CN106535276B - 一种路由选择方法、装置及一种网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路由选择方法、装置及一种网关，应用于无线传感器Mesh网络，该路由选择方法包括：根据目标参数的值和权重计算每一个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，目标参数为与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取选定路径；当判断出选定路径与该节点的路由表中的当前路径不相同时，则将选定路径发送至该节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输。本发明通过将每个节点的所有的路由节点的综合路径质量作为路由选择的依据，充分考虑了复杂多变的真实环境对网络的影响，保证了网络的有效性和稳定性。

Description

一种路由选择方法、装置及一种网关

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种路由选择方法、装置及一种网关。

背景技术

无线传感器Mesh网络是由多个静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，传感器可以感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知环境对象的数据，并最终把这些数据发送给网络的所有者，其广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。

图1为现有技术中无线传感器Mesh网络的网络拓扑示意图，如图1所示，网关3和Mesh路由节点4构成无线传感器Mesh网络的骨干层，Mesh路由节点4分别与四个传感器5-8连接，传感器5-8采集到环境数据后，将环境数据发送给Mesh路由节点4，Mesh路由节点4根据入网时分配的路由表，将数据按照路由表传至网关3，网关3则将数据通过有线或无线网络将数据上传至云平台1供客户端2用户访问，即完成一次Mesh网络数据交互。在此过程中，Mesh路由节点4之间的流量负载均衡可以实现无线传感器Mesh网络吞吐量及服务质量性能的提升。

现有的流量负载均衡技术多采用神经网络和遗传算法中染色体变异原理，此外还有多种在神经网络和遗传算法基础上做了优化的其他算法，如经过蚁群算法优化的神将网络和遗传算法。这些算法都是在实验室模拟条件下的理论算法，而实验室模拟条件下不存在路由拥塞导致的网络延迟以及真实环境中存在各种网络问题，如通信能力有限、电源能量有限、计算速度和存储空间有限、传感器节点配置密集和网络拓扑结构灵活多变等，因此，现有的流量负载均衡技术并不能满足真实环境中对无线传感器Mesh网络路由选择的需求。

发明内容

本发明提供一种路由选择方法、装置即一种网关，以解决现有技术的流量负载均衡技术不能满足网络问题多变的真实环境中对无线传感器Mesh网络路由选择的需求的问题。

第一方面，本发明提供了一种路由选择方法，应用于无线传感器Mesh网络，该方法包括：根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取选定路径；判断选定路径与节点的路由表中的当前路径是否相同，当判断为不相同时，将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输，其中，目标参数的权重包括基础权重和动态权重，基础权重为预设值，动态权重为根据目标参数的变化值和预设规则对基础权重的调整值，根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值包括：根据目标参数的值和权重分别计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值和向下综合质量数值，向上综合质量数值为路由节点上传数据时对应的质量数值，向下综合质量数值为路由节点下发数据时对应的质量数值；计算向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为综合路径质量数值。

第二方面，本发明还提供了一种路由选择装置，应用于无线传感器Mesh网络，该装置包括：计算模块，用于根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；选定路径获取模块，用于根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取选定路径；判断模块，用于判断选定路径与节点的路由表中的当前路径是否相同；发送模块，用于当判断模块判断出选定路径与节点的路由表中的当前路径不相同时，将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输；权重获取模块，用于获取目标参数的权重，权重包括基础权重和动态权重，其中，基础权重为预设值，动态权重为根据目标参数的变化值和预设规则对基础权重的调整值，其中，计算模块包括：向上综合质量计算单元，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值，向上综合质量数值为路由节点上传数据时对应的质量数值；向下综合质量计算单元，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向下综合质量数值，向下综合质量数值为路由节点下发数据时对应的质量数值；综合质量计算单元，用于计算向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为综合路径质量数值。

第三方面，本发明还提供了一种网关，应用于无线传感器Mesh网络，该网关包括如上述第二方面提供的一种路由选择装置。

本发明的作用与效果

本发明通过将节点的综合路径质量作为其路由选择的依据，而综合路径质量是根据与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的目标参数的值及其权重计算得到，由于受到真实环境中各种网络问题的影响，无线传感器Mesh网络的有效性、稳定性和实时性等传输性能会发生改变，与之相关的各种目标参数也会随之改变，从而影响路由选择，因此，本发明通过将这些目标参数及其变化考虑进来，并据此来根据网络运行的实际情况对路由选择的依据进行更新和修正，解决了现有的流量负载均衡技术不能满足网络问题多变的真实环境中对无线传感器Mesh网络路由选择的需求的问题，充分考虑了复杂多变的真实环境对网络的影响，继而优化路由选择，保证网络的有效性和稳定性。

附图说明

图1为现有技术中无线传感器Mesh网络的网络拓扑示意图；

图2是本发明实施例一中的路由选择方法的流程图；

图3是本发明实施例二中的路由选择方法的流程图；

图4是本发明实施例三中的路由选择装置的结构示意图；以及

图5是本发明实施例四中的路由选择装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的路由选择方法的流程图，本实施例的路由选择方法应用于无线传感器Mesh网络，该方法可以由无线传感器Mesh网络中的网关来执行，具体包括如下步骤：

S110、根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数。

其中，无线传感器Mesh网络包括多个节点，节点接收传感器数据后，按照节点路由表中的传输路径将数据上传至网关，或者将网关下发的数据按照节点路由表中的传输路径发送至无线传感器，节点有多个传输路径，而网络规模越大、节点越多，其传输路径就越多，路由表中的传输路径是为其配置的在节点的多个传输路径中最佳的传输路径。需要说明的是，节点的传输路径上可包含至少一个路由节点，而在无线传感器Mesh网络中，任意一个节点既可以是其他节点的路由节点，也可以是本发明中被计算的节点。

具体的，由于真实环境的复杂性，会引起各种网络问题，从而使传感器Mesh网络的有效性、稳定性和实时性等传输性能会发生改变，与网络的路由选择相关的各种目标参数也会发生改变，继而影响路由选择。根据这些目标参数的值和权重计算出每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，当目标参数受到真实环境的影响而发生变化时，综合路径质量数值也会随时发生变化，即：综合路径质量体现了路由节点的传输性能，当受到真实环境影响后，路由节点的传输性能跟着发生变化，因此，该综合路径质量数值能够体现出路由节点在真实环境中的性能及变化，继而影响节点的路由选择。

S120、根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取选定路径。

具体的，由于受到真实环境影响，路由节点的传输性能发生改变，因此，节点的最佳传输路径也会发生改变，本实施例根据综合路径质量数值从节点的多个传输路径中获取选定路径，即获取到一条最佳传输路径。

S130、判断选定路径与节点的路由表中的当前路径是否相同，当判断为不相同时，将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输。

如上所述，综合路径质量数值能够体现出节点在真实环境中的性能及变化，当网络受到真实环境的影响，若按照一成不变的路由表进行数据传输，则结果会因真实环境的影响而出现差错，从而影响网络传输的传输性能，而本发明根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取到一条最佳传输路径，并当该最佳传输路径与节点的路由表中的当前路径不相同时，将其发送至节点，使节点更新路由表并根据该最佳传输路径进行数据传输，从而使得本发明的路由选择方法能够更加适应真实环境，当在真实环境中出现各种网络问题时，也能做出正确的路径选择。

优选的，目标参数可以包括网络中路由节点的信号强度、转发次数、目标跳数、最短路径、最短消耗、最稳定传输、快速组网。

示例性的，当无线传感器Mesh网络应用在监测室外雾霾的场景中时，由于室外环境复杂多变，如刮风、低温、雷电等天气因素，如人为意外因素，又如因环境而受限的能源因素等，这些都会影响网络的传输性能，而且网络规模越大其稳定性就越差，节点的路由选择也会受到影响，具体可以体现在上述各个目标参数的变化。这里需要说明的是，本发明并不对目标参数的内容做任何限定，任何与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数，都可以作为本发明中的目标参数。

针对不同的目标参数，其值不同，但均为网络运行过程中的实际值。具体的，路由节点的信号强度受环境和自身硬件的影响，其值可以由网关直接获取到；路由节点的转发次数为该节点被选为转发路由的次数，该次数可以由网关直接获取到；目标跳数为路由节点距离网关的跳数，跳数越多，传输数据在网络内的生命周期消耗越快，该跳数也可以由网关直接获取到；最短路径、最短消耗、最稳定传输、快速组网作为路由选择的优化目标也是可以由网关直接获取到相应的值。在本实施例一中，对网关获取目标参数的值的过程不作任何限定，可以采用现有技术方法实现，此处不再赘述。

进一步的，不同的目标参数，其权重不同，但每一个目标参数的权重都包括基础权重和动态权重，其中，基础权重为预设值，动态权重为根据目标参数的变化值和预设规则对基础权重的调整值。

具体的，基础权重可以在组网时进行预设和配置，当然，在网络运行过程中也可以重新对基础权重进行配置。此外，不同的网络规模，可以配置不同的权重。示例性的，下表1是对目标参数的基础权重的举例(表1中括号里的英文字母作为对不同目标参数的标识，没有其他含义)。其中，按不同的网络规模给出4个具体的示例，如，当网络规模为5，即网络中路由节点的数量为5个，此时，信号强度的基础权重为60％，转发次数的基础权重为10％，以此类推，此处不再一一阐述。

表1目标参数与基础权重对应表

动态权重是在网络运行过程中，根据目标参数的变化值和预设规则对基础权重的调整值，当然，在网络运行过程中，也可以重新对动态权重进行配置。

示例性的，若预设规则设置为：路由节点的转发次数每5次为一级，每增加一级，转发次数的调整值为加2，那么，若转发次数的基础权重为10％，根据该规则，当转发次数的值由5次变到10次时，表示增加一级，转发次数的调整值为加2，即转发次数的动态权重增加2％，转发次数的最终权重为：10％+2％＝12％；

示例性的，若预设规则设置为：目标跳数响应转发次数权重的变化，随转发次数权重以反方向同比例发生变化，即，当转发次数的权重加2时，目标跳数的权重减2；

示例性的，若预设规则设置为：根据需要，配置主侧重目标参数和第二侧重目标参数，主侧重目标参数设定基础权重，不大于基础权重时不再减少，否则第二侧重目标权重每增加一级，其余目标参数反方向同比例减少，直到减为零，当无非主侧重目标参数可减时，按照上述规则减少主侧重目标参数的权重。例如，对于网络规模为5的情形，主侧重目标参数为信号强度(基础权重为60％)，第二侧重目标参数为最短路径(基础权重为5％)，可减少的其余侧重目标参数有最少消耗(基础权重为5％)、转发次数(基础权重为10％)、目标跳数(基础权重为20％)，根据上述规则，最短路径可增加的最大权重为5％+10％+20％，当最短路径权重增加到40％时，其余目标参数(最少消耗、转发次数、目标跳数)的权重都减为0。

以上给出预设规则的三个示例，本发明对预设规则不做任何限定。

在本实施例中，根据目标参数的值和权重计算得到的节点的综合路径质量数值将路由选择受真实环境的影响因素考虑进来，使得本实施例的路由选择方法能够更加适应真实环境，当在真实环境中出现各种网络问题时，也能做出正确的路径选择。进一步的，通过为目标参数设置基础权重，针对不同的网络及网络的应用场景，其目标参数的基础权重不同，从而使得计算出来的综合路径质量更加符合当前网络、当前场景中的路由节点，更具有针对性和准确性。更进一步的，通过根据目标参数的变化值和预设规则计算出基础权重的调整值，即动态权重，使得计算出来的综合路径质量更加与网络的变化相适应，增加了路由选择在真实环境中的可优化性，兼顾了网络的复杂性和多样性，更好的解决了现有流量负载均衡技术不能满足网络问题多变的真实环境对无线传感器Mesh网络路由选择的需求的问题。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的路由选择方法的流程图，本实施例的路由选择方法应用于无线传感器Mesh网络，该方法可以由无线传感器Mesh网络中的网关来执行，本实施例二在上述实施例一的基础上做出进一步的说明，具体包括如下步骤：

S210、根据目标参数的值和权重分别计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值和向下综合质量数值，其中，向上综合质量数值为路由节点上传数据时对应的质量数值，向下综合质量数值为路由节点下发数据时对应的质量数值。

在无线传感器Mesh网络中，路由节点本身同时承担了向上转发数据和向下转发数据的功能，例如，当监测环境数据时，传感器采集的数据会通过路由节点上传至网关，由网关通过云平台发送至客户端进行展示和监控，当网络执行控制任务时，从客户端发送过来的控制命令会通过路由节点下发至各个传感器来执行。又由于真实环境对路由节点向上、向下转发数据的影响是不同的，因此，分别计算出路由节点的向上综合质量数值和向下综合质量数值，能够更有针对性地体现出路由节点向上、向下转发数据在真实环境中的性能及变化。

S220、计算向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为综合路径质量数值。

所述按比例求和意为：将向上综合质量数值与向上比例系数相乘，再将向下综合质量数值与向下比例系数相乘，最后将二者的乘积求和，得到综合路径质量数值。向上比例系数和向下比例系数可以在组网时或者网络运行过程中，根据网络的应用场景进行配置，例如，对于网络路由节点向上、向下转发数据的需求相同的场景，可以将向上比例系数和向下比例系数均设置为50％，当网络的应用场景侧重于路由节点向上转发数据时，将向上比例系数调高，反之，将向下比例系数调高，最终确保二者相加为100％即可。

在一种实施方式中，以表1中网络规模为5为例，并假设向上比例系数和向下比例系数均为50％，则：

向上综合质量数值Lup为：

Lup＝RSSI*60％+T*10％+H*20％+SL*5％+Co*5％

向下综合质量数值Ldown为：

Ldown＝RSSI*60％+T*10％+H*20％+SL*5％+Co*5％

综合路径质量数值L为：

L＝Lup*50％+Ldown*50％

S230、分别计算多个传输路径中每一个传输路径包含的所有的路由节点的综合路径质量数值的和值，将和值中的最大值对应的传输路径作为选定路径。

具体的，网络规模越大，节点的传输路径越多，将这些传输路径中的所有的路由节点的综合路径质量数值求和，得到的和值中最大值对应的那条传输路径的综合路径质量最好，传输效果最优，继而将其作为选定路径。

S240、判断选定路径与节点的路由表中的当前路径是否相同，当判断为否时，执行步骤S250，否则执行步骤S260。

S250、将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新当前路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输。

S260、节点按照当前路由表进行路由选择。

在本实施例二中，通过区分路由节点的向上综合质量数值和向下综合质量数值，能够更有针对性地体现出路由节点向上、向下转发数据在真实环境中的性能及变化，使得本发明的路由选择方法能够更好的适应真实环境。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的路由选择装置的结构示意图，该路由选择装置应用于无线传感器Mesh网络中的网关，如图4所示，路由选择装置1包括：

计算模块10，用于根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；

选定路径获取模块11，用于根据综合路径质量数值从多个传输路径中获取选定路径；

判断模块12，用于判断选定路径与节点的路由表中的当前路径是否相同；

发送模块13，用于当判断模块12判断出选定路径与节点的路由表中的当前路径不相同时，将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输。

优选的，目标参数可以包括网络中路由节点的信号强度、转发次数、目标跳数、最短路径、最短消耗、最稳定传输、快速组网。

在本实施例中，综合路径质量数值能够体现出路由节点在真实环境中的性能及变化，因此，本发明的路由选择装置利用综合路径质量数值获取目标路由节点的选定路径，即最佳传输路径，并对其路由表进行更新，从而在进行数据传输时能够更加适应真实环境，当在真实环境中出现各种网络问题时，也能按照最佳传输路径进行数据传输。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的路由选择装置的结构示意图，该路由选择装置应用于无线传感器Mesh网络的网关，本实施例在上述实施例三的基础上做出进一步的说明，其中与实施例三相同的模块采用与其相应的附图标记，并对此不再赘述。如图5所示，路由选择装置1包括：

权重获取模块13，用于获取目标参数的权重，该权重包括基础权重和动态权重，其中，基础权重为预设值，动态权重为根据目标参数的变化值和预设规则对基础权重的调整值；

计算模块10，且该计算模块10进一步包括：

向上综合质量计算单元100，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值，其中，向上综合质量数值为路由节点上传数据时对应的质量数值；

向下综合质量计算单元101，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向下综合质量数值，其中，向下综合质量数值为路由节点下发数据时对应的质量数值；

综合质量计算单元102，用于计算向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为综合路径质量数值；

选定路径获取模块11，且该选定路径获取模块11进一步包括：

和值计算单元110，用于分别计算多个传输路径中每一个传输路径包含的所有的路由节点的综合路径质量数值的和值；

路径选定单元111，用于将所述和值中的最大值对应的传输路径作为选定路径；

判断模块12，用于判断选定路径与所述节点的路由表中的当前路径是否相同；

发送模块13，用于当判断模块12判断出选定路径与节点的路由表中的当前路径不相同时，将选定路径发送至节点，以使该节点根据选定路径更新路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输。

此外，本发明还提供了一种网关，应用于无线传感器Mesh网络，包括如上述实施例所述的路由选择装置。

本发明实施例提供的路由选择装置和网关可执行本发明任意实施例所提供的路由选择方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种路由选择方法，应用于无线传感器Mesh网络，其特征在于，包括：

根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与所述无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；

根据所述综合路径质量数值从所述多个传输路径中获取选定路径；

判断所述选定路径与所述节点的路由表中的当前路径是否相同，当判断为不相同时，将所述选定路径发送至所述节点，以使该节点根据所述选定路径更新所述路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输，

其中，所述目标参数的权重包括基础权重和动态权重，所述基础权重为预设值，所述动态权重为根据所述目标参数的变化值和预设规则对所述基础权重的调整值，

所述根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值包括：

根据目标参数的值和权重分别计算所述节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值和向下综合质量数值，所述向上综合质量数值为所述路由节点上传数据时对应的质量数值，所述向下综合质量数值为所述路由节点下发数据时对应的质量数值；

计算所述向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为所述综合路径质量数值。

2.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，所述目标参数包括：

所述路由节点的信号强度、转发次数、目标跳数、最短路径、最短消耗、最稳定传输、快速组网。

3.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，所述根据所述综合路径质量数值从所述多个传输路径中获取选定路径包括：

分别计算所述多个传输路径中每一个传输路径包含的所有的路由节点的综合路径质量数值的和值，将所述和值中的最大值对应的传输路径作为所述选定路径。

4.一种路由选择装置，应用于无线传感器Mesh网络，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据目标参数的值和权重计算每个节点的多个传输路径上所有的路由节点的综合路径质量数值，所述目标参数为与所述无线传感器Mesh网络的路由选择有关的参数；

选定路径获取模块，用于根据所述综合路径质量数值从所述多个传输路径中获取选定路径；

判断模块，用于判断所述选定路径与所述节点的路由表中的当前路径是否相同；

发送模块，用于当所述判断模块判断出所述选定路径与所述节点的路由表中的当前路径不相同时，将所述选定路径发送至所述节点，以使该节点根据所述选定路径更新所述路由表，并按照更新后的路由表进行数据传输；

权重获取模块，用于获取所述目标参数的权重，所述权重包括基础权重和动态权重，其中，所述基础权重为预设值，所述动态权重为根据所述目标参数的变化值和预设规则对所述基础权重的调整值，

其中，所述计算模块包括：

向上综合质量计算单元，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向上综合质量数值，所述向上综合质量数值为所述路由节点上传数据时对应的质量数值；

向下综合质量计算单元，用于根据目标参数的值和权重计算节点的多个传输路径上所有的路由节点的向下综合质量数值，所述向下综合质量数值为所述路由节点下发数据时对应的质量数值；

综合质量计算单元，用于计算所述向上综合质量数值和向下综合质量数值按预设比例求和的值，并将该值作为所述综合路径质量数值。

5.根据权利要求4所述的路由选择装置，其特征在于，所述选定路径获取模块包括：

和值计算单元，用于分别计算所述多个传输路径中每一个传输路径包含的所有的路由节点的综合路径质量数值的和值；

路径选定单元，用于将所述和值中的最大值对应的传输路径作为所述选定路径。

6.一种网关，应用于无线传感器Mesh网络，其特征在于，包括如权利要求4-5中任一项所述的路由选择装置。