面向物联网的传感器网络通信路由方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种面向物联网的传感器网络通信路由方法及装置

【技术实现步骤摘要】
面向物联网的传感器网络通信路由方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及一种面向物联网的传感器网络通信路由方法及装置
。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的不断发展，将物联网技术应用于智能电网业务中成为了总趋势
。
智能电网将无线传感器网络与原有物理网络基础设施紧密集成，形成了“电网
2.0”。
无线传感器设备或称节点，通过路由器和网关构建无线传感器系统，从而对智能电网进行实时感知
、
检测和收集网络覆盖区域内各种环境或者监测对象的信息，经过处理后，它被无线传输，并通过自组多跳的网络方式传送给观察者
。
面向物联网的无线传感器网络在逻辑上是一个基于软件定义的两层网络架构，包括控制层和物联网设备层，其中控制层主要包括
SDN(Software Defined Network
，软件定义网络
)
控制器，负责下发流表，根据业务需求对无线传感器之间的传输链路进行动态调整，物联网设备层是支持
SDN
功能的无线传感器，负责对其所在位置的网络数据进行实时的感知和监测
。
然而，物联网的海量设备
、
复杂的连接特性和动态通信要求也给电力系统的数据传输带来了巨大的挑战
。
特别是
5G
用户对个性化服务的需求，使得物联网无线传感器网络有必要根据需求动态响应特定节点对之间的传输需求，这大大增加了物联网设备层无线传感器之间通信的复杂性
。
[0003]相关的研究中物联网在实现设备路由通信时大多考虑一般设备节点的路由通信，通信路径布局复杂
、
消耗资源多
。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种面向物联网的传感器网络通信路由方法及装置，以解决现有技术中存在物联网在实现设备路由通信时大多考虑一般设备节点的路由通信，通信路径布局复杂
、
消耗资源多的问题
。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种面向物联网的传感器网络通信路由方法，包括：
[0006]构建电力物联网的传感器网络的底层物理网络模型，从所述底层物理网络模型中确定传感器网络，其中，所述传感器网络包括当前时刻有通信需求的传感器对和当前时刻无通信需求的传感器，所述传感器网络中包括多个传感器，每个传感器作为一个节点；
[0007]建立所述传感器网络的路由通信的数学模型；
[0008]将所述数学模型转换为最小斯坦纳网络问题，并通过求解所述最小斯坦纳网络问题，挑选出所述当前时刻有通信需求的传感器对的最佳传输路径；
[0009]将所述最佳传输路径转换为路由策略，并下发给相应节点
。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述数学模型的优化目标和约束条件为在满足所有节点对之间通信需求的同时，最小化通信所消耗的传输资源；其中，所述所有节点对为当前时刻有通信需求的传感器对；
[0011]其中，所述优化目标和约束条件为：
[0012][0013]其中，
e
k
表示物联网的设备层中通过节点
k
相连的节点
i
和节点
j
之间的通信链路；
l
ikj
表示当前时刻有通信需求的传感器对的不相邻的节点
i
和节点
j
之间的通信路径；
w
ikj
表示节点
i
和
j
通过路径
l
ikj
通信所消耗的传输资源；
V
P
表示当前时刻具有通信需求的传感器的节点集合；
V
P
(i,j)
表示节点
i
和节点
j
在当前时刻具有通信需求；
k
表示当前无通信需求的传感器的节点；
V
S
表示在当前时刻无通信需求的节点集合
。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述通过求解所述最小斯坦纳网络问题，挑选出所述当前时刻有通信需求的传感器对的最佳传输路径，包括：
[0015]基于所述底层物理网络模型，生成具有通信需求的传感器对的节点集合的完全图；
[0016]根据所述完全图生成最小生成树；
[0017]遍历所述最小生成树中的每条链路，并将所述每条链路采用所述底层物理网络模型中对应节点对之间的路径进行替代，得到中间图；
[0018]判断所述中间图中是否存在环路；若所述中间图中不存在所述环路时，则所述生成树图各节点的路径作为所述当前时刻有通信需求的传感器对的最佳传输路径；
[0019]若所述中间图中存在所述环路时，则去掉所述环路中的部分链路；并将去掉所述环路中的部分链路生成的图中各节点的路径作为所述当前时刻有通信需求的传感器对的最佳传输路径
。
[0020]在一种可能的实现方式中，所述基于所述底层物理网络模型，生成具有通信需求的传感器对的节点集合的完全图，包括：
[0021]在所述底层物理网络模型中，基于多源最短路径算法计算所有节点之间消耗的传输资源最小的传输路径和其对应的传输资源；
[0022]将所述底层物理网络模型中的所述当前时刻有通信需求的传感器对的节点两两相连，确定所述当前时刻有通信需求的传感器对的节点的完全图，其中，所述当前时刻有通信需求的传感器对的节点的完全图包括所述当前时刻有通信需求的传感器对的节点集合
、
节点对之间的链路以及节点对之间通信所需的最小传输资源
。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述根据所述完全图生成最小生成树，包括：
[0024]遍历所述完全图中的当前时刻有通信需求的节点对以及所述节点对之间的链路，并将所述节点对之间的链路存储至最小生成树边集合中，其中，所述节点对通过其链路的连通分为多个独立的连通块，每个连通块为一个集合；
[0025]遍历所述多个独立的连通块之外的链路，并获取所述多个独立的连通块之外的链路所消耗的传输资源；
[0026]将所述多个独立的连通块之外的链路按照其所消耗的传输资源从小到大进行排序，得到侯选边集合；
[0027]依次获取所述侯选边集合中的链路，并判断该链路中对应的节点是否处于不同的连通块对应的集合中；
[0028]若该链路中对应的节点处于不同的连通块对应的集合中，则将该链路添加至所述最小生成树边集合中；否则，则跳转到依次获取所述侯选边集合中的链路，并判断该链路中对应的节点是否处于不同的连通块对应的集合中的步骤；
[0029]当添加到的所述最小生成树边集合中的链路的数量大于或等于所述节点对的数量减1时，基于所述最小生成树边集合中的链路，获得所述最小生成树
。
[0030]在一种可能的实现方式中，所述底层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向物联网的传感器网络通信路由方法，其特征在于，包括：构建电力物联网的传感器网络的底层物理网络模型，从所述底层物理网络模型中确定传感器网络，其中，所述传感器网络包括当前时刻有通信需求的传感器对和当前时刻无通信需求的传感器，所述传感器网络中包括多个传感器，每个传感器作为一个节点；建立所述传感器网络的路由通信的数学模型；将所述数学模型转换为最小斯坦纳网络问题，并通过求解所述最小斯坦纳网络问题，挑选出所述当前时刻有通信需求的传感器对的最佳传输路径；将所述最佳传输路径转换为路由策略，并下发给相应节点
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数学模型的优化目标和约束条件为在满足所有节点对之间通信需求的同时，最小化通信所消耗的传输资源；其中，所述所有节点对为当前时刻有通信需求的传感器对；其中，所述优化目标和约束条件为：其中，
e
k
表示物联网的设备层中通过节点
k
相连的节点
i
和节点
j
之间的通信链路；
l
ikj
表示当前时刻有通信需求的传感器对的不相邻的节点
i
和节点
j
之间的通信路径；
w
ikj
表示节点
i
和
j
通过路径
l
ikj
通信所消耗的传输资源；
V
P
表示当前时刻具有通信需求的传感器的节点集合；
V
P
(i,j)
表示节点
i
和节点
j
在当前时刻具有通信需求；
k
表示当前无通信需求的传感器的节点；
V
S
表示在当前时刻无通信需求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军英，辛锐，王玉贞，李井泉，张鹏飞，刘明硕，柴守亮，刘蕴春，刘佳宜，杨清海，赵梦瑶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：