在无线网络中发现稳定路由的制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明总体上设及在无线网络中对分组进行路由，并且具体地，设及在多跳低功率有损网络中发现稳定路由。【
背景技术：
】[0002]低功率有损网络化LN)在各式各样的通信应用(诸如高级电表架构(AMI)、工业自动化、建筑与家庭自动化W及环境监测）中是重要的。多个互联网工程任务组（IETF)工作组(WG)-直在从事用于LLN的基于IPv6的标准。6LOWPAN(低功率无线个域网上的IPv6)已公布六个标准，包括用于LLN的相邻的节点发现和报头压缩。RO化化LN上的路由）WG已完成包括1口乂6路由协议(WL)W及用于化N中的路径确定的路由度量在内的^^一个标准。CoRE(受限REST化1环境)WG正在公布受限应用协议(CoAP)。许多其它标准在开发中。ZigBee联盟和IPSO(智能对象网际协议)联盟正在实现协议找并执行互操作性测试。LLN的工业部署也在进行中。[0003]在化N中，节点和通信链路严重受限。节点的操作在处理能力、内存、功耗等方面受到资源约束。定义了两类受限节点。第1类节点具有大约IOkB(千字节)RAM和IOOkBROM,而第2类节点具有大约50kBRMA和250kBROM。节点之间的通信链路的特征在于高丢失率、低数据速率、不稳定性、低发送功率和短发送距离。在实际化N内可能存在几十个乃至几百万个节点。LLN中的节点通常被部署在扩展的室外和室内环境中。由于极其受限的资源和大规模部署，LLN节点通常形成无线网状网络并按照多跳方式进行通信。[0004]与其它网络对比，LLN还能够具有受限业务模式。多点对点（例如，从LLN内部的多个节点朝向中央控制节点或数据集中器节点）业务占主导。点对多点（例如，从中央控制节点至化LN内部的多个节点的子集)业务不太常见。点对点(例如，在LLN中的节点之间)业务是稀少的。LLN中的控制节点通常作为数据汇点(sink)并从LLN中的所有其它节点收集数据。[0005]要求诸如智能电表网络的化N中的数据收集具有高可靠性。然而，LLN本身是受限节点网络。运对路由过程提出了挑战。常规的对等路由协议(诸如AODV(自组织按需距离矢量)和DSR(动态源路由））不适合于在化N中路由。结果，IETFR化LWG已开发R化作为路由协议W在LLN中实现多点对点业务主导路由。[0006]已经在2011年IE趾ICMR的Accettura等人的"PerformanceAnalysisoftheRPLRoutingProtocol"中评估并分析了RPL的性能。Accet1:ura等人得出RPL展示快速网络建立的结论。在2013年IEEE通信杂志第51卷第1期"TheRoleOftheRPLRoutingProtocolforSmartGridCommunications"中，Ancillotti等人阐明RPL示出良好的可扩展性，但是可能由于次优路由选择而遭受严重的不可靠性。在2012年KTH皇家理工学院的"PerformanceandRouteSl:abilityAnalysisofRPLProtocol"中，Khan演示了频繁的路由改变对RPL的性能有负面影响。[0007]美国公开20120099587描述了一种用于改进WL可靠性的机会主义方法。节点向相同等级的多个父节点发送数据分组，并且父节点执行信道接入W确定数据分组是否已被其兄弟节点转发。如果否，则父节点朝向汇点（sink)转发数据分组。如果是，则父节点丢弃数据分组的本地拷贝。然而，此方法的问题包括冗余和通信开销。如果作为兄弟节点的两个父节点不在无线电范围内，则同一数据分组的至少两个拷贝被转发到汇点。沿着多个路径发送同一分组增加了通信开销和与其它传输发生干扰的概率。[0008]能够通过选择最优路由来改进WL的可靠性。为了选择最优路由，关键是选择适当的路由度量，例如，跳数。然而，短路由可由低质量链路组成，并且因此，短路由不一定提供高可靠性。IETF标准RFC6551定义了包括跳数、链路质量等在内的WL路由度量。针对R化还提出了其它度量。例如，在2012年东芝公司的"WirelessMeshNetworkCommunicationUnitforSmartMetersEnablingLow-CostandStableCommunicationinSmartGridSystems"中，Yoneyama等人描述了使用接收信号强度和重传速率作为用于R化在智能电网系统中实现低成本且稳定通信的度量。在2013年IEEEWCNC的"LoadBalancedRoutingforLow化werandLossyNetworks"中，Liu等人描述了一种用于改进RPL的可靠性的基于工作负荷的度量。然而，基于稳定性的度量仍然缺失。[0009]在化N中发现稳定路由是非常重要的，因为稳定路由持续很长时间。无线网络中的短期路由使网络拓扑变得不稳定。不稳定路由可能是由于障碍物的不能预料的发生、不能预料的信号干扰等而导致的。[0010]基于稳定性的路由度量向化N提供许多好处，诸如改进网络可靠性、减少通信开销、减轻干扰、增加带宽利用、增加能量效率W及尤其对于电池供电的网络来说使网络操作持续时间延长。利用稳定路由，节点不必进行频繁的路由改变，并且因此，节点发送较少的控制消息，控制消息可能干扰数据分组发送。结果，节点将更多时间和更多带宽用于数据分组发送，运进而增加分组递送速率。因此，期望不仅为WL路由协议而且为无线网络中的所有路由过程提供基于稳定性的路由度量。【
发明内容】[0011]本发明的各种实施方式提供一种在数据汇点和节点形成无线网状网络的用于路由分组的无线网络中发现稳定路由的方法。[0012]实施方式使用被称作稳定性指标(SI)的路由度量。所述SI表征网络拓扑的稳定性和路由的稳定性。结果，定义了两种类型的SI:面向目的地的有向非循环图（DODAG)SI和节点SI。所述DODAGSI表征网络拓扑的稳定性，而节点SI表征所述节点的稳定性。稳定的路由由沿着所述路由在每跳处的相对稳定的节点组成。[0013]为了确定所述SI,使用了节点稳定性与控制消息发送之间的关系。稳定节点发送较少的控制消息，而不稳定节点发送较多的控制消息。因此，所述SI是发送控制消息的速率的量度。较低的SI较高水平的稳定性，而较高的SI表征较不稳定的拓扑或节点。所述SI通过使用被动技术来确定，在所述被动技术中，节点仅监测从相邻的节点接收到的控制消息。因此，不会引发通信开销。如本文所定义的，相邻的节点是在接收节点的无线电范围内的任何发送节点。[0014]为了节约内存，仅存储元数据而不是控制消息，控制消息的尺寸可能很大。滑动时间窗口和定时器被用来收集元数据W用于准确的SI确定。[0015]稳定路由增加数据分组递送速率并减少控制消息开销。因此，根据本发明的实施方式的基于稳定性的路由度量改进路由过程的可靠性。【附图说明】[0016]图1是根据发明的一些实施方式的智能电表网络的示意图；[0017]图2是根据发明的一些实施方式的具有稳定路由和不稳定路由的智能电表网络的示意示例；[0018]图3是根据发明的一些实施方式的由各个节点为控制消息记录维护的示例滑动时间窗口的示意图；[0019]图4是根据发明的一些实施方式的节点记录由不同DODAG中的相邻的节点发送的控制消息W确定不同DODAG的稳定性指标的示例的简图；[0020]图5是根据发明的一些实施方式的节点在滑动时间窗口中记录从相邻的节点接收的控制消息数据的示例的简图；[0021]图6是根据发明的一些实施方式的在节点中用于维护用于准确的稳定性指标确定的记录的处理器的示意图；[0022]图7是根据发明的一些实施方式的对接收到的由相邻的节点发送的消息进行处理的流程图；[0023]图8是用于改进路由的稳定性的示例稳定性指标度量的示意图；[0024]图9是针对各种路由度量的作为窗口大小的函数的分组递送速率的曲线图；W及[0025]图10是针对各种度量的作为窗口大小的函数的控制消息发送的平均数的曲线图。【具体实施方式】[0026]图1示出了使用发明的实施方式的智能电表网络的示例的示意图。网络包括智能电表节点(M)IOO和数据集中器节点(C)llO。节点使用无线链路120形成无线网状网络。链路的方向指示从智能电表(源节点或源巧Ij集中器(汇点节点或汇点）的数据分组的一般流动，尽管能够在任一方向上发送控制消息。[0027]一些源（例如，130Mi和140M2)向汇点直接发送数据分组。运些源中的一些（例如，150M3和160M4)不能够向任何集中器直接发送数据分组。替代地，首先将数据分组发送到其它源（即，中间或中继节点，例如，140M2)，然后将分组中继到汇点。换句话说，按照多跳方式进行数据收集。因此，本文所定义和表示的一些源节点可W是源节点，或者充当针对源于其它源节点的分组中间节点的中继节点。[002引另外，一些智能电表节点（例如，130M1和160M4)选择一个集中器作为主汇点并选择另一集中器作为备用汇点。一些智能电表节点（例如，150M3和160M4)选择到汇点的多个路由。