一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于虚拟节点的物联网数据传输方法和系统，方法包括:获取源节点的所有可达中继节点，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点；所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个可达中继节点作为源节点的转发节点加入物联网，当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为转发节点接入物联网。保证在不增加额外转发节点的前提下，提高网络数据传输发生故障时的自愈能力，且不会造成数据阻塞，而且采用负载分摊的方式转发故障节点数据，有效的延长了无线网络的生命周期。本发明专利技术还提供一种基于虚拟节点的物联网数据传输的系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法及系统
本专利技术涉及物联网传输
，尤其涉及一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法及系统。
技术介绍
节点密集的物联网络中，由于传感器节点故障、移动性、能量消耗等问题会导致传输链路断连，影响无线网络的拓扑结构，并导致某些节点的传输中断时间较长。为了延长整个无线网络的生命周期，不会因为某个节点故障或能量耗尽而导致无线网络生命周期终结，现有技术中通常会在某个转发节点出现故障时在故障节点所在区域内选择一个邻居节点转发该故障节点的数据，但是这样带来的问题是，为了保证原有传输链路的通畅，无线网络中的所有节点的处理能力非常强大，才能在一个或多个节点出现故障或能量耗尽时，转发故障节点数据而不引起数据拥堵，这就必然会造成无线网络设计成本的增加，而且当故障发生时，无线网络可能存在某一个节点额外转发多个故障节点的数据，由于负载的增加，该节点能量会急剧消耗，这就使得无线网络的生命周期无法得到有效延长。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法及系统。一方面，本专利技术的实施例提供一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法，所述方法包括:获取源节点的所有可达中继节点，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点；所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点加入物联网；当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网。通过上述的方案，当出现故障节点时，根据故障节点所处的虚拟节点内所有可达中继节点的负载能力以及故障节点的子节点的数据量，选择至少一个转发节点，转发故障节点的数据，若存在多个可达中继节点的负载能力大于故障节点的数据量，则选取负载能力最大的一个可达中继节点转发故障节点的数据，若任一可达中继节点的负载能力均小于故障节点的数据量，则选取多个可达中继节点共同转发故障节点的数据量，保证在不增加额外转发节点的前提下，提高网络数据传输发生故障时的自愈能力，且不会造成数据阻塞，而且采用负载分摊的方式转发故障节点数据，有效的延长了无线网络的生命周期。进一步，当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力以及节点剩余能量选取至少一个可达中继节点作为源节点的转发节点加入物联网。采用上述进一步改进方案的有益效果是，在无线传感器网络中，衡量一个传感器网络的生命周期通常是根据节点的剩余能量来决定的。一个传感器网络从组网开始工作直到其中出现节点的能量归零，这段时间就是该传感器网络的生命周期。因此在选择转发节点时，考虑节点剩余能量，以延长传感器网络的生命周期是十分必要的，结合节点剩余能量和节点负载能力，在保证数据无阻塞的传输过程中，有效的延长了源节点所在网络的生命周期。在上述进一步方案的基础上，对虚拟节点中的各可达中继节点的节点负载能力和节点剩余能量进行评分并求和，选择和值最大的可达中继节点作为源节点的转发节点加入物联网。采用上述进一步改进方案的有益效果是，当选取源节点的转发节点时，仅根据节点负载能力的大小排序，可能出现的节点能量过低的情况，而且在节点能量过低的情况下增加节点的数据负载，必然会导致节点的能量急剧消耗，导致单个节点的生命周期终止，进而缩短整个无线网络的生命周期，而结合节点负载能力以及节点剩余能量的多少对可达中继节点进行排序，可以更加合理的查找出最优的数据转发路径，均衡无线网络中各节点负载，延长源节点所在网络的生命周期。本专利技术的实施例还提供一种基于虚拟节点的物联网数据传输的系统，所述系统包括：虚拟节点确定模块，用于获取源节点的所有可达中继节点并保存，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点；转发节点确定模块，用于从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个节点作为所述源节点的转发节点加入物联网，转发节点重确定模块，用于在所述源节点的转发节点发生故障时，从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网。通过上述的方案，当出现故障节点时，根据故障节点所处的虚拟节点内所有可达中继节点的负载能力以及故障节点的子节点的数据量，选择至少一个转发节点，转发故障节点的数据，若存在多个可达中继节点的负载能力大于故障节点的数据量，则选取负载能力最大的一个可达中继节点转发故障节点的数据，若任一可达中继节点的负载能力均小于故障节点的数据量，则选取多个可达中继节点共同转发故障节点的数据量，保证在不增加额外转发节点的前提下，提高网络数据传输发生故障时的自愈能力，且不会造成数据阻塞，而且采用负载分摊的方式转发故障节点数据，有效的延长了无线网络的生命周期。进一步，所述转发节点重确定模块，用于在所述源节点的转发节点发生故障时，根据节点负载能力和节点剩余能量从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网。采用上述进一步改进方案的有益效果是，在无线传感器网络中，衡量一个传感器网络的生命周期通常是根据节点的剩余能量来决定的。一个传感器网络从组网开始工作直到其中出现节点的能量归零，这段时间就是该传感器网络的生命周期。因此在选择转发节点时，考虑节点剩余能量，以延长传感器网络的生命周期是十分必要的，由于结合节点剩余能量和节点负载能力，在保证数据无阻塞的传输过程中，有效的延长了源节点所在网络的生命周期。在上述进一步方案的基础上，所述转发节点重确定模块，还用于对虚拟节点中的各可达中继节点的节点负载能力和节点剩余能量进行评分并求和，选择和值最大的可达中继节点作为所述源节点的转发节点加入物联网。采用上述进一步改进方案的有益效果是，当选取源节点的转发节点时，仅根据节点负载能力的大小排序，可能出现的节点能量过低的情况，而且在节点能量过低的情况下增加节点的数据负载，必然会导致节点的能量急剧消耗，导致单个节点的生命周期终止，进而缩短整个无线网络的生命周期，而结合节点负载能力以及节点剩余能量的多少对可达中继节点进行排序，可以更加合理的查找出最优的数据转发路径，均衡无线网络中各节点负载，延长源节点所在网络的生命周期。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法流程图；图2为本专利技术第二实施例提供的一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法流程图；图3为本专利技术第三实施例提供的一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法流程图；图4为本专利技术第四实施例提供的一种基于虚拟节点的物联网数据传输的方法流程图；图5为本专利技术实施例提供的在虚拟节点中选择可达中继节点的方法流程图；图6为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟节点的物联网数据传输的系统结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的系统中虚拟节点确定模块结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的系统中转发节点确定模块结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的系统中转发节点重确定模块结构示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透切理解本专利技术。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。下面详细描述本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟节点的物联网数据传输方法，其特征在于，所述方法包括:获取源节点的所有可达中继节点，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点；所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点加入物联网；当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟节点的物联网数据传输方法，其特征在于，所述方法包括:获取源节点的所有可达中继节点，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点；所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点加入物联网；当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取源节点的所有可达中继节点，并将拥有公共父亲节点的可达中继节点组成一个虚拟节点包括：所述源节点广播可到达报文；接收所有收到可到达报文的应答节点的应答反馈信息，所述应答反馈信息包括应答节点的父亲节点ID、可通信节点ID、实际转发负载以及最大可转发负载；将所有应答节点作为可达中继节点保存在一跳可达表中，并将所有可达中继节点中拥有相同父亲节点ID的节点组成虚拟节点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述源节点从虚拟节点中根据节点负载能力选择其中一个可达中继节点作为源节点的转发节点加入物联网，包括：根据节点负载能力的大小，对虚拟节点中的所有可达中继节点进行排序，生成源节点接入物联网的最优选择路径队列；所述节点负载能力为最大可转发负载与实际转发负载的差值；选取最优选择路径队列中节点负载能力最大的可达中继节点作为源节点的转发节点加入物联网。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述源节点的转发节点发生故障时，所述源节点从虚拟节点中选取至少一个可达中继节点作为所述源节点的转发节点接入物联网，包括：当所述源节点的转发节点发生故障时，向虚拟节点中的除所述源节点的转发节点外的其他可达中继节点发送询问消息；接收虚拟节点中的所述除所述源节点的转发节点外的其他可达中继节点根据所述询问消息反馈的可服务信息；根据接收的所述可服务信息，将故障转发节点信息从所述最优选择路径队列中删除，从发送所述可服务信息的可达中继节点中选取至少一个可达中继节点为所述源节点的转发节点加入物联网。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从发送所述可服务信息的可达中继节点中选取至少一个可达中继节点为转发节点加入物联网，包括：计算所述源节点所需的最大转发负载TPS，并与最优选择路径队列中第1个可达中继节点的节点负载能力Δtps1作比较；若TPS≤Δtps1，则所述源节点选取所述第1个可达中继节点作为所述源节点的转发节点加入物联网；若TPS＞Δtps1，则计算最优选择路径队列中前i个可达中继节点的节点负载能力之和Δtpssum，直至TPS≤Δtpssum；所述源节点将其转发负载按照最优选择路径队列中前i个可达中继节点的节点负载能力分割成i个部分，并选取...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜光东，
申请(专利权)人：深圳市盛路物联通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44