CN101827417B - 基于物联网区分服务的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

基于物联网区分服务的路由选择方法涉及物联网路由层协议的设计，主要用于针对不同的业务提供区分服务。物联网存在音频、视频信息，同时有可能存在文本信息时，不同的应用要求不同的QoS，这时要求设计的路由选择协议能针对不同业务提供区分服务，同时在全网范围内实现资源的有效利用。本发明方法提出了基于物联网的区分服务的路由选择协议，采用根据服务等级来设定动态路由选择方案，根据业务应用设定服务等级，利用兴趣扩散和路由建立完成针对业务的路由选择，从而延长了物联网的寿命并提高了物联网的协调性和服务质量。

Description

基于物联网区分服务的路由选择方法

技术领域

本发明涉及物联网网络层路由协议的设计，主要用于针对不同的业务提供区分服务。

背景技术

物联网是由一组具有感知、计算和通信能力的多媒体传感器节点组成的分布式传感器网络。它通过节点上多媒体传感器采集周边环境的多种媒体信息(音频、视频、图像等)，通过多跳方式将数据汇集到汇聚节点，实现全面、有效的环境监测。

在物联网中，传输的数据主要是音频和视频数据。视频数据的信息量非常巨大，如果在无线链路上持续传输视频数据，则无线信道带宽将成为***的瓶颈，同时，视频信息的传输和处理需要耗费大量的能量，这将导致能量有限的传感器网络迅速耗尽能量，网络的生存周期将大为缩短。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，避免产生通信拥塞并均衡网络流量等。

物联网存在音频、视频信息，同时有可能存在文本信息时，不同的应用要求不同的QoS，这时要求根据不同的业务选择合适的路由，同时在全网范围内实现资源的有效利用。

现有的路由协议主要针对不同的物联网应用，分为能量感知路由协议，基于查询的路由协议，地理位置路由协议，可靠的路由协议。这些协议的侧重点仍然是根据单一的业务需求，从能量优化，拓扑控制，时延等角度进行路由选择，未能根据多媒体传感器网络业务应用的需求进行相应的路由筛选，以达到全网资源的均衡。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供基于物联网区分服务的路由选择方法，用于解决现有物联网路由协议业务区分性差，全网资源利用不均。本发明针对物联网的不同应用提供区分服务，显著提高物联网的资源利用率和传输效率。

技术方案：定向扩散路由是一种基于查询的路由机制。汇聚节点通过兴趣消息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。在兴趣消息的传播过程中，协议逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度。传感器节点将采集到的数据沿着梯度方向传送到汇聚节点。此路由机制无法根据任务的类型设定业务等级，从而在梯度建立时候设定合适的梯度。

本发明针对定向扩散路由机制不够灵活，在此基础之上设计一种路径优化方案，达到物联网可以根据业务类型提供不同的服务。

方法流程：

基于物联网的区分服务的路由选择流程所包含的步骤如下：

步骤1)定义服务优先级：

1a).根据当前应用音频，视频，文本信息服务质量的要求，如数据延迟，数据丢包率设定相应的服务等级，即服务优先级；按照物联网的一般应用，避免音视频信息的高延迟，影响接收效果；将视频数据定义为最高优先级3，音频数据的优先级定义为2，文本信息定义为1；

1b).设定服务优先级映射表，将各等级的服务优先级绑定相应的传输速率；

步骤2)定义兴趣消息：

在兴趣扩散阶段，汇聚节点周期性地向邻居节点广播兴趣消息，在此基础上设计一种兴趣消息结构，有效记载兴趣扩散阶段所必须的信息，自定义兴趣消息结构包含：任务节点号、任务类型、服务优先级、源节点号、发送时间；

2a).任务节点号：采集传感数据的节点；

2b)任务类型：记录任务类型，及采集行为，包括采集温度信息、血氧信息、脉搏信息、多媒体视频信息、多媒体音频信息，根据具体的任务需求制定；

2c).服务优先级：由步骤1获得服务优先级，主要是根据当前业务的数据传输速率配置相应的服务优先级；

2d.源节点号：发送此兴趣消息的源节点号，即上一跳节点；

2e).发送时间：源节点发出此兴趣消息的时间；

2f)兴趣消息容量：此兴趣消息容量；

步骤3)兴趣扩散阶段：汇聚节点周期性采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点，

3a).每个节点在本地保存一个兴趣列表，用来记录该兴趣消息的相关信息，以建立该节点向汇聚节点传递数据的梯度关系，每个兴趣列表包含多个兴趣点，每个兴趣点包含信息如下：

1)任务节点号

2)任务类型

3)服务优先级

4)源节点号

3b).汇聚节点周期性采用洪范方式传播兴趣消息，接收节点接收到兴趣消息后，将兴趣消息解包，将兴趣消息中的相关信息直接或经过转化以后传入节点中兴趣列表；

3b1).从兴趣消息中提取任务节点号，任务类型，并在节点的兴趣列表中查询是否有相同的任务节点号和任务类型，如果存在，则在此兴趣点基础上进行更新；如果不存在，则新建一个兴趣点，并将任务节点号和任务类型填充；

3b2)计算传输速率：兴趣消息到达当前节点时，当前节点记录消息包到达时间，并从兴趣消息包中提取发送时间和兴趣消息容量2个数据字段，利用公式兴趣消息容量/(到达时间-发送时间)

获取2个节点间的数据传输速率；

3b3).将数据传输速率转化为服务优先级：根据步骤1)设计的服务优先级映射表，计算当前数据传输速率所对应的服务优先级，并将其填充到兴趣点相应位置；

3b4).提取兴趣消息中任务节点号与任务类型，比较当前节点的节点号与任务节点号是否相同，如果不相同，则继续执行步骤b)进行兴趣消息洪泛；如果相同，说明此节点即为传感采集节点，停止兴趣消息扩散，转入步骤4)进行路由选择；

步骤4).路由选择阶段：从源节点到汇聚节点根据服务优先级建立合适的路由；

4a)定义路由建立数据包，包括以下数据字段：

4a1)下一跳节点号，

4a2)任务节点号，

4a3)任务类型，

4a4)服务优先级：此服务的服务优先级要求，在整个路由建立阶段不变，

4b)源节点在兴趣列表中查询，获取此任务的服务优先级，任务节点号，任务类型；

4c)源节点根据任务节点号，任务类型在兴趣列表中选定所有符合条件的兴趣点，并比较这些兴趣点的服务优先级与此任务的服务优先级要求，选择两者相同的兴趣点，提取相应的下一跳节点号，将其与任务节点号，任务类型和服务优先级填充入路由建立数据包；

4d)源节点根据下一跳节点号，发送路由建立数据包到下一跳节点；

4e)下一跳节点根据步骤4)继续选择目标节点，循环反复，建立从源节点到汇聚节点的路由；

步骤5).数据传输阶段：源节点采集数据，通过步骤4建立的路由传输数据到汇聚节点。

有益效果：本发明方法提出了基于物联网的区分服务的路由选择协议，根据服务等级选择相应的路由，具有以下的有益效果。

(1)根据应用业务要求选取相应的路由，均衡网络资源。

(2)周期性的扩散兴趣消息，动态的调整各个节点之间数据传输速率，达到动态更新路由的效果。

(3)动态服务优先级的设定，有效保证了所有传感数据可以安全发送出去，不会产生发送死锁。

附图说明

图1兴趣消息结构图。

图2路由建立结构图。

图3基于物联网的区分服务的路由选择设计流程图。

具体实施方式

基于物联网的区分服务的MAC协议具体过程如下：

步骤1)定义服务优先级。

a)根据当前应用(音频，视频，文本信息等)服务质量的要求，如数据延迟，数据丢包率等设定相应的服务等级，即服务优先级。按照物联网的一般应用，避免音视频信息的高延迟，影响接收效果，在这里我们将视频数据定义为最高优先级3，音频数据的优先级定义为2，文本信息定义为1。当然这些设定可以根据不同的应用做相应的修改。

b)设定服务优先级映射表，将各等级的服务优先级绑定相应的传输速率。

步骤2)定义兴趣消息。

在兴趣扩散阶段，汇聚节点周期性地向邻居节点广播兴趣消息，在此基础上设计一种兴趣消息结构，有效记载兴趣扩散阶段所必须的信息。自定义兴趣消息结构包含：任务节点号，任务类型，服务优先级(步骤1)，源节点号，发送时间。

a)任务节点号：采集传感数据的节点。

b)任务类型：记录任务类型，及采集行为，包括采集温度信息，血氧信息，脉搏信息，多媒体视频信息，多媒体音频信息等。根据具体的任务需求制定。

c)服务优先级：由步骤1获得，主要是根据当前业务的数据传输速率配置相应的服务优先级。

d)源节点号：发送此兴趣消息的源节点号，即上一跳节点。

e)发送时间：源节点发出此兴趣消息的时间。

f)兴趣消息容量：此兴趣消息容量。

步骤3)兴趣扩散阶段：汇聚节点周期性采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。

a)每个节点在本地保存一个兴趣列表，用来记录该兴趣消息的相关信息，以建立该节点向汇聚节点传递数据的梯度关系。每个兴趣列表包含多个兴趣点，每个兴趣点包含信息如下：

(1)任务节点号

(2)任务类型

(3)服务优先级

(4)源节点号

b)汇聚节点周期性采用洪范方式传播兴趣消息。接收节点接收到兴趣消息后，将兴趣消息解包，将兴趣消息中的相关信息直接或经过转化以后传入节点中兴趣列表。

(1)从兴趣消息中提取任务节点号，任务类型，并在节点的兴趣列表中查询是否有相同的任务节点号和任务类型，如果存在，则在此兴趣点基础上进行更新；如果不存在，则新建一个兴趣点，并将任务节点号和任务类型填充。

(2)计算传输速率。兴趣消息到达当前节点时，当前节点记录消息包到达时间，并从兴趣消息包中提取发送时间和兴趣消息容量2个数据字段，利用公式兴趣消息容量/(到达时间-发送时间)

获取2个节点间的数据传输速率。

(3)将数据传输速率转化为服务优先级。根据步骤1)设计的服务优先级映射表，计算当前数据传输速率所对应的服务优先级，并将其填充到兴趣点相应位置。

(4)更新兴趣消息，更新源节点号和发送时间，源节点号即为当前节点号，发送时间为此兴趣消息发送时间。

(5)提取兴趣消息中任务节点号与任务类型，比较当前节点的节点号与任务节点号是否相同，如果不相同，则继续执行步骤b)进行兴趣消息洪泛；如果相同，说明此节点即为传感采集节点，停止兴趣消息扩散，转入步骤4)进行路由选择。

步骤4)路由选择阶段：从源节点到汇聚节点根据服务优先级建立合适的路由。

a)定义路由建立数据包，包括以下数据字段：

(1)下一跳节点号

(2)任务节点号

(3)任务类型

(4)服务优先级：此服务的服务优先级要求，在整个路由建立阶段不变。

b)源节点在兴趣列表中查询，获取此任务的服务优先级，任务节点号，任务类型。

c)源节点根据任务节点号，任务类型在兴趣列表中选定所有符合条件的兴趣点，并比较这些兴趣点的服务优先级与此任务的服务优先级要求，选择两者相同的兴趣点，提取相应的下一跳节点号，将其与任务节点号，任务类型和服务优先级填充入路由建立数据包。

d)源节点根据下一跳节点号，发送路由建立数据包到下一跳节点。

e)下一跳节点根据步骤4)继续选择目标节点，循环反复，建立从源节点到汇聚节点的路由。

步骤5)数据传输阶段：源节点采集数据，通过步骤4建立的路由传输数据到汇聚节点。

Claims (1)

1.一种基于物联网区分服务的路由选择方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1)定义服务优先级：

1a).根据当前应用音频、视频或文本信息对数据延迟或数据丢包率的服务质量要求，设定相应的服务等级，即服务优先级；对于物联网应用，为避免音视频信息的高延迟，影响接收效果；将视频数据定义为最高优先级3，音频数据的优先级定义为2，文本信息的优先级定义为1；

1b).设定服务优先级映射表，将各等级的服务优先级绑定相应的传输速率；

步骤2)定义兴趣消息：

在兴趣消息扩散阶段，汇聚节点周期性地向邻居节点广播兴趣消息，在此基础上设计一种兴趣消息结构，有效记载兴趣消息扩散阶段所必须的信息，自定义兴趣消息结构：任务节点号、任务类型、服务优先级、源节点号、发送时间；

2a).任务节点号：采集传感数据的节点；

2b).任务类型：记录任务类型及采集行为，包括采集温度信息、血氧信息、脉搏信息、多媒体视频信息和多媒体音频信息，根据具体的任务需求制定；

2c).服务优先级：由步骤1)获得服务优先级，根据当前业务的数据传输速率配置相应的服务优先级；

2d).源节点号：发送此兴趣消息的源节点号，即上一跳节点；

2e).发送时间：源节点发出此兴趣消息的时间；

2f).兴趣消息容量：此兴趣消息容量；

步骤3)兴趣扩散阶段：汇聚节点周期性采用洪泛方式传播兴趣消息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点，

3a).每个节点在本地保存一个兴趣列表，用来记录该兴趣消息的相关信息，以建立该节点向汇聚节点传递数据的梯度关系，每个兴趣列表包含多个兴趣点，每个兴趣点包含信息如下：

3a1).任务节点号

3a2).任务类型

3a3).服务优先级

3a4).源节点号

3b).汇聚节点周期性采用洪范方式传播兴趣消息，接收节点接收到兴趣消息后，将兴趣消息解包，将兴趣消息中的相关信息直接或经过转化以后传入节点中兴趣列表；

3b1).从兴趣消息中提取任务节点号和任务类型，并在节点的兴趣列表中查询是否有相同的任务节点号和任务类型，如果存在，则在此兴趣点基础上进行更新；如果不存在，则新建一个兴趣点，并将任务节点号和任务类型填充；

3b2).计算传输速率：兴趣消息到达当前节点时，当前节点记录兴趣消息包到达时间，并从兴趣消息包中提取发送时间和兴趣消息容量2个数据字段，利用公式

兴趣消息容量/(到达时间-发送时间)

获取2个节点间的数据传输速率；

3b3).将数据传输速率转化为服务优先级：根据步骤1)设定的服务优先级映射表，计算当前数据传输速率所对应的服务优先级，并将其填充到兴趣点相应位置；

3b4).提取兴趣消息中任务节点号与任务类型，比较当前节点的节点号与任务节点号是否相同，如果不相同，则继续执行步骤3b)进行兴趣消息洪泛；如果相同，说明此节点即为传感采集节点，停止兴趣消息扩散，转入步骤4)进行路由选择；

步骤4).路由选择阶段：从源节点到汇聚节点根据服务优先级建立路由；

4a).定义路由建立数据包，包括以下数据字段：

4a1).下一跳节点号，

4a2).任务节点号，

4a3).任务类型，

4a4).服务优先级：此服务的服务优先级要求，在整个路由建立阶段不变，

4b).源节点在兴趣列表中查询，获取此任务的服务优先级、任务节点号和任务类型；

4c).源节点根据任务节点号和任务类型在兴趣列表中选定所有符合条件的兴趣点，并比较这些兴趣点的服务优先级与此任务的服务优先级要求，选择两者相同的兴趣点，提取相应的下一跳节点号，将其与任务节点号、任务类型和服务优先级填充入路由建立数据包；

4d).源节点根据下一跳节点号，发送路由建立数据包到下一跳节点；

4e).下一跳节点根据步骤4)继续选择目标节点，循环反复，建立从源节点到汇聚节点的路由；

步骤5).数据传输阶段：源节点采集数据，通过步骤4)建立的路由传输数据到汇聚节点。

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