[发明专利]一种基于软件定义的低功耗广域多跳组网方法与系统

说明书

本发明将软件定义网络技术(SDN)引入低功耗广域多跳网络，通过拓扑发现与维护、流表生成与下发等环节的设计与实现，完成网络的动态组网和灵活传输。网络的通过控制与数据传输解耦，实现了网络传输过程的软件定义、灵活可控，同时，通过采用集中控制算法有效的减少了普通传感节点的路由开销，进而提高了路由成功率和网络稳定性。本发明提出的组网与传输方法，与传统的基于路由的组网方法具有本质的区别。这种基于集中控制和数控分离的软件定义网络思想，能够很好地契合传统软件定义网络的优势和无线多跳网络的需求，为无线多跳网络带来网络管理、网络集中配置等方面带来便利。

技术领域

本发明涉及低功耗广域网络组网领域，具体涉及一种基于软件定义的低功耗广域多跳组网方法与系统。

背景技术

低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network，LPWAN)技术作为物联网领域的新兴热点技术，在功耗、传输距离和网络成本等环节弥补了Wi-Fi、Zigbee等现有通信技术的短板，其系统接收灵敏度达到-148dBm，支持超过15km的远距离通信，设备接收电流仅为10mA，休眠电流小于200nA，设备电池寿命可达5年以上，为大区域的低成本互联提供了有力的技术支撑和全新的解决方案。

一般的低功耗广域通信网络主要通过星形结构组网，终端和网关之间采用一跳直连的方式直接通信，系统组网简单，适合基础设施完善的普通通信场景。但是对于应急服务和灾后救援等场景，网络缺乏可利用的基础设施，或基础设施已大面积出现故障，需要网络节点不依赖基础设施，网络节点间能够通过无线多跳技术，实现网络快速部署和使用，为应急和抢险工作提供部署迅速、组网灵活、动态延伸的通信网络。

随着物联网的发展，无线多跳网络的终端节点功能不断地升级革新，支持的业务范围得到了极大地扩展，网络应用呈现多元化。面对终端的变革和应用的爆发式增长，传统的基于路由协议的组网和传输方法，无法实现网络灵活的控制与管理，不能够进行终端以及协议的复杂配置与交互操作。

综上所述，在针对应急服务和灾后救援等场景的低功耗广域多跳网络中引入软件定义网络技术，能够很好地契合传统软件定义网络的优势和无线多跳网络的需求，为无线多跳网络带来网络管理、网络集中配置等方面的便利。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于软件定义的低功耗广域多跳组网方法与系统，通过拓扑发现与维护、流表生成与下发等环节的设计与实现，完成网络的动态组网和灵活传输，便于对网络的管理与控制。同时，通过采用集中控制算法有效的减少了普通传感节点的路由开销，进而提高了路由成功率和网络稳定性。

本实施例中，通过设计拓扑发现、流表生成、流表转发、网络维护来完成获取全网的拓扑信息，利用所收集到的信息进行计算和处理，制定出包含各节点控制信息的流表，分发到各个传感节点，并对动态变化的网络信息进行实时监测和维护。

所述拓扑发现，是指收集网络的拓扑信息，由网络操作系统层负责，使普通节点可以与控制器进行交互。为此目的，控制节点向整个多跳网络中周期性广播拓扑请求消息。在每一跳拓扑请求消息里包含一些信息，如当前节点到控制节点的跳数、当前节点电量等。当一个节点收到拓扑请求消息后，将拓扑请求消息中的跳数信息加1，并将上一跳节点电量改为当前节点电量，再将拓扑请求消息转发。此外，节点在接收到拓扑请求消息后还会测量当前接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)。通过这种方式，每个节点都能获得一些链路状态有关的信息，以确保节点能找到一条能通往控制器的可靠路径。节点可以根据跳数、电量和信号强度来决定一条可靠的回传路径。为了完成上述选择，每一个普通节点都记录一个邻居表，表中记录周围节点及其信号强度值。将邻居表以拓扑回复消息的形式通过上述可靠路径回传到控制节点。

所述生成流表，需要综合考虑链路质量信息(信号强度、拓扑信息等)、节点信息(节点剩余电量、存储空间等)、业务类型等信息，按照不同场景下对节点功能的不同需要，制定灵活的流表规则。