一种基于RPL的多个sink节点的负载均衡方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于RPL的多个sink节点的负载均衡方法，该方法的步骤包括对网络进行初始化；初始化后的网络中每一个sink节点开始进行流量监测，并定期上报给网关节点；普通终端节点一旦收到网关发出的sink节点负载不均衡的警告信息，则立即处理警告信息，使网络中的负载均衡。本发明所述技术方案在保证网络可靠性和有效性的同时，通过均衡网络的负载，能够有效地提高网络整体吞吐量，延长网络的生存时间。
【专利说明】-种基于RPL的多个sink节点的负载均衡方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感网络的路由协议，特别是涉及一种基于RPL的多个sink节点 的负载均衡方法。
【背景技术】
[0002] 微型传感器节点以自组织的方式构成的无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN)被广泛地应用于军事、环境监测、工业控制、智能家居、城市交通和现代化农 业等领域。一些简单的小规模的应用领域如环境监测等，在网络部署中一般使用单个汇聚 节点sink，以减小网络的复杂性。然而这种简单的网络组织形式使网络的可靠性和可扩展 性受到限制，一旦网络数据量增大导致sink节点过载或者失效，整个网络将停止工作。因 此在大规模部署的应用中，一般部署多个sink节点，这样节点可以很据链路状态等路由度 量选择最优的sink作为数据传输的目的节点，从而最小化网络的能量消耗，均衡网络的负 载。然而仅通过增加 sink节点数量来平衡网络负载仍然无法彻底解决网络负载不均衡的 问题。
[0003] 低功耗有损网络是由功率、存储空间、处理能力等资源受限的嵌入式设备所组成 的网络。针对低功耗有损网络的特点，IETF的R0LL(Routing Over Low power and Lossy networks)工作组提出的一种低功耗有损网络路由协议RPL。RPL路由协议是一种距离向量 路由协议，该路由协议的路由选择限制和度量标准在IETF RFC6551中被定义。RPL中没有 提供存在多个sink节点时如何均衡sink节点之间的负载的机制。
[0004] 目前有很多关于如何均衡多个Sink节点之间负载的研究。可以简单概括为以下 两类：基于移动sink节点的负载均衡机制和基于固定sink的负载均衡机制。基于移动 sink的负载均衡路由协议由于sink的移动性，容易造成路由的频繁更新与重建，从而带来 额外的能源消耗和端到端的时延，因此一般采用固定sink的方法。基于能耗和开销的考 虑，目前几种负载均衡路由协议不能直接应用于低功耗有损的无线传感器网络的环境中。
[0005] 本发明在RPL路由协议的基础上，结合目前存在的几种负载均衡的策略，提出一 种基于RPL的多sink负载均衡路由协议（LB-RPL)。
[0006] 因此，需要提供一种多sink负载均衡路由协议，用于低功耗有损的无线传感网络 环境中。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供涉及一种基于RPL的多个sink节点的负载均衡 方法，以克服目前在大规模低功耗无损网络环境中具有多个sink节点时存在负载不均衡 的问题。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。
[0009] -种基于RPL的多个sink节点的负载均衡方法，该方法的步骤包括
[0010] S1、对网络进行初始化；
[0011] S2、初始化后的网络中每一个sink节点开始进行流量监测，并定期上报给网关节 占.
[0012] S3、普通终端节点一旦收到网关发出的sink节点负载不均衡的警告信息，则立即 处理警告信息，使网络中的负载均衡：
[0013] S31、判断本地是否存在其他通信子网D0DAG的信息，如果没有则忽略该警告信 息；
[0014] S32、判断自身在通信子网D0DAG中的深度，是否满足切换条件，如果深度大于设 定的阈值，则进行通信子网D0DAG切换；
[0015] S33、如果不满足切换条件则根据信息中携带的路由信息进行路由表的更新。
[0016] 优选的，所述网络初始化的步骤包括
[0017] S11、所有sink节点广播带有不同网络前缀信息DI0消息；
[0018] S12、普通终端节点接收所有DI0消息，并且根据DI0消息中的Rank值选择加入某 一 sink节点提供的D0DAG ;
[0019] S13、加入D0DAG的终端节点开始发送数据包。
[0020] 优选的，所述sink节点流量监测的步骤包括
[0021] S21、网络初始化完成后，sink节点开始监测接收的数据流量状态信息；
[0022] S22、sink节点定期将自己的的流量信息发送至网关节点；
[0023] S23、利用网关节点计算网络的不均衡度S，作为判断网络负载失衡的标准。
[0024] S24、监测到网络出现负载不均衡情况，发送警告信息。
[0025] 优选的，该方法进一步包括为了防止在负载均衡时造成网络的震荡，网关处理时 需根据预先设定的阈值判断是否需要启动负载均衡。
[0026] 优选的，所述防止网络震荡的步骤包括
[0027] 网关进行各个sink节点信息的汇总并进行不均衡度计算；
[0028] 根据网络状况设定网络不均衡度阈值；
[0029] 网关将定期收集sink节点的信息计算所得的不均衡度和预先设定的阈值比较， 如果大于阈值，则正常启动负载均衡，否则认为此时网络的负载普遍较重，不进行负载均衡 处理。
[0030] 优选的，利用公式
【权利要求】
1. 一种基于RPL的多个sink节点的负载均衡方法，其特征在于，该方法的步骤包括 51、 对网络进行初始化； 52、 初始化后的网络中每一个sink节点开始进行流量监测，并定期上报给网关节点； 53、 普通终端节点一旦收到网关发出的sink节点负载不均衡的警告信息，则立即处理 警告信息，使网络中的负载均衡： 531、 判断本地是否存在其他通信子网DODAG的信息，如果没有则忽略该警告信息； 532、 判断自身在通信子网DODAG中的深度，是否满足切换条件，如果深度大于设定的 阈值，则进行通信子网DODAG切换； 533、 如果不满足切换条件则根据信息中携带的路由信息进行路由表的更新。
2. 根据权利要求1所述的负载均衡方法，其特征在于，所述网络初始化的步骤包括 511、 所有sink节点广播带有不同网络前缀信息DIO消息； 512、 普通终端节点接收所有DIO消息，并且根据DIO消息中的Rank值选择加入某一 sink节点提供的DODAG; 513、 加入DODAG的终端节点开始发送数据包。
3. 根据权利要求1所述的负载均衡方法，其特征在于，所述sink节点流量监测的步骤 包括 521、 网络初始化完成后，sink节点开始监测接收的数据流量状态信息； 522、sink节点定期将自己的的流量信息发送至网关节点； 523、 利用网关节点计算网络的不均衡度S，作为判断网络负载失衡的标准。 524、 监测到网络出现负载不均衡情况，发送警告信息。
4. 根据权利要求1所述的负载均衡方法，其特征在于，该方法进一步包括为了防止在 负载均衡时造成网络的震荡，网关处理时需根据预先设定的阈值判断是否需要启动负载均 衡。
5. 根据权利要求4所述的负载均衡方法，其特征在于，所述防止网络震荡的步骤包括 网关进行各个sink节点信息的汇总并进行不均衡度计算； 根据网络状况设定网络不均衡度阈值； 网关将定期收集sink节点的信息计算所得的不均衡度和预先设定的阈值比较，如果 大于阈值，则正常启动负载均衡，否则认为此时网络的负载普遍较重，不进行负载均衡处 理。
6. 根据权利要求5所述的负载均衡方法，其特征在于，利用公式
计算网络不平衡度，其中，Fn为第n个sink流量负载值，F代表所有DODAG中sink流量负载的平均值。
【文档编号】H04W28/08GK104243339SQ201410498184
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】高德云, 胡婷婷, 杨冬, 张宏科, 朱婉婷, 赵伟程 申请人:北京交通大学