一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法技术

本发明专利技术提供了一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法，本发明专利技术基于二维平面网格，通过进一步研究路由负载平衡问题，提出新的网络拓扑模型，这种模型使得边界节点也能够参与路由，从而降低网络内部节点的负载，达到负载平衡的目的。本发明专利技术提出的类环网络拓扑结构和基于类环结构的负载均衡路由算法能够较好地兼顾路由开销和负载均衡。与传统二维网格相比，本发明专利技术不仅缩短了消息传播的路由长度，且显著提高载体的负载平衡性，从而提升网络性能。

【技术实现步骤摘要】
一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法
本专利技术涉及一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法。
技术介绍
5G技术的应用预示着万物互联时代的到来。物联网络中的路由是指将消息从源节点经过一些中继转发节点传送到目的节点的过程。路由规则的好坏直接决定着网络通信的性能。环状网(Torus网络)是通信拓扑结构中负载最均衡，路由路径最短的拓扑结构，但结构要求苛刻。传统二维网格由于路由大都要经过内部节点，使得内部节点的负载大于边界节点，这导致负载不均衡从而造成网络拥堵，使得网络的生命周期下降。[1]SureshChalasaniandRajendraV.Boppana.Fault-tolerantwormholeroutingalgorithmsformeshnetworks.IEEETrans.Comput.,44(7):848–864,1995.[2]YiYang.Applicationsofgraphtheoryintelecommunicationnetworksandwirelesssensornetworks.PhDThesis,2009.[3]TheNeedforAdaptiveRoutingintheChaoticandUnbalancedTrafficEnvironmentIEEETrans.Communications,29(4):481–490,1981.munications,29(4):481–490,1981.[4]K.RomerandF.Mattern.Thedesignspaceofwirelesssensornetworks.11(6):54-61,Dec.2004[5]LINPei,YANGYi,CHENYipiao.AdaptiveFault-tolerantRouting-tableAlgorithmBasedonCrackyFaultBlock.《ComputerEngineering》-2013
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对5G时代的到来，万物互联将产生海量的数据。如何让物联网络的消息传播高效，让每个传播消息的载体负载均衡，需要一个可行的网络拓扑结构和基于此拓扑结构的路由算法实现。二维网格拓扑结构简单，基于二维网格的路由算法应用广泛，本专利技术克服了传统二维网格模型下的路由弊病，提出类环二维网格拓扑结构和基于拓扑此结构下的路由方法。本专利技术公开了一种实现5G物联网中网络路由路径短且负载均衡的多跳路由方法，包括：步骤1，对物联网络进行设定；步骤2，通过多跳路由方法，实现任意源节点到目标节点的路由路径最短且网络整体负载均衡。步骤1包括：将物联网络里的每个载体都抽象成一个无线传感器节点，所述无线传感器节点在他们的通信半径里能够相互通信，且他们的通信半径r是有限的；传感器节点周围分布着5G基站，5G基站的通信半径R远远大于无线传感器节点的通信半径r(一般5G基站的通信半径百倍于无线传感器节点的通信半径时，认为是远远大于)；节点与节点、节点与基站或基站与基站之间可能够直接相互通信，但它们必须都在对方的通信半径里；如果一个节点或基站能够和另一个节点或基站直接通信，则称他们是邻居节点；设定无线传感器节点和基站分布满足二维网格分布，消息发送或接收只能沿着邻居节点传播路由；任意发送消息的节点或基站称之为源节点；任意接收消息的节点或基站，称之为目标节点，二维网格里的节点既能够是源节点，也能够是目标节点。步骤1还包括：选取二维网格四周角落边界站点为5G基站，二维网格四周角落边界站点的坐标分别为(0,0)，(m,0)，(0,n)，(m,n)，分别记为基站WN，EN，WS，ES，其余为无线传感器节点，二维网格规模为m*n，m和n分别表示二维网格的长和宽。步骤1中，定义5G基站和无线传感器节点的通信半径Rc＝r∩R。步骤1还包括：设定消息必须沿着邻居节点进行路由。步骤1还包括：基站能够给通信半径内所有节点发送消息，但接收来自无线传感器节点的消息必须是基站的邻居节点。步骤2包括：步骤2-1，物联网络里的节点和基站发送广播消息完成组网，所述广播消息包含节点的位置信息和节点的状态信息；步骤2-2，建立迭代规则；步骤2-3，当消息从源节点S发送到目标节点D时，计算源节点和目标节点的跳数，即距离，当SDX>m/2且SDY>n/2时，执行步骤2-4；当SDX>m/2且SDY<＝n/2时，执行步骤2-5；当SDX<＝m/2且SDY>n/2，执行步骤2-6；当SDX<＝m/2且SDY<＝n/2，执行步骤2-7，其中，SDX表示水平跳数，SDY表示垂直跳数，计算公式如下：SDX＝S.x-D.x，SDY＝S.y-D.y，S.x,S.y分别表示源节点S在二维网格的横坐标和纵坐标；D.x，D.y分别表示目标节点DS在二维网格的横坐标和纵坐标；步骤2-4，此时两个节点源节点S和目标节点D位于二维网格的对角线位置，消息从源节点S路由到最近基站WS(或ES或WN或EN)，通过边界基站传播消息到目标节点D的最近基站EN(或WN，ES，WS)，再根据贪婪算法和迭代规则路由到目标节点D；步骤2-5，此时两个节点源节点S和目标节点D位于二维网格的东西两侧，消息从源节点S向最近基站WS(或ES或WN或EN)路由，通过边界基站传播消息到目标节点D的最近对应基站ES(或WS，EN，WN)，再根据贪婪算法和迭代规则路由到目标节点D；步骤2-6，此时两个节点源节点S和目标节点D位于二维网格的南北两侧，消息从源节点S路由到最近基站WS(或ES或WN或EN)，通过边界基站传播消息到目标节点D的最近对应基站WN(或EN，WS，ES)，再根据贪婪算法和迭代规则路由到目标节点D；步骤2-7，此时源节点消息不通过5G基站路由，消息从源节点S按照贪婪算法和迭代规则直接路由到目标节点。步骤2-3包括：根据数学图论知识，类环形拓扑网格Quasi_torus(m,n)是一个G＝{V,E}的连通带权图，m，n表示类环形拓扑结构的网络规模，二维网格里任何两个邻居节点的权值相等，V＝{1，2，3，…，mn-1，mn}，|E|＝(n-1)*m+(m-1)*n+4＝2m*n-m-n+4。设A＝[aSD]m*n是图的权矩阵，其中aSD是图上连接源节点S和目标节点D的边的权，如果两顶点不是邻居节点，则aSD＝∞，设初始矩阵D(0)＝A，迭代规则如下：a(1)SD＝min{a(0)SD，a(0)S1+a(0)1D}，S≠D；其中a(0)SD，a(0)S1，a(0)1D是初始权矩阵A的元素；上式表示a(0)SD在a(0)SD以及从源节点S经过顶点v1到目标节点D的权之和a(0)S1+a(0)1D中选择最短长度，依此规则迭代：a(2)SD＝min{a(1)SD，a(1)S2+a(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，对物联网络进行设定；/n步骤2，通过多跳路由方法，实现任意源节点到目标节点的路由路径最短且网络整体负载均衡。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现5G物联网网络路由路径的多跳路由方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对物联网络进行设定；
步骤2，通过多跳路由方法，实现任意源节点到目标节点的路由路径最短且网络整体负载均衡。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：
将物联网络里的每个载体都抽象成一个无线传感器节点，所述无线传感器节点在他们的通信半径里能够相互通信，且他们的通信半径r是有限的；
传感器节点周围分布着5G基站，5G基站的通信半径R远远大于无线传感器节点的通信半径r；
节点与节点、节点与基站或基站与基站之间可能够直接相互通信，但它们必须都在对方的通信半径里；
如果一个节点或基站能够和另一个节点或基站直接通信，则称他们是邻居节点；
设定无线传感器节点和基站分布满足二维网格分布，消息发送或接收只能沿着邻居节点传播路由；
任意发送消息的节点或基站称之为源节点；任意接收消息的节点或基站，称之为目标节点，二维网格里的节点既能够是源节点，也能够是目标节点。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：选取二维网格四周角落边界站点为5G基站，二维网格四周角落边界站点的坐标分别为(0,0)，(m,0)，(0,n)，(m,n)，分别记为基站WN，EN，WS，ES，其余为无线传感器节点，二维网格规模为m*n，m和n分别表示二维网格的长和宽。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中，定义5G基站和无线传感器节点的通信半径Rc＝r∩R。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：设定消息必须沿着邻居节点进行路由。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：基站能够给通信半径内所有节点发送消息，但接收来自无线传感器节点的消息必须是基站的邻居节点。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2-1，物联网络里的节点和基站发送广播消息完成组网，所述广播消息包含节点的位置信息和节点的状态信息；
步骤2-2，建立迭代规则；
步骤2-3，当消息从源节点S发送到目标节点D时，计算源节点和目标节点的跳数，即距离，当SDX>m/2且SDY>n/2时，执行步骤2-4；当SDX>m/2且SDY<＝n/2时，执行步骤2-5；当SDX<＝m/2且SDY>n/2，执行步骤2-6；当SDX<＝m/2且SDY<＝n/2，执行步骤2-7，其中，SDX表示水平跳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宜漂，安刚，魏康，颜军，晁晓宏，王强，李鹏，
申请(专利权)人：中通服咨询设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32