CN113315698A - 一种基于任务的传感器组网消息路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于任务的传感器组网消息路由方法，属于传感器组网应用的技术领域，该路由方法包括：S1：建立默认路由网络、静态路由网络和动态路由网络；S2：在分发数据时，路由寻址的优先级按静态路由网络、动态路由网络、默认路由网络呈依次递减；S3：生成路由链路路径并完成发送数据；其中，所述默认路由网络根据所有节点间的信息互通关系构建；所述静态路由网络根据协同任务的需要以及协同节点之间的物理链路情况构建；所述动态路根据静态路由网络的网络链路状态动态构建，以达到能够满足多种物理链路环境下的消息路由需求，同时可以根据任务灵活调整传感器之间的消息路由关系，实现高效的消息路由转发的目的。

Description

一种基于任务的传感器组网消息路由方法

技术领域

本发明属于传感器组网应用的技术领域，具体而言，涉及一种基于任务的 传感器组网消息路由方法。

背景技术

现有的传感器组网大多基于以太网、WIFI、4G等TCP/IP网络，消息的路 由直接通过路由器、交换机等网络设备来完成，无需传感器设备做专门的处理。 但是这种方法无法应用于专用数传、微波散射通信、卫星通信等非IP网络中， 在一些进行了内外网络隔离的有线网络中，通用的信息路由交换设备依然无法 有效的工作。

现有的传感器信息上报方式通常采用树形层层汇集的方式，由上层节点对 下级节点的采集数据进行融合处理，层层处理后导致很多细节信息的丢失。同 时由于传感器所属的上层管理节点的不同，邻近传感器之间协同工作也变得非 常困难，协同信息的交换效率也非常的低下。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种 基于任务的传感器组网消息路由方法以达到能够满足多种物理链路环境下的消 息路由需求，同时可以根据任务灵活调整传感器之间的消息路由关系，实现高 效的消息路由转发的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种基于任务的传感器组网消息路由方法， 该路由方法包括：

S1：建立默认路由网络、静态路由网络和动态路由网络；

S2：在分发数据时，路由寻址的优先级按静态路由网络、动态路由网络、 默认路由网络呈依次递减；

S3：生成路由链路路径并完成发送数据；

其中，所述默认路由网络根据所有节点间的信息互通关系构建；所述静态 路由网络根据协同任务的需要以及协同节点之间的物理链路情况构建；所述动 态路根据静态路由网络的网络链路状态动态构建。

进一步地，所述默认路由网络用于设备运维指令的下发和设备工作状态信 息的汇集上报。

进一步地，所述默认路由网络的各个节点采用树形网络拓扑结构布置，且 每个节点连接一个该节点的上一级节点和至少一个该节点的下一级节点，且各 个节点的默认路由信息中包含直接上一级节点以及所有下一级节点的路由信 息。

进一步地，当前节点有数据要通过默认路由网络对外发送或转发时，默认 路由网络在分发数据的逻辑为：

A1：查找当前节点的默认路由信息中是否有目的节点，若目的节点在默认 路由信息中，则执行A2；若目的节点不在默认路由信息中，则执行A3；

A2：如果目的节点是当前节点的下一级或者直接上一级，数据就直接根据 默认路由信息转发；

A3：数据就通过默认路由发给当前节点的上一级节点，由上一级节点根据 其对应的默认路由信息继续寻找路由，以此类推，直至生成路由链路路径；

通过采用默认路由策略，可以保证每个节点在维护较少通信链路的情况下 实现与所有其他节点间的信息互通，同时将路由算法的运算量由根节点向下逐 渐减少，保证运算能力较弱的底层传感器也能实现消息路由。

进一步地，所述静态路由网络的各个节点采用网状拓扑结构布置。

进一步地，所述静态路由网络包括根节点、骨干节点和普通节点，所述根 节点与骨干节点连接，骨干节点与普通节点连接，且由至少一骨干节点和至少 两个普通节点组成协同任务组，该协同任务组中的骨干节点与普通节点之间、 相邻两普通节点之间均建立点对点的通信链路；

为任务组内协同工作的传感器设置静态路由规则，保证协同工作的传感器 数据能够以最优的传输路径进行传输，提供整体的数据传输效率。

进一步地，所述动态路由网络的构建方法如下：

B1：通过静态路由网络和默认路由网络实现任务组内各个节点间的本地链 路的通联状态信息同步；

B2：各节点根据通联状态信息构建任务组内网络拓扑；

B3：通过路由计算方法计算动态路由，生成动态路由网络，且当任务组内 网络拓扑中出现链路中断时，则通过动态路由网络生成路由信息；

静态路由无法根据链路状态变化实时调整，通过动态采集网络状态数据， 采用路由计算方法实时计算动态路由信息，在静态无法正常工作的情况下依然 可以通过动态路由保证任务组内数据的高效传输。

在本发明中还提供了一种基于任务的传感器组网消息路由系统，所述系统 包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，用于调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行上 述所述的基于任务的传感器组网消息路由方法。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法及系统，建立 默认路由网络、静态路由网络和动态路由网络，在分发数据时，路由寻址的优 先级按静态路由网络、动态路由网络、默认路由网络，通过默认路由网络能够 通过较小代价实现全网互通，通过静态路由网络能实现任务组内数据的高效交 互以及通过动态路由网络能够根据网络实时情况进行动态重构，能够满足多种 物理链路环境下的消息路由需要，同时可以根据任务灵活调整传感器之间的消 息路由关系，实现高效的消息路由转发。

附图说明

图1是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中默认路由网 络的拓扑结构图；

图2是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中默认路由网 络所生成的默认路由信息表；

图3是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中静态路由网 络的拓扑结构图；

图4是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中静态路由网 络的静态路由信息表；

图5是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中动态路由网 络的拓扑结构图；

图6是本发明所提供的基于任务的传感器组网消息路由方法中动态路由网 络由静态路由信息表生成动态路由信息表的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模 块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能 理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的 精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种基于任务的传感器组网消息路由方法，该路 由方法针对基于任务的传感器组网应用需要，对传感器的数据通过路由组网实 现对数据的发送或转发，能够满足多种物理链路环境下的消息路由需要，同时 可以根据任务灵活调整传感器之间的消息路由关系，实现高效的消息路由转发 或发送。

在本实施例中，该路由方法包括：

S1：建立默认路由网络、静态路由网络和动态路由网络，实现三层消息路 由；具体为：

(1)默认路由网络主要是根据基本的通信关系构建的，具体的讲，默认路 由网络是根据所有节点间的信息互通关系构建，以达到用最小的网络代价，保 证所有节点之间信息互通。通过默认路由网络实现基本的通信网络构建，以用 于设备运维指令的下发和设备工作状态信息的汇集上报。但基于默认路由网络 的数据交互路径并非最优路径，不适合大数据量的传输。

如图1所示，默认路由网络的各个节点采用树形网络拓扑结构布置，默认 路由网络包括一个根节点、两个骨干节点和四个普通节点，分别为：根节点(NID：1)、骨干节点(NID：2)、骨干节点(NID：3)、普通节点(NID： 4)、普通节点(NID：5)、普通节点(NID：6)、普通节点(NID：7)，所 述根节点(NID：1)分别与骨干节点(NID：2)和骨干节点(NID：3)建立 链路连接，骨干节点(NID：2)分别与普通节点(NID：4)和普通节点(NID： 5)建立链路连接，骨干节点(NID：3)与普通节点(NID：6)建立链路连接， 普通节点(NID：4)与普通节点(NID：7)之间建立链路连接，且每个节点连 接一个该节点的上一级节点和至少一个该节点的下一级节点，且各个节点的默 认路由信息中包含直接上一级节点以及所有下一级节点的路由信息，即：根节 点(NID：1)处则保留有所有节点的路由信息，该种设计方式，保证处理能力 弱的下级节点处理的路由信息越少，除了根节点以外所有节点都在默认路由信 息中选取和上一级节点的路由信息作为默认路由。

当前节点有数据要通过默认路由网络对外发送或转发时，默认路由网络在 分发数据的逻辑为：

A1：查找当前节点的默认路由信息中是否有目的节点，若目的节点在默认 路由信息中，则执行A2；若目的节点不在默认路由信息中，则执行A3；

A2：如果目的节点是当前节点的下一级或者直接上一级，数据就直接根据 默认路由信息转发，举例：普通节点(NID：4)与普通节点(NID：7)和骨干 节点(NID：2)之间则直接根据默认路由信息转发即可；

A3：数据就通过默认路由发给当前节点的上一级节点，由上一级节点根据 其对应的默认路由信息继续寻找路由，以此类推，直至生成路由链路路径；举 例：最极端的情况，如图1中所示普通节点(NID：7)到普通节点(NID：6) 发送数据，两者之间并非是直接上级或下级，在普通节点(NID：7)到上一级 普通节点(NID：4)，普通节点(NID：4)对应的默认路由信息继续寻找路由， 又找到骨干节点(NID：2)，以此类推并返回，重复执行步骤A1和A2，直至 到根节点(NID：1)→骨干节点(NID：3)→普通节点(NID：4)，才能完成 数据转发所需要的最终路由寻址。

其中，对于默认路由信息在实际应用中的体现为默认路由信息表，如图2 所示，其中，“DEST”表示目的节点，“NEXT”表示下一个节点，“DEF” 则表示是否有默认路由(“1”表示是，“0”表示否)，对于图2中，如第一 行表达的是：到根节点(NID：1)这个点，下一步到根节点(NID：1)，则当 前节点与根节点(NID：1)有直接链路连通，则不需要其他节点中转，则按照 默认路由即可到达；如第二行表达的是：到骨干节点(NID：3)这个点，先到 骨干节点(NID：2)这个点，骨干节点(NID：2)需要根节点(NID：1)中 转，没有默认路由，则“DEF”为0；

(2)静态路由网络主要是根据设备的任务关系进行构建的，具体的讲，静 态路由网络是根据协同任务的需要以及协同节点之间的物理链路情况构建信息 交互关系，用于规定在同一个任务组中节点间的信息如何流动；该静态路由网 络在实际应用中，其基本要求是信息交互的高效性，需要适合大量协同任务数 据的交互。

静态路由网络的各个节点采用网状拓扑结构布置，其在构建时，各个节点 在物理链路允许的情况下尽量进行直连，在无法直连需要中转的情况下，也要 选择网络带宽大、处理能力强的节点进行中转。

如图3所示，静态路由网络包括根节点、骨干节点和普通节点，分别为： 根节点(NID：1)、骨干节点(NID：2)、骨干节点(NID：3)、普通节点(NID：4)、普通节点(NID：5)、普通节点(NID：6)、普通节点(NID： 7)。所述根节点(NID：1)分别与骨干节点(NID：2)和骨干节点(NID：3) 建立链路连接，骨干节点(NID：2)分别与普通节点(NID：4)、普通节点(NID： 5)和普通节点(NID：6)建立链路连接，骨干节点(NID：3)与普通节点(NID： 6)建立链路连接，普通节点(NID：4)与普通节点(NID：7)之间建立链路 连接，普通节点(NID：4)与普通节点(NID：5)之间、普通节点(NID：5) 与普通节点(NID：6)两两之间建立链路连接。由至少一骨干节点和至少两个 普通节点组成协同任务组，在本实施例中，以骨干节点(NID：2)、普通节点 (NID：4)、普通节点(NID：5)和普通节点(NID：6)组成协同任务组为 例，该协同任务组中的骨干节点与普通节点之间、相邻两普通节点之间均建立 点对点的通信链路，进而实现协同任务组中各个节点之间进行共享任务数据。

基于上述建立的静态路由网络其静态路由信息，普通节点(NID：4)和普 通节点(NID：6)之间无法直连，需要通过骨干节点(NID：2)或者普通节点 (NID：5)进行中继，由于普通节点(NID：5)是骨干节点，能力更强，因此 静态路由信息会设置为通过骨干节点(NID：2)完成普通节点(NID：4)到普 通节点(NID：6)的数据中继。

其中，对于静态路由信息在实际应用中的体现为静态路由信息表，如图4 所示，其中，“DEST”表示目的节点，“NEXT”表示下一个节点，“STATE” 则表示当前节点到下一个节点的链路是否连通的状态(“1”表示连通，“0” 表示断开)，如图4中的第一行所表达的是：到目的节点(NID：2)这个点， 下一步到骨干节点(NID：2)，由于“STATE”为1，则表示当前节点与骨干 节点(NID：2)是直接链路连通的，不需要中转，因此，当前节点与目的节点(NID：2)有直接链路连通，则不需要其他节点中转，可完成路由寻址；如第 三行表达的是：到普通节点(NID：6)这个点，先到骨干节点(NID：2)这个 点，由于“STATE”为1，则表示骨干节点(NID：2)不需要中转可直接到普 通节点(NID：6)。

(3)由于静态路由网络是在任务组建立时静态设置的，但是任务在执行过 程中链路的通联状态可能发生变化，完全按照静态路由信息执行会存在数据不 可达的问题，因此，还需要根据网络状态动态计算路由，形成动态路由信息， 以确保数据的可靠发送或转发。

可知，动态路由网络是对静态路由网络的补充，其根据静态路由网络的网 络链路状态动态构建，动态路由网络的构建方法如下：

B1：通过静态路由网络和默认路由网络实现任务组内各个节点间的本地链 路的通联状态信息同步；

B2：各节点根据通联状态信息构建任务组内网络拓扑；

B3：通过路由计算方法计算动态路由，生成动态路由网络，且当任务组内 网络拓扑中出现链路中断时，则通过动态路由网络生成路由信息。在实际应用 时，路由计算方法可采用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法。举例：如图5所示，静态 路由网络中，若出现，在普通节点(NID：4)与普通节点(NID：5)之间的链 路中断，若当前节点是普通节点(NID：4)，目标节点是普通节点(NID：5) 且按照静态路由信息，最高效的方式也是下一级节点是普通节点(NID：5)， 但普通节点(NID：4)与普通节点(NID：5)之间的链路中断，则会通过动态 路由网络生成路由信息，将下一级节点改为骨干节点(NID：2)，由普通节点 (NID：4)→骨干节点(NID：2)→普通节点(NID：5)的路径也能够实现 目标节点为普通节点(NID：5)，进而完成数据的发送或转发。

其中，对于动态路由信息在实际应用中的体现为动态路由信息表，如图4 所示，其中，“DEST”表示目的节点，“NEXT”表示下一个节点，“STATE” 则表示当前节点到下一个节点的链路是否连通的状态(“1”表示连通，“0” 表示断开)。如图6所示，在静态路由信息表的第二行，目的节点为普通节点 (NID：5)，下一个节点先到普通节点(NID：5)，但“STATE”为0，则当 前节点与普通节点(NID：5)两者之间的直接链路是断开状态的；此时，需要 继续查找动态路由信息表，在动态路由信息表的第二行，将下一个节点切换为 先到为骨干节点(NID：2)，由于“STATE”为1，则表示当前节点到骨干节 点(NID：2)的链路是连通的，再根据骨干节点(NID：2)的路由信息将数据 转发至目的节点(即普通节点(NID：5))。

S2：在分发数据时，路由寻址的优先级按静态路由网络、动态路由网络、 默认路由网络呈依次递减。当设备在分发数据时，优先查找静态路由网络的静 态路由信息，在静态路由信息中查不到相关路由信息后再查下一个动态路由网 络的动态路由信息，若依然没有找到路由信息，则采用默认路由网络中的默认 路由信息发送数据，以最终完成路由寻址。

S3：生成路由链路路径并完成发送数据或转发，实现传感器信息的传递。

实施例2

在本发明中还提供了一种基于任务的传感器组网消息路由系统，所述系统 包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，用于调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行上 述实施例1中所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，在系统在运行时其 处理过程在实施例1中已作详细阐述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描 述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除 非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表 示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码 的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其 中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或 按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员 所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。 在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执 行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方 式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有 用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合 逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部 分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计 算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块 中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的 形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品 销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述 的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例 或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例 是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的 范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，该路由方法包括：

S1：建立默认路由网络、静态路由网络和动态路由网络；

S2：在分发数据时，路由寻址的优先级按静态路由网络、动态路由网络、默认路由网络呈依次递减；

S3：生成路由链路路径并完成发送数据；

其中，所述默认路由网络根据所有节点间的信息互通关系构建；所述静态路由网络根据协同任务的需要以及协同节点之间的物理链路情况构建；所述动态路根据静态路由网络的网络链路状态动态构建。

2.根据权利要求1所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，所述默认路由网络用于设备运维指令的下发和设备工作状态信息的汇集上报。

3.根据权利要求1所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，所述默认路由网络的各个节点采用树形网络拓扑结构布置，且每个节点连接一个该节点的上一级节点和至少一个该节点的下一级节点，且各个节点的默认路由信息中包含直接上一级节点以及所有下一级节点的路由信息。

4.根据权利要求3所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，当前节点有数据要通过默认路由网络对外发送或转发时，默认路由网络在分发数据的逻辑为：

A1：查找当前节点的默认路由信息中是否有目的节点，若目的节点在默认路由信息中，则执行A2；若目的节点不在默认路由信息中，则执行A3；

A2：如果目的节点是当前节点的下一级或者直接上一级，数据就直接根据默认路由信息转发；

A3：数据就通过默认路由发给当前节点的上一级节点，由上一级节点根据其对应的默认路由信息继续寻找路由，以此类推，直至生成路由链路路径。

5.根据权利要求1所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，所述静态路由网络的各个节点采用网状拓扑结构布置。

6.根据权利要求5所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，所述静态路由网络包括根节点、骨干节点和普通节点，所述根节点与骨干节点连接，骨干节点与普通节点连接，且由至少一骨干节点和至少两个普通节点组成协同任务组，该协同任务组中的骨干节点与普通节点之间、相邻两普通节点之间均建立点对点的通信链路。

7.根据权利要求1所述的基于任务的传感器组网消息路由方法，其特征在于，所述动态路由网络的构建方法如下：

B1：通过静态路由网络和默认路由网络实现任务组内各个节点间的本地链路的通联状态信息同步；

B2：各节点根据通联状态信息构建任务组内网络拓扑；

B3：通过路由计算方法计算动态路由，生成动态路由网络，且当任务组内网络拓扑中出现链路中断时，则通过动态路由网络生成路由信息。

8.一种基于任务的传感器组网消息路由系统，其特征在于，所述路由系统包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，用于调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行上述所述的基于任务的传感器组网消息路由方法。

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