一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，所述调度方法包括以下步骤：(1)基于节点邻居关系获取节点分层关系；(2)基于所述节点邻居关系和所述节点分层关系规划所述发送节点到所述接收节点的路由。相应地，本发明专利技术还公开了一种面向无线自组织网的节点分层路由调度系统。本发明专利技术可用于无线自组织网的节点分层路由调度，可以实现网络负载均衡，增大网络生命周期，还可以避免路由回路，减少路由的节点跳数；利用启发式算法，对大规模的网络更适用，能取得更好的性能，并降低计算复杂度，更具实用性；对节点的部署没有特定要求，鲁棒性强；避免无线自网的连通性受到破坏。

Method and system for hierarchical routing of nodes for Wireless Ad Hoc Networks

The invention discloses a node oriented hierarchical routing scheduling method for wireless ad hoc networks, the planning for any sending node to any node routing, the scheduling method comprises the following steps: (1) the relationship between the neighbor nodes access node based on hierarchical relationship; (2) the relationship between the neighbor nodes and the node layer planning of the sending node to the receiving node based routing. Accordingly, the invention also discloses a hierarchical routing and scheduling system for wireless ad hoc networks. The invention can be used for wireless ad hoc network node hierarchical routing scheduling, can realize the network load balancing, increase the network life cycle, but also can avoid routing loops, reduce routing node hops; using heuristic algorithm, more suitable for large-scale network, can achieve better performance, and reduce the computational complexity, more practical; the deployment of the nodes requires no specific robustness; avoid wireless connectivity network damage.

【技术实现步骤摘要】
一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法及系统
本专利技术涉及网络通信领域，尤其涉及一种调度方法及系统。
技术介绍
随着4G技术的日渐成熟和5G时代的到来，无线自组织网络得到许多研究者的重点关注和研究，尤其是网络的负载均衡的问题早已成为无线自组织网络研究的热点。无线自组网是一种节点以动态、自组的方式互连形成的网络，被广泛应用于军事、无线传感器网等多个领域。节点的移动性、拓扑的变化性等特性使得传统路由算法无法直接应用于无线自组网。因此，如何在源节点和目的节点之间找到有效的路由成为研究的难点。传统的无线自组网路由算法基于最短路思想，会导致网络内的负载分布不均。而负载不均衡会造成端到端时延增大、传输比下降、网络生存时间下降等严重的后果。因此，对负载均衡路由算法的研究具有重要的意义。根据路由的建立方式，无线自组网路由协议可以分为表驱动路由协议和按需路由协议。表驱动路由协议实时维护网络中的路由信息，按需路由协议只在节点需要发送分组时建立路由。由于表驱动路由协议需要维护网络的实时路由信息，因此需要不断在网络中广播更新消息，消耗大量的带宽和能量资源。在无线自组网中，节点的移动性等因素使得网络拓扑的变化频繁，使得广播的更新更频繁，对带宽和能量的消耗也更为严重。实际上，许多变化的路径上并没有需要发送的分组，对这些路径变化的维护很多时候是没有必要的。在无线自组网中，带宽和能量都是非常稀缺的资源。与有线通信相比，无线传输的带宽较低。而且，由于节点通常采用分布式的方式竞争对信道的使用，每个节点实际使用的带宽要远小于物理层能够支持的最大传输速率。节点一般依靠电池供电，并且在很多应用中无法及时对电池进行更换，网络的性能受到能量的限制。这些都给表驱动路由协议的应用带来了很大的限制。按需路由协议克服了这个问题。按需路由协议不需要在每个节点上维护实时的路由信息，只在源节点需要发送数据时建立路由。一般来说，按需路由协议比表驱动路由协议具有更好的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法，该方法可用于无线自组织网的节点分层路由调度，并且可以实现网络负载均衡，增大网络生命周期。根据上述专利技术目的，本专利技术提出了一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，所述调度方法包括以下步骤：(1)基于节点邻居关系获取节点分层关系；(2)基于所述节点邻居关系和所述节点分层关系规划所述发送节点到所述接收节点的路由。本专利技术所述的节点分层路由调度方法，其通过节点分层并规划任一发送节点到任一接收节点的路由，从而可用于无线自组织网的节点分层路由调度，并且可以基于节点负载选择路由，从而实现网络负载均衡，增大网络生命周期。所述节点邻居关系是指两两节点的通信距离较近的关系。所述节点分层关系是指以发送节点为根节点展开的分层结构。对节点进行分层可以避免路由回路，减少路由的节点跳数。进一步地，本专利技术所述的节点分层路由调度方法中，所述步骤(1)之前还包括以下步骤：(0)判断是否已获取节点邻居关系，是则进行步骤(1)，否则先获取节点邻居关系，再进行步骤(1)。上述方案是为了满足：当还未获取节点邻居关系时，应当先获取节点邻居关系。更进一步地，上述节点分层路由调度方法中，所述节点邻居关系的获取方法为：根据节点的空间坐标计算所有节点中两两节点的通信距离，定义所述通信距离不大于一阈值L的两两节点之间具有节点邻居关系。上述方案中，为了获得较好的效果，可以对所述阈值L进行调整。通常，通过建立节点邻居路由表使得每个节点都拥有其它节点的邻居路由信息，该邻居路由信息即包含了所述节点邻居关系。进一步地，本专利技术所述或上述任一节点分层路由调度方法中，所述步骤(1)具体包括以下步骤：定义所述发送节点属于第1层节点集合，定义与第k-1层节点集合中的节点的至少其中之一具有节点邻居关系的节点属于第k层节点集合，且各层节点集合之间无交集，k依次取2,3,…，直到定义出体现所有节点分层关系的各节点集合。上述方案中，k依次取2,3,…，从而以发送节点为根节点依次展开分层结构。进一步地，本专利技术所述或上述任一节点分层路由调度方法中，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2a)设所述接收节点属于第k层节点集合，定义所述接收节点属于第k层可行域子集合，定义与第p+1层可行域子集合中的节点具有节点邻居关系的第p层节点集合中的节点属于第p层可行域子集合，p依次取k-1,k-2,…，1，从而定义出所述发送节点到所述接收节点的路由的所有可行域子集合，该所有可行域子集合的并集为所述路由的可行域集合。上述方案中，通过启发式的方式求解通信路由可行域集合，即从接收节点开始，通过p依次取k-1,k-2,…，1，逆向搜索依次查找通信路由可行域子集合，最后得到整个可行域集合。更进一步地，上述节点分层路由调度方法中，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：(2b)将所述可行域集合中的节点基于节点邻居关系通信连接，从而形成有效路由集合，所述通信连接的发送方向由第p层可行域子集合指向第p+1层可行域子集合，p依次取1,…,k-2,k-1。上述方案描述了如何基于可行域集合得到有效路由集合，所述有效路由集合在可行域集合的基础上考虑了节点邻居关系。更进一步地，上述节点分层路由调度方法中，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：(2c)找到所述有效路由集合的每条路由中负载最小的节点，在该负载最小的节点中找到负载最大的节点，并选择该负载最大的节点对应的路由作为所述发送节点到所述接收节点的路由。上述方案描述了如何基于木桶理论寻找最优路由。众所周知，木桶理论指一只水桶能装多少水取决于它最短的那块木板。对于通信路由也是一样的，一条路由路径的负载量取决于路径中负载量最小的节点。本专利技术的另一目的是提供一种面向无线自组织网的节点分层路由调度系统，该系统可用于无线自组织网的节点分层路由调度，并且可以实现网络负载均衡，增大网络生命周期。根据上述专利技术目的，本专利技术提出了一种面向无线自组织网的节点分层路由调度系统，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，所述调度系统包括节点分层模块和路由规划模块，其中：所述节点分层模块被配置为执行步骤(1)基于节点邻居关系获取节点分层关系；所述路由规划模块被配置为执行步骤(2)基于所述节点邻居关系和所述节点分层关系规划所述发送节点到所述接收节点的路由。进一步地，本专利技术所述的节点分层路由调度系统中，所述调度系统还包括初始化模块，所述初始化模块被配置为在所述节点分层模块执行所述步骤(1)之前执行以下步骤：(0)判断是否已获取节点邻居关系，是则进行步骤(1)，否则先获取节点邻居关系，再进行步骤(1)。更进一步地，上述节点分层路由调度系统中，所述初始化模块还被配置为按照以下方法获取所述节点邻居关系：根据节点的空间坐标计算所有节点中两两节点的通信距离，定义所述通信距离不大于一阈值L的两两节点之间具有节点邻居关系。进一步地，本专利技术所述或上述任一节点分层路由调度系统中，所述节点分层模块还被配置为其执行的所述步骤(1)具体包括以下步骤：定义所述发送节点属于第1层节点集合，定义与第k-1层节点集合中的节点的至少其中之一具有节点邻居关系的节点属于第k层节点集合，且各层节点集合之间无交集，k依本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，其特征在于，所述调度方法包括以下步骤：(1)基于节点邻居关系获取节点分层关系；(2)基于所述节点邻居关系和所述节点分层关系规划所述发送节点到所述接收节点的路由。

【技术特征摘要】
1.一种面向无线自组织网的节点分层路由调度方法，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，其特征在于，所述调度方法包括以下步骤：(1)基于节点邻居关系获取节点分层关系；(2)基于所述节点邻居关系和所述节点分层关系规划所述发送节点到所述接收节点的路由。2.如权利要求1所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述步骤(1)之前还包括以下步骤：(0)判断是否已获取节点邻居关系，是则进行步骤(1)，否则先获取节点邻居关系，再进行步骤(1)。3.如权利要求2所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述节点邻居关系的获取方法为：根据节点的空间坐标计算所有节点中两两节点的通信距离，定义所述通信距离不大于一阈值L的两两节点之间具有节点邻居关系。4.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：定义所述发送节点属于第1层节点集合，定义与第k-1层节点集合中的节点的至少其中之一具有节点邻居关系的节点属于第k层节点集合，且各层节点集合之间无交集，k依次取2,3,…，直到定义出体现所有节点分层关系的各节点集合。5.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2a)设所述接收节点属于第k层节点集合，定义所述接收节点属于第k层可行域子集合，定义与第p+1层可行域子集合中的节点具有节点邻居关系的第p层节点集合中的节点属于第p层可行域子集合，p依次取k-1,k-2,…，1，从而定义出所述发送节点到所述接收节点的路由的所有可行域子集合，该所有可行域子集合的并集为所述路由的可行域集合。6.如权利要求5所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：(2b)将所述可行域集合中的节点基于节点邻居关系通信连接，从而形成有效路由集合，所述通信连接的发送方向由第p层可行域子集合指向第p+1层可行域子集合，p依次取1,…,k-2,k-1。7.如权利要求6所述的节点分层路由调度方法，其特征在于，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：(2c)找到所述有效路由集合的每条路由中负载最小的节点，在该负载最小的节点中找到负载最大的节点，并选择该负载最大的节点对应的路由作为所述发送节点到所述接收节点的路由。8.一种面向无线自组织网的节点分层路由调度系统，其用于规划任一发送节点到任一接收节点的路由，其特征在于，所述调度系统包括节点分层模块和路由规划模块，其中：所述节点分层模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：常玉超，唐洪莹，钱汉望，程勇博，赵沁，李宝清，袁晓兵，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31