專利名稱：基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，屬于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2005年美國弗吉尼亞工學(xué)院的學(xué)者首次明確提出認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)定義認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)是具 有認(rèn)知過程、能感知當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)條件，然后依據(jù)這些條件作出規(guī)劃、決策和采取動作的網(wǎng) 絡(luò)。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)必須是自感知的應(yīng)該能知道內(nèi)部發(fā)生了什么，必須做什么；必須能確定 適當(dāng)行動去達(dá)到目標(biāo)和學(xué)習(xí)做所有這些。它應(yīng)該是以認(rèn)知方式自我配置、自我最優(yōu)化、 自我修復(fù)和自我保護(hù)。這一系列自我學(xué)習(xí)、自我管理的過程需要大量的代價信息，對于 已經(jīng)過于臃腫的網(wǎng)絡(luò)其服務(wù)質(zhì)量不能通過這樣的智能化得到提高。
目前存在的路由協(xié)議已經(jīng)不太能夠滿足傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，因為傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的 主干是由大型計算機(jī)設(shè)備和路由設(shè)備構(gòu)成的，這些設(shè)備不必考慮效率和功耗問題。所以 路由算法可以比較復(fù)雜，同時不必過于考慮資源的限制。但是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)是由大量受限設(shè) 備構(gòu)成，我們所設(shè)計的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由算法必須綜合考慮認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)普遍具有以下特征
1)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是在大量有限資源能量片上(能力片、存儲空間、通信距離) 進(jìn)行運(yùn)算并以預(yù)定義或者隨機(jī)散布的方式存在；
2)、基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在應(yīng)用中會以隨機(jī)散布和高密度存在的情況，所以通常 不對其進(jìn)行統(tǒng)一 IP編址，同時相關(guān)協(xié)議能支持節(jié)點自組織形成長效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
相關(guān)協(xié)議支持認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間自動協(xié)作和交換控制信息，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不具備 人機(jī)控制界面，這也是區(qū)別于其他路由協(xié)議的關(guān)鍵所在；因此傳統(tǒng)的路由協(xié)議不再適用 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基本采用全分布式的自適應(yīng)路由策略。每個路由器既要實現(xiàn)分組轉(zhuǎn) 發(fā)的功能，又要實現(xiàn)選路控制的功能，要實時地掌握全網(wǎng)的狀態(tài)(網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透麈溌返?流量)，建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，頻繁地交換路由信息并達(dá)到同步；在此基礎(chǔ)上， 進(jìn)行路由計算，選擇最好路徑，更新路由表。隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，這種模式的脆 弱性暴露得愈來愈明顯，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)稱為“一個復(fù)雜的不穩(wěn)定系統(tǒng)”，增加了 “蝴蝶效 應(yīng)”事件的發(fā)生概率，即一個小的局部事件可能引起全網(wǎng)的癱瘓。因此服務(wù)質(zhì)量不能依 賴于端系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)屬性和鏈路帶寬的不同以及節(jié)點在提供相應(yīng)服務(wù)時的性能不同， 將數(shù)據(jù)與控制相分離，從而減小網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能性，也增加網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性和可維護(hù)性。
認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)需要大量的控制信息和決策信息；同時認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點本身資源有 限，目前的研究主要集中于如何根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和硬件基礎(chǔ)，設(shè)計相關(guān)協(xié)議和管理 原則以達(dá)到該網(wǎng)絡(luò)整體具有最長有效時間。其中，由于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層與具體應(yīng)用 相關(guān)性比較小，目前的工作主要集中在系統(tǒng)層面上設(shè)計協(xié)議。而網(wǎng)絡(luò)層路由算法的設(shè) 計，則依賴于實際硬件和具體應(yīng)用的限制與需要，如節(jié)點能量、內(nèi)存和計算能力有限， 此外節(jié)點無全局統(tǒng)一 IP編址，冗余的數(shù)據(jù)可能經(jīng)多條路徑匯集到目的節(jié)點等，故有很多3方面在設(shè)計的時候必須精心考慮。而其共性則是以支持認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點快速低成本構(gòu)成穩(wěn) 定的數(shù)據(jù)傳遞路徑為目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，根據(jù)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)所具 有的特征，提供一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，解決如下問題
(1)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點進(jìn)行動態(tài)的檢測，以及時篩選有效的節(jié)點。
(2)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點獲得識別身份，這種ID不是簡單的身份標(biāo)志，而將成為樹形算 法的重要部分。
(3)節(jié)點間的路由關(guān)系如何建立，就是要用一種低功耗的算法，避免將大量的資 源用于建立路由鏈路上。
(4)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的拓?fù)渥兓螅酚芍亟?，這個過程將伴隨有節(jié)點ID的重建。
(5)節(jié)點間傳送的消息格式，以及數(shù)據(jù)傳輸中路由分析方式。
技術(shù)方案
本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，具體步驟為
A步驟、將認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以域為單位進(jìn)行分割，每個域均設(shè)置有一個主干節(jié)點；
B步驟、在每個域中由主干節(jié)點負(fù)責(zé)ID分配，分支節(jié)點負(fù)責(zé)為末端節(jié)點分配 ID,主干節(jié)點維護(hù)一個鄰接節(jié)點表，通過檢測周圍節(jié)點的信號強(qiáng)度加入或刪除一個節(jié)點；
C步驟、在每個節(jié)點設(shè)置一條ID控制信道和數(shù)據(jù)信道，流量包首先在主干節(jié)點 上轉(zhuǎn)發(fā)，主干節(jié)點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節(jié)點，當(dāng)判斷該流 量包屬于自己的分支節(jié)點時，則接收該流量包，進(jìn)入下一步驟，同時該流量包不再在認(rèn) 知網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)判斷該流量包不屬于自己的分支節(jié)點時，則將該流量包轉(zhuǎn)發(fā)給認(rèn)知網(wǎng) 絡(luò)中其他域的主干節(jié)點；
D步驟、主干節(jié)點先將流量包中的ID包和數(shù)據(jù)包分離，通過ID庫分析結(jié)果找到 正確的分支節(jié)點ID，然后根據(jù)分支節(jié)點ID將數(shù)據(jù)包發(fā)送至對應(yīng)的分支節(jié)點；
E步驟，分支節(jié)點接收來自主干節(jié)點發(fā)來的包含ID號的數(shù)據(jù)包，再將此數(shù)據(jù)包 根據(jù)具體的ID號發(fā)送至末端節(jié)點。
進(jìn)一步地，上述基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法的D步驟中，ID包中包 含有目的節(jié)點的ID，ID的結(jié)構(gòu)由三部分組成
①主干號+分支號+末端節(jié)點號；
②分支節(jié)點ID =鏈路號+M* (N-I)；
③鏈路號=分支節(jié)點IDmod M ；
其中，M為每個域中主節(jié)點的分支鏈路的支數(shù)，N為第N個分支編號。
進(jìn)一步地，上述基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法中，當(dāng)主干節(jié)點的ID發(fā) 生變化，下級的分支節(jié)點的ID也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致末端節(jié)點的ID也會發(fā)生變化。
流量包首先在主干上轉(zhuǎn)發(fā)，不會分流到分支，只有當(dāng)主干節(jié)點得到自己的分支的數(shù)據(jù)包才會將其轉(zhuǎn)發(fā)到自己的分支，并且不再在主干中轉(zhuǎn)發(fā)，建立上述的樹型網(wǎng)絡(luò)拓 撲后，每個節(jié)點有一條控制信道和數(shù)據(jù)信道。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)生變化時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫?要重新構(gòu)建。所以需要維護(hù)一個鏈路表用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分析作為消息轉(zhuǎn)發(fā)的 依據(jù)。
有益效果
1、提高效率。將原來的轉(zhuǎn)發(fā)和路由計算的串行處理結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為并行處理，大大 減少路由信息收集和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綄ず吐酚捎嬎愕膹?fù)雜性，減少了路由器的工作負(fù)載。
2、域內(nèi)通信。在域內(nèi)通信是根據(jù)ID樹形算法得出的ID號分配的地址，節(jié)省了 IP地址，降低了單個路由的工作復(fù)雜度，降低了終端的功耗。
3、通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行隊列管理，流量整形，分組調(diào)度等工作，將選路與數(shù) 據(jù)控制相分離，提高了單個節(jié)點的效率，降低了節(jié)點負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)信息則另行發(fā)送，大大 減少的分支節(jié)點和末端節(jié)點的工作量，為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)省了能源消耗。


圖1是本發(fā)明認(rèn)知域中基于ID路由選擇示意圖。
圖2是本發(fā)明ID選路與數(shù)據(jù)傳輸分離的功能圖。
圖3是本發(fā)明的基于ID和數(shù)據(jù)選擇分離的流程圖。具體實施方案
下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述
如圖1所示，本發(fā)明實現(xiàn)了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基于ID選路的路由選路策略。將認(rèn)知網(wǎng) 絡(luò)分以域為單位分割，每個域都有一個主節(jié)點，通過偵查到的信息對其域中的節(jié)點分配 ID,此ID也是路由選路算法的依據(jù)。
如圖2所示，路由器不再需要計算各自的路由表，而是由監(jiān)測平面形成包括結(jié) 點的服務(wù)質(zhì)量信息、網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性信息等在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)子視圖，通過分發(fā)平面匯聚到選路控 制平臺，完成選路控制的決策平面功能，生成相應(yīng)的控制規(guī)則和指令，最后由分發(fā)平面 部署到各個路由器，控制分組轉(zhuǎn)發(fā)處理的動作。
如圖3所示，為本發(fā)明的基于ID和數(shù)據(jù)選擇分離的流程圖，具體包括
劃分域域服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲域間的信息，和域內(nèi)的信息交互備份。
監(jiān)測模塊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測信息包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、鏈路?fù)載、節(jié)點能力和網(wǎng)絡(luò)故障等。 采集方式通常包括主動獲取、被動獲取以及主動與被動相結(jié)合的采集方式。信息采集的 方式、周期、地域范圍均將影響決策平面作出決策。在這里主要是對鄰接節(jié)點偵測和識 別，分支主干節(jié)點維護(hù)一個鄰接節(jié)點表，通過檢測周圍節(jié)點的信號強(qiáng)度加入或刪除一個 節(jié)點。
決策模塊決策平面負(fù)責(zé)策略的選取與歷史信息的入庫。它根據(jù)從監(jiān)測平面獲 取的QoS需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測量信息，這樣決策平面可以實時地了解網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的預(yù)期QoS 指標(biāo)和實際QoS指標(biāo)，如果不存在偏差，可以不采取任何動作；否則決策平面進(jìn)行動態(tài) 學(xué)習(xí)從策略庫中選擇可滿足網(wǎng)絡(luò)端到端QoS目標(biāo)的策略，然后將其轉(zhuǎn)化為QoS控制指令 傳遞給控制平面。其中自學(xué)習(xí)模塊根據(jù)控制平面反饋的QoS性能評估結(jié)果，生成新的策略入庫或跟新策略庫中已有策略，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動態(tài)變化。
數(shù)據(jù)控制信息分離路由器不再需要計算各自的路由表，而是由監(jiān)測平面形成 包括結(jié)點的服務(wù)質(zhì)量信息、網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性信息等在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)子視圖，通過分發(fā)平面匯聚到 選路控制平臺，完成選路控制的決策平面功能，生成相應(yīng)的控制規(guī)則和指令，最后由分 發(fā)平面部署到各個路由器，控制分組轉(zhuǎn)發(fā)處理的動作。
ID算法由主干節(jié)點負(fù)責(zé)ID分配，分支節(jié)點負(fù)責(zé)為末端節(jié)點分配ID，當(dāng)主干 節(jié)點的ID發(fā)生變化，下級的分支節(jié)點的ID也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致末端節(jié)點的ID也會 發(fā)生變化。流量包首先在主干上轉(zhuǎn)發(fā)，不會分流到分支，只有當(dāng)主干節(jié)點得到自己的分 支的數(shù)據(jù)包才會將其轉(zhuǎn)發(fā)到自己的分支，并且不再在主干中轉(zhuǎn)發(fā)，建立上述的樹型網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浜?，每個節(jié)點有一條控制信道和數(shù)據(jù)信道。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)生變化時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?需要重新構(gòu)建。所以需要維護(hù)一個鏈路表用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分析作為消息轉(zhuǎn)發(fā) 的依據(jù)。
當(dāng)主干節(jié)點得到自己的分支的數(shù)據(jù)包，將其轉(zhuǎn)發(fā)到自己的分支，并將流量包中 的ID包和數(shù)據(jù)包分離，通過ID庫分析結(jié)果可以找到正確的分支，每個消息包中包含有目 的節(jié)點的ID，ID的結(jié)構(gòu)由三部分組成
主干號+分支號+末端節(jié)點號。
分支節(jié)點ID =鏈路號+M* (N-I)
鏈路號=分支節(jié)點IDmod M
注M為每個域中主節(jié)點的分支鏈路的支數(shù)，N為第N個分支編號。
數(shù)據(jù)處理模塊通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行隊列管理，流量整形，分組調(diào)度等工 作，將選路與數(shù)據(jù)控制相分離，提高了單個節(jié)點的效率，降低了節(jié)點負(fù)擔(dān)。大大減少的 分支節(jié)點和末端節(jié)點的工作量，為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)省了能源消耗。
數(shù)據(jù)信息加載得到ID選路信息后通過加載模塊加載數(shù)據(jù)信息最終到達(dá)末端節(jié) 點ο權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，其特征在于，具體步驟為A步驟、將認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以域為單位進(jìn)行分割，每個域均設(shè)置有一個主干節(jié)點；B步驟、在每個域中由主干節(jié)點負(fù)責(zé)ID分配，分支節(jié)點負(fù)責(zé)為末端節(jié)點分配ID，主 干節(jié)點維護(hù)一個鄰接節(jié)點表，通過檢測周圍節(jié)點的信號強(qiáng)度加入或刪除一個節(jié)點；C步驟、在每個節(jié)點設(shè)置一條ID控制信道和數(shù)據(jù)信道，流量包首先在主干節(jié)點上轉(zhuǎn) 發(fā)，主干節(jié)點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節(jié)點，當(dāng)判斷該流量包 屬于自己的分支節(jié)點時，則接收該流量包，進(jìn)入下一步驟，同時該流量包不再在認(rèn)知網(wǎng) 絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)判斷該流量包不屬于自己的分支節(jié)點時，則將該流量包轉(zhuǎn)發(fā)給認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中 其他域的主干節(jié)點；D步驟、主干節(jié)點先將流量包中的ID包和數(shù)據(jù)包分離，通過ID庫分析結(jié)果找到正確 的分支節(jié)點ID，然后根據(jù)分支節(jié)點ID將數(shù)據(jù)包發(fā)送至對應(yīng)的分支節(jié)點；E步驟，分支節(jié)點接收來自主干節(jié)點發(fā)來的包含ID號的數(shù)據(jù)包，再將此數(shù)據(jù)包根據(jù) 具體的ID號發(fā)送至末端節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，其特征在于，D步 驟所述的ID包中包含有目的節(jié)點的ID，ID的結(jié)構(gòu)由三部分組成①主干號+分支號+末端節(jié)點號；②分支節(jié)點ID=鏈路號+M* (N-I)；③鏈路號=分支節(jié)點IDmodM；其中，M為每個域中主節(jié)點的分支鏈路的支數(shù)，N為第N個分支編號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，其特征在于，B 步驟中，當(dāng)主干節(jié)點的ID發(fā)生變化時，下級的分支節(jié)點的ID、末端節(jié)點的ID也發(fā)生變 化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)低功耗路由的方法，屬于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以域為單位進(jìn)行分割，每個域均設(shè)置有一個主干節(jié)點；在每個域中由主干節(jié)點負(fù)責(zé)ID分配，分支節(jié)點負(fù)責(zé)為末端節(jié)點分配ID，并且在每個節(jié)點設(shè)置一條ID控制信道和數(shù)據(jù)信道，流量包首先在主干節(jié)點上轉(zhuǎn)發(fā)，主干節(jié)點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節(jié)點，當(dāng)判斷該流量包屬于自己的分支節(jié)點時，則接收該流量包。本發(fā)明將選路與數(shù)據(jù)控制相分離，提高了單個節(jié)點的效率，降低了節(jié)點負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)信息則另行發(fā)送，大大減少的分支節(jié)點和末端節(jié)點的工作量，為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)省了能源消耗。
文檔編號H04L12/56GK102025622SQ20101057617
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者亓?xí)x, 孫雁飛, 張順頤, 王攀, 郭苑, 顧成杰 申請人:南京郵電大學(xué)