[发明专利]无线传感器网络负载均衡的路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络基于地理位置的负载均衡的一种路由方法，用于解决路由空洞边缘节点负载过高的问题，我们称为DLBM(Distributed Load Balancing Mechanism)。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)是由大量廉价的、低功耗的传感器节点组成，通过无线通讯的方式形成的一个多跳的自组织网络。无线传感器网络可以用来进行实时监测、感知和采集覆盖区域内的一些环境信息，并把处理后的数据发送给对其感兴趣的用户。

无线传感器网络中每个节点的能量是有限的，这就要求在设计路由策略的时候尽量简单，避免复杂的计算。在基于地理位置的路由协议中，每个节点仅保存它邻居节点的一些位置信息，通过定期发送HELLO包来维护这些信息，因此节点就不需要维护庞大的路由信息，在选择路径时一般通过贪婪转发就能很容易的找到合适的下一跳节点。

由于贪婪转发根据局部信息选择最优解的特性，在过程中可能出现这样一类节点，在它所有邻居节点中没有一个节点比自己更接近目的节点，这时数据将无法继续被转发，我们称这种现象为路由空洞(routing hole)，这类节点叫局部最小点(local minimum)。一些路由协议(如GPSR协议)会采用边缘转发沿着路由空洞边缘向前推进，当有多条路由在路由空洞边缘交汇时，会导致空洞的边缘承受较重的负载。这部分节点会很快的耗尽电池的能量，导致路由空洞变大，整个网络的性能会急剧下降。目前主要有以下几种策略解决路由空洞边缘节点负载过高的问题：

Jia等人在文献《Hole avoiding in advance routing in wireless sensor networks》中提出了HAIR(Hole Avoiding In advance Routing)协议。在HAIR协议中，如果一个包被转发到了局部最小点，就会对该点标记并通知它的邻居节点，下一次就不会向被标记了的节点进行转发。这样最终会收敛到一个不经过路由空洞的路由状态。HAIR采用避免进入路由空洞的策略解决了路由空洞边缘节点负载过高的问题。

Yu和Tian分别在文献《Efficient hole detour scheme for geographic routing in wireless sensor networks》和《Energy-efficient data dissemination protocol for detouring routing holes in wireless sensor networks》中运用相似的思想来绕过路由空洞。首先，他们的思路依赖于路由空洞的检测，当发现空洞后，他们分别采用了一个虚拟的圆或椭圆去完全覆盖这个洞。当一个数据包传输到这个圆或椭圆的边界上时，会将该包沿着切线的方向继续向前转发一定的距离，这样便可绕过路由空洞。然后继续采用贪婪转发，将包送至sink节点。

在文献《Context-aware geographic routing for sensor networks with routing holes》提出的HobyCan(HOle-BYpassing routing with Context-AwareNess)协议中，采用了多路径的方法来解决负载均衡的问题。在网络部署阶段，HobyCan会记录进入路由空洞后到达sink节点的多条路径，并对其进行编号。网络正常运作时，会利用这多条路径实现负载均衡。不过HobyCan有自己的局限性，它只适用于单sink节点的情况。

综上所述，这些协议有的采取了复杂的绕洞机制，有的依赖于对路由空洞的检测，有的需要保存大量的路由信息，这就消耗了节点大量的计算资源和存储资源。

发明内容

本发明的目的是寻找一种方法有效解决路由空洞边缘节点负载过高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无线传感器网络负载均衡的路由方法，包括以下步骤：

一、在基于地理位置的路由方法中，当一个数据包进入贪婪转发的局部最小点时，会发现自己处于路由空洞的边缘，这个包会按照原路由方式通过原始路由空洞的边缘推进；

二、数据包通过路由空洞边缘推进时，将其路径上的节点设置为不可用状态，设置为不可用状态的节点将不参与后续边缘模式下转发包的工作，这样一来，从整体的角度来看，这个路由空洞向外扩展了一层，形成一个虚拟的路由空洞；

三、根据规则，下一个包将会沿着新形成的虚拟路由空洞的边缘进行转发，这样就减轻了内层节点的负载。