一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统。本方法为：1)采用无线传感器网络作为生态环境监测网络，并为该生态环境监测网络配置一任播地址；2)各代理节点将该任播地址初始化为自身的任播地址；3)每一收集器节点使用任播向其中一代理节点发送注册报文进行注册，并定期向该代理节点发送收集器节点信息；4)当传感器节点需要发送数据时，使用任播向任意一代理节点发送请求通信报文，请求一收集器节点；接收该请求通信报文的代理节点将当前负载最小的收集器节点的IP地址返回给该传感器节点，并记录两者之间的绑定；5)该传感器节点根据收到的收集器节点的IP地址，向该收集器节点传输数据。本发明专利技术能更好地进行负载均衡。

Ecological monitoring IPv6 sensing network load balancing method and system

The invention discloses an ecological monitoring IPv6 sensing network load balancing method and system. The method is as follows: 1) using wireless sensor network as the ecological environment monitoring network, and the ecological environment monitoring network configuration an anycast address; 2) the agent node of the anycast address is initialized to the anycast address itself; 3) each collector node using anycast to register one agent node registration message, and regularly to the proxy node sends the collector node information; 4) when the sensor nodes need to transmit data, the use of anycast communication request message to any node sends a request agent, the collector node; receiving agent node of the request messages to the current load collector node of the minimum returns the IP address to the the sensor node, and record the bindings between the two; 5) the sensor node according to the node receives the IP address of the collector, the collector node to transmit data. The invention can carry out load balancing better.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机网络的无线传感器网络领域，具体涉及到一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统。
技术介绍
生态监测是对生态环境的各个要素进行监测，可以利用物理、化学、生态学等不同的技术完成。在本文中，对生态环境监测使用的是无线传感器网络。无线传感器网络经常应用在生态监测中。通常，一个传感器节点由三部分组成，一个传感子系统使用传感器获取生态环境各种要素的数据，一个处理子系统对数据进行处理和存储，一个通信子系统使用收发器(RF)把数据发送到网络中，另外每个传感器节点需要有电源供电。把各个传感器节点通过无线链接连接起来搭建成一个网络，持续不断地获取数据，这就是一个无线传感器网络。传统的生态监测使用的无线传感器网络框架是把一个树状的有向无环结构，把数据的转发设置为沿树状结构上行或下行传输。这个框架在本质上是一种流量聚合模式，即在持续不断地获取传感器节点数据时，流量都聚集在进行数据收集的根节点处，网络负载不均衡，这个收集数据的根节点会成为整个网络框架的瓶颈。这样的框架显然不适用于大量获得传感器节点数据。之后，有学者提出了一种平衡负载的方法。这种方法在根节点处部署多台设备完成数据的收集。这样的方法确实解决了在根节点流量过大的问题，但是导致了新的问题。随着传感器节点数目的增加，根节点处部署的收集数据设备越来越多，难以控制它们之间的访问。本专利技术将利用现有的任播技术和借鉴移动IP技术的思想解决上述问题。任播是在IPv6中提出的一种新的技术，即发送方把数据发送给一组目的主机，这些目的主机共享一个任播地址，数据被这组主机中的任意一个且只有一个主机接收到。本专利技术提出的生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统中将使用到这种技术。移动IP技术的基本实现原理是这样的：1)远程通信实体通过标准IP路由机制，向移动结点发出一个IP数据包；2)移动结点的归属代理截获该数据包，将该包的目标地址与自己移动绑定表中移动结点的归属地址比较，若与其中任一地址相同，继续下一步，否则丢弃；3)归属代理用封装机制将该数据包封装，采用隧道操作发给移动结点的转发地址；4)移动结点的拜访地代理收到该包后，去其包封装，采用空中信道发给移动结点；5)移动结点收到数据后，用标准IP路由机制与远程通信实体建立连接。移动IP技术的基本思想是这样的：IP地址不仅是一个节点身份的标识，还表明其位置所在，所以移动节点使用这样的IP地址进行通信是不行的，因为位置移动会导致网络拓扑结构改变，自身的IP地址也改变了，发送给它的数据包的目的地址还是原来的目的地址，这样它就接收不到了。为此，移动IP技术使用了代理作为中介，提出两种代理，归属代理和拜访地代理。开始时，移动节点在归属代理上注册，当移动节点位置移动到归属代理管理的范围外，移动节点会向拜访地代理进行注册，获得一个移动IP地址，拜访地代理会通告其归属代理，移动节点移动到“这里”。当远程通信实体第一次与移动节点通信时，会把数据包发送到归属代理上，归属代理知道移动节点不在了，所以把数据包转发到对应的拜访地代理，拜访地代理再把数据包转发给移动节点，这样移动节点就接收到数据包。之后，移动节点就可以使用拜访地代理分发给它的移动IP地址与远程通信实体进行直接通信。这样移动IP技术就解决了数据包发送给移动节点的目的地址过时的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决传统无线传感器网络框架在生态监测中产生的流量聚合问题，本专利技术的目的在于提出一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统。本专利技术拟在传统无线传感器网络拓扑结构的根部部署多个数据收集器，借鉴移动IP技术的思想，使用代理节点来管理传感器节点与收集器节点之间的通信访问控制，为每个传感器节点发送数据前选择一个负载状况最好数据收集器，达到分摊根部收集器进行数据收集的负载，完成负载均衡的目的。本专利技术的基本思想：将传统的无线传感器网络技术应用到对生态环境进行监测时，会导致在收集数据的根节点处流量过大的问题。对此采用在根节点处部署多台设备进行数据收集是可取，但接着又会导致根节点设备的控制访问问题。在移动IP技术中，移动IP技术使用代理完成远程通信实体与会移动的移动节点之间的通信。因为在移动网中，远程通信实体是固定的，移动节点是移动的，但IP地址不仅标识身份，还标识位置，因此需要使用代理来解决移动后数据的正常传输。而在生态环境监测网络中，传感器节点与收集数据节点也是两种类型不同的节点。传感器节点需要发送大量的数据，而收集数据节点需要接收大量的数据。如果对这个过程不加控制，大量的传感器节点和少量的收集数据节点必然会导致后者成为网络中瓶颈。如果在数据收集处部署过多设备进行数据收集，就会出现某种意义上与移动网络中很相似的问题，原来移动网络中的问题是目的IP地址过时，现在生态环境监测网络的问题是不知道应该如何设置目的IP地址。为此，可以模仿移动IP技术，使用代理作为一个中介，对收集数据的设备进行访问控制。但代理显然不能只有一个，必须使用多个代理，而多个代理可以共享一个任播地址，当传感器节点和收集数据节点使用代理时，把目的地址设置为任播地址，然后代理节点就可以接收它们的请求，为它们服务，而任播技术可以保证只有一个代理节点接收这样的请求。这样当传感器节点和收集数据节点使用代理时，就不必关心是谁在为它们提供服务，这样的做法非常方便。具体的控制方式就是，收集数据节点把自己的信息登记在代理上，当传感器节点要发送数据时，代理给它提供一个综合负载最小的收集数据节点的IP地址进行发送，这样就完成了负载的均衡，而且访问控制也清晰简单易用实现。基于这样的思想，提出了以下的技术方案。本专利技术的技术方案为一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统。本专利技术把无线传感器网络中的节点分成三类：传感器节点(CN)、代理节点(agent)和收集器节点(collector)。整体网络结构如图1。现在说明本专利技术技术方案的整体设计。首先，规定本生态环境监测网络使用的任播地址(注：任播地址也可以进行动态获取，但在一个或几个生态监测系统中使用人工规定可以提高效率，本专利技术使用人工规定的方式)，代理节点进行初始化配置自身的任播地址。收集器节点使用任播向其中一个代理节点进行注册。代理节点获得向自己注册的收集器节点的信息(利用IPv6任播，每个启动的收集器节点只会在一个代理节点上注册，每个代理节点只收集向自己注册的收集器节点的信息)，主要包括IP地址、负载情况、开关状态等。经过这个过程，收集器节点都完成了注册。当传感器节点需要发送数据时，使用任播向代理节点集群中的任意一个代理节点请求一个收集器节点，接收这个请求的代理节点将选择一个负载最小的可用的收集器节点并将它的IP地址返回给传感器节点，并记录两者之间的绑定。这样，传感器节点知道了收集器节点的地址信息，就可以向它传输数据。在传感器节点向收集器节点传输数据前，设置一个超时计时器，当计时器超时或传感器节点数据传输完成时，因为在之前代理节点返回收集器节点IP地址时，传感器节点就知道了该代理节点的IP地址，所以现在可以向为其分配收集器节点的代理通告通信结束，删除对应的绑定。设置超时计时器的目的在于避免传感器长时间占用收集器节点。这是本专利技术专利技术的生态监测IPv6传感网负载均衡方法及系统的基本构建过程。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法，其步骤为：1)采用无线传感器网络作为生态环境监测网络，并为该生态环境监测网络配置一任播地址；其中，将该无线传感器网络中的节点分成三类：传感器节点、代理节点和收集器节点；2)各代理节点将该任播地址初始化配置为自身的任播地址；3)每一所述收集器节点使用任播向其中一代理节点发送注册报文进行注册，并定期向该代理节点发送收集器节点信息；4)当传感器节点需要发送数据时，使用任播向任意一代理节点发送请求通信报文，请求一收集器节点；接收该请求通信报文的代理节点将当前负载最小的可用的收集器节点的IP地址返回给该传感器节点，并记录两者之间的绑定；5)该传感器节点根据收到的收集器节点的IP地址，向该收集器节点传输数据。

【技术特征摘要】
1.一种生态监测IPv6传感网负载均衡方法，其步骤为：1)采用无线传感器网络作为生态环境监测网络，并为该生态环境监测网络配置一任播地址；其中，将该无线传感器网络中的节点分成三类：传感器节点、代理节点和收集器节点；2)各代理节点将该任播地址初始化配置为自身的任播地址；3)每一所述收集器节点使用任播向其中一代理节点发送注册报文进行注册，并定期向该代理节点发送收集器节点信息；4)当传感器节点需要发送数据时，使用任播向任意一代理节点发送请求通信报文，请求一收集器节点；接收该请求通信报文的代理节点将当前负载最小的可用的收集器节点的IP地址返回给该传感器节点，并记录两者之间的绑定；5)该传感器节点根据收到的收集器节点的IP地址，向该收集器节点传输数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，传感器节点向收集器节点传输数据前，设置一计时器，当计时器超时或传感器节点数据传输完成时，向为其分配收集器节点的代理节点发送删除绑定报文，该代理节点根据收到的删除绑定报文删除对应的绑定。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述代理节点存储收集器节点表和绑定记录表；其中，收集器节点表用于记录在本代理节点进行注册的收集器节点信息，绑定记录表用于记录当前进行通信的传感器节点和收集器节点的信息。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该代理节点收到收集器节点的注册报文时，根据该收集器节点的IP地址查询自身存储的收集器节点表，如果有匹配的IP地址，则将该收集器节点表中对应的项的可用状态设置为可用，更新负载状况；如果匹配失败，则向该收集器节点表中加入一个新的项，记录该收集器节点的IP地址、负载状况、可用状态为可用。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，收集器节点需要关闭前，向其注册的代理节点发送注销报文进行注销；该代理节点收到该注销报文时，根据该...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗万明，
申请(专利权)人：中国科学院计算机网络信息中心，
类型：发明
国别省市：北京;11