数据包经由各个多父节点集成功传输到根节点的传输代价；传输代价越小，则多父节点集的优先级就越高，将优先级最高的多父节点集作为源节点的最优多父节点集，具体步骤如下：

S11：计算节点i的一个数据包成功传输到其各个多父节点集的传输代价；

S12：计算节点i的各多父节点集的一个数据包成功传输到根节点的传输代价，C₁≤C₂≤···≤C_|MPS(i)|；

S13：计算源节点的一个数据包经由各个父节点集成功传输到根节点的端到端传输代价；

CMPS_i,MPS(i)＝C_i,MPS(i)+RC_i,MPS(i)                (3)

节点i最终选择端到端总传输代价最小值所对应的多父节点集作为其最优多父节点集，至此，节点i的最优多父节点集选择过程结束。

3.根据权利要求2所述的一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制，其特征在于：所述步骤S2的具体方法为：

首先根据S1中得到的最优父节点集完成网络拓扑的初始化构建，然后根据流量分配标准计算出源节点和中继节点与其最优父节点集中每个节点之间的数据流量分配度量标准值；数据流量分配度量标准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；具体步骤如下：

S21：在网络拓扑构建过程中，节点i的最优父节点集中的每个节点根据当前剩余能量计算出其期望寿命；

S22：在网络拓扑构建过程中，节点i的最优父节点集中的每个节点分别根据各自的缓存占用大小计算缓存占用率，从而有利于避免节点i为高负载的备选父节点分配较多的数据流量；

式中，current_buffer_occupancy_jmax_buffer分别表示节点的当前缓存占用大小，最大缓存空间，网络中每个节点的最大缓存空间相同；

S23：在网络拓扑构建过程中，节点i的最优父节点集中的每个节点分别统计其子节点发回的目的地通告消息(DestinationAdvertisement Object,DAO)的数量，即可获得当前处于连接状态的子节点数量，从而有利于避免节点i为子节点数量较多的父节点分配较多的数据流量；

S24：在网络拓初始化过后，最优多父节点集CPS(i)中的每个节点将其期望寿命、缓存占用率以及其子节点的数量等相关信息添加到DIO消息的选项部分中，并将携带上述信息的DIO信息广播出去；

S25：节点i根据接收到其最优多父节点集中CPS(i)所有节点广播的DIO消息后计算与最优多父节点集中每个节点之间的数据流量分配标准值；

式中，CN_j表示节点j的子节点个数，Rank表示节点j的网络深度值。

4.根据权利要求3所述的一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制，其特征在于：所述步骤S3的具体方法：

根据权利要求1和2完成网络拓扑构建和得到每条路径的路由分配标准值；依据数据流量分配度量标准值的大小得到每条路径的权重大小，最后进行多路径数据流量的分配，此数据流量的分配策略具体方法如下：

P(l(i,j))＝W(l(i,j))N               (7)

式中，l(i,j)表示节点i与其最优多父节点集中的节点j之间的无线链路，l(i,P_k)表示节点i与最优父节点集中节点P_k之间的无线链路；另外，式中metric(l(i,j))表示节点i与节点j之间的路由度量值，|OMPS(i)|表示节点i的最优多父节点集中的节点个数，P(l(i.j))为i和j的链路之间分配的数据包的数量，N为节点i需要转发的数据包。