專(zhuān)利名稱(chēng)：基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是ー種新興的、極具發(fā)展?jié)摜木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)可以將大量簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)大冗余地隨機(jī)部署在某個(gè)地區(qū)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)自組織地組網(wǎng)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種復(fù)雜環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理，從而獲得詳盡且準(zhǔn)確的信息，并傳送給后臺(tái)骨干網(wǎng)服務(wù)器或者相關(guān)觀(guān)測(cè)者。如圖I所示，大多數(shù)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，傳感節(jié)點(diǎn)將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x最近的匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)，從而形成“多對(duì)一”的匯聚型傳輸。傳統(tǒng)算法的數(shù)據(jù)流向多表現(xiàn)為 “多對(duì)一”的特征，Sink的鄰居節(jié)點(diǎn)將充當(dāng)大數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)功能。因此，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，將不可避免地在Sink鄰居節(jié)點(diǎn)處形成瓶頸節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此在負(fù)載均衡場(chǎng)景下，首先使用移動(dòng)終端作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)提供簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)接入，當(dāng)有新的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)移入后，能對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行負(fù)載均衡。如果節(jié)點(diǎn)由于突發(fā)業(yè)務(wù)等原因通過(guò)sink下方的簇頭節(jié)點(diǎn)持續(xù)向Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，突顯傳感節(jié)點(diǎn)多跳傳輸轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分布的不均衡性，將會(huì)導(dǎo)致Sink節(jié)點(diǎn)附近某些節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)重，長(zhǎng)時(shí)間處于傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)將導(dǎo)致這些節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，過(guò)早死亡，縮短網(wǎng)絡(luò)壽命。在UE可充當(dāng)網(wǎng)關(guān)的環(huán)境下，為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，在多個(gè)UE接入點(diǎn)的情況下提出ー種BS輔助下的負(fù)載均衡機(jī)制。此算法不僅考慮了各個(gè)UE間的負(fù)載均衡，同時(shí)也考慮了局部區(qū)域的負(fù)載均衡。在蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合的架構(gòu)下，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的引入將有助于在蜂窩網(wǎng)協(xié)助下，提高傳感網(wǎng)的性能。在此融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，移動(dòng)終端進(jìn)入傳感網(wǎng)區(qū)域，作為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)為傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，移動(dòng)終端之間如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，是融合網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)之一，其基本場(chǎng)景如圖2所示。傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)量龐大的節(jié)點(diǎn)之間往往采用多跳、自組織的無(wú)線(xiàn)通信方式完成網(wǎng)絡(luò)的初始化任務(wù)。而這種基于自組織的網(wǎng)絡(luò)存在著節(jié)點(diǎn)能量損耗不均勻、數(shù)據(jù)傳輸效率低、部署缺乏靈活性，極易產(chǎn)生負(fù)載不均衡，在某些熱點(diǎn)地區(qū)出現(xiàn)傳輸瓶頸節(jié)點(diǎn)等固有問(wèn)題，往往導(dǎo)致其整體網(wǎng)絡(luò)性能劣化。傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)體系中，感知數(shù)據(jù)由源節(jié)點(diǎn)以自組織方式經(jīng)過(guò)多跳傳遞到遠(yuǎn)端Sink節(jié)點(diǎn)。通常情況下，這些節(jié)點(diǎn)具備類(lèi)似的能量、儲(chǔ)存、計(jì)算和傳輸能力，即節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的。其數(shù)據(jù)流向多表現(xiàn)為“多對(duì)一”的特征。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，將不可避免地在Sink鄰居節(jié)點(diǎn)處形成瓶頸節(jié)點(diǎn)，各個(gè)sink網(wǎng)關(guān)負(fù)載的不平衡導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為了解決此問(wèn)題，可以在使用了移動(dòng)手機(jī)終端作為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)提供接入服務(wù)的前提下，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)之間可以在蜂窩網(wǎng)絡(luò)BS控制下進(jìn)行接入節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡控制。傳統(tǒng)的使用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行負(fù)載均衡的做法是I、當(dāng)有新傳感節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)，直接由其父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，如果沒(méi)有達(dá)到父節(jié)點(diǎn)的負(fù)載閾值，允許此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入的請(qǐng)求。2、各個(gè)sink網(wǎng)關(guān)及簇頭節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載并不均衡，有的負(fù)載節(jié)點(diǎn)較多，而有些鄰居節(jié)點(diǎn)則較少，無(wú)法真正意義上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和能量消耗的平均，從而造成某些中間節(jié)點(diǎn)區(qū)域因能量耗盡而提前死亡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，該方法保證了即使是在負(fù)載很重的情況下網(wǎng)關(guān)也能做出快速響應(yīng)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載信息；基站將全部移動(dòng)終端周期性上傳的負(fù)載信息維護(hù)成負(fù)載能力映射表。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述負(fù)載均衡方法包括以下步驟步驟一，基站通過(guò)查找負(fù)載能力映射表，為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些參與負(fù)載均衡的鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi，并將相關(guān)信息通知所述負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl ；步驟ニ，當(dāng)負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，計(jì)算各個(gè)鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的負(fù)載能力，并選擇出負(fù)載能力最好的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；步驟三，移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報(bào)選擇鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；步驟四，基站發(fā)送確定消息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備加入請(qǐng)求；步驟五，移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送釋放請(qǐng)求；步驟六，收到釋放請(qǐng)求的傳感器節(jié)點(diǎn)向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請(qǐng)求，觸發(fā)接入過(guò)程； 步驟七，完成接入過(guò)程后，鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報(bào)給基站。作為本發(fā)明的另ー種優(yōu)選方式，所述負(fù)載均衡能力Clb為Clb = F{Cp，Np, Cp_awg，
し diff，Nspiit，し res，^remaind Nmax，J，中，Cp，Np，し p-avrg，し diff，^split Cres，Nrema^n(j j Nmax し VuEl-UEi ,UEI-UEi
定義為兩個(gè)通信半徑分別為Rl和Ri的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；CP定義為重疊區(qū)域內(nèi)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl服務(wù)的傳感節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)總流量；NP定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點(diǎn)及其所有子節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；Cp_arag定義為重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以總節(jié)點(diǎn)數(shù)目；Cdiff定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負(fù)載的流量差；C,es定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔(dān)的負(fù)載量ホ_定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負(fù)載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)；Nsplit定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；NMaind定義為將被分割到參與負(fù)載均衡的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，所述釋放請(qǐng)求中包含鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個(gè)簇分割出去，由鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點(diǎn)分割出去。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方式，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長(zhǎng)WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。


圖I為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的通信場(chǎng)景示意圖；圖2為傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合系統(tǒng)中移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的通信場(chǎng)景示意圖；圖3為本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法的流程示意圖；圖4為基于簇頭的節(jié)點(diǎn)分割法的場(chǎng)景示意圖；圖5為基于距離的節(jié)點(diǎn)分割法的場(chǎng)景示意圖；圖6為隨機(jī)節(jié)點(diǎn)分割法的場(chǎng)景示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)(Wireless Sensor Networks,WSNs)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，該方法可應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)手機(jī)為雙模且具有蜂窩網(wǎng)絡(luò)和傳感網(wǎng)絡(luò)通信模塊時(shí)，該手機(jī)可以作為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)使用。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種監(jiān)測(cè)環(huán)境和對(duì)象的信息，在軍用和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明首先定義了ー個(gè)重要參數(shù)負(fù)載能力映射表，它是描述在蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，移動(dòng)終端成為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)后接入的WSN節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況，并提供相關(guān)負(fù)載詳細(xì)信息。當(dāng)某個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)由于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)負(fù)載過(guò)重或者超負(fù)載時(shí)，該移動(dòng)網(wǎng)關(guān)根據(jù)自身相關(guān)信息及鄰居負(fù)載信息選擇ー個(gè)最優(yōu)網(wǎng)關(guān)來(lái)為自身服務(wù)的節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù)。通過(guò)基站(BaseStation,BS)提供負(fù)載信息表，負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)根據(jù)各個(gè)鄰居網(wǎng)關(guān)的負(fù)載能力、通信覆蓋范圍等選擇合適的網(wǎng)關(guān)來(lái)進(jìn)行負(fù)載均衡，不僅可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長(zhǎng)WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率；而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失，降低了路由重建中的能量損耗和不必要的信令交互。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一本實(shí)施例提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，該方法的主要內(nèi)容為首先定義ー個(gè)重要參數(shù)——負(fù)載能力映射表。所述重要參數(shù)負(fù)載能力映射表是描述在蜂窩網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，移動(dòng)終端成為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)后提供接入服務(wù)的WSN節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況，并提供相關(guān)負(fù)載詳細(xì)信息。當(dāng)某個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)由于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)負(fù)載過(guò)重或者超負(fù)載時(shí)，該移動(dòng)網(wǎng)關(guān)根據(jù)自身相關(guān)信息及鄰居負(fù)載信息選擇ー個(gè)最優(yōu)網(wǎng)關(guān)來(lái)為自身服務(wù)的節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù)。負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)根據(jù)基站提供負(fù)載信息表計(jì)算各個(gè)鄰居網(wǎng)關(guān)的負(fù)載能力和通信覆蓋范圍等，選擇合適的網(wǎng)關(guān)來(lái)進(jìn)行負(fù)載均衡，延長(zhǎng)WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率。所述基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為I.負(fù)載能力映射表所述負(fù)載能力映射表是描述在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端要周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載信息?；揪S護(hù)所述負(fù)載能力映射表，或者各個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)載信息，從而得知哪個(gè)網(wǎng)關(guān)高負(fù)荷，需要實(shí)施負(fù)載均衡。2.負(fù)載均衡能力
基站通過(guò)查找負(fù)載能力映射表，為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)選擇ー些參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，并將相關(guān)信息通知所述負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)。當(dāng)負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，將計(jì)算各個(gè)候選網(wǎng)關(guān)的負(fù)載能力，即其能為多少屬于自己的節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù)。負(fù)載平衡能力的具體參數(shù)包括但不限于以下內(nèi)容重疊區(qū)VUE1_UEi，它定義為兩個(gè)通信半徑分別為Rl和Ri的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域。流量Cp，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)，UEl服務(wù)的傳感節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)總流量。節(jié)點(diǎn)數(shù)Np，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點(diǎn)及其所有子節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。平均流量Cp_OTg，它定義為重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以節(jié)點(diǎn)數(shù)目。相對(duì)流量Cdiff,它定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負(fù)載的流量差。剰余負(fù)載Cies，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔(dān)的負(fù)載量。節(jié)點(diǎn)最大數(shù)Nmax,它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負(fù)載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)。分割節(jié)點(diǎn)數(shù)Nsplit，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。剩余節(jié)點(diǎn)數(shù)Nranaind,它定義為將被分割到參與負(fù)載均衡的鄰居移動(dòng)網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。Clb — F {Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax, }；Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax G VUE1_UEi (I)3.負(fù)載均衡過(guò)程基站通過(guò)查找負(fù)載能力映射表，為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)選擇ー些適合參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，具體選擇步驟如下所示基站發(fā)送參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，所述相關(guān)信息包括負(fù)載能力映射表中所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的負(fù)載相關(guān)信息；移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl收到所述相關(guān)信息后，計(jì)算各個(gè)候選鄰居網(wǎng)關(guān)參與負(fù)載均衡的的能力，并選擇出一個(gè)負(fù)載能力最好的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；
移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報(bào)選擇鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；基站發(fā)送確定消息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備加入請(qǐng)求；移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的節(jié)點(diǎn)(即將由鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2為其提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn))發(fā)送釋放請(qǐng)求，所述釋放請(qǐng)求中包含鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息；收到釋放請(qǐng)求的傳感器節(jié)點(diǎn)向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請(qǐng)求，觸發(fā)接入過(guò)程;完成接入過(guò)程后，鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報(bào)給基站。本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之 間的能量消耗及信令消耗，延長(zhǎng)WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，増加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。實(shí)施例ニ本實(shí)施例提供一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法的實(shí)際應(yīng)用情況。本實(shí)施例考慮的適用場(chǎng)景是在人員相對(duì)比較集中的城市熱點(diǎn)地區(qū)，及傳感網(wǎng)及蜂窩網(wǎng)覆蓋相對(duì)密集區(qū)域。在該區(qū)域中，有大量的傳感節(jié)點(diǎn)和大量成為移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端存在，并且在該區(qū)域中，傳感網(wǎng)具有負(fù)載大，業(yè)務(wù)量大等特點(diǎn)。因此，本發(fā)明能在更好的完成移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡功能的同時(shí)，有效的減少傳感網(wǎng)的業(yè)務(wù)丟失及能耗。本實(shí)施例首先定義了ー個(gè)重要參數(shù)-負(fù)載能力映射表，所述負(fù)載能力映射表描
述的是在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端要周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載信息?；矩?fù)責(zé)維護(hù)負(fù)載能力映射表或/和各個(gè)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載信息，從而得知哪個(gè)網(wǎng)關(guān)高負(fù)荷，需要實(shí)施負(fù)載均衡。所述負(fù)載能力映射表包括但不限于以下參數(shù)網(wǎng)關(guān)GW-ID,是網(wǎng)關(guān)的標(biāo)識(shí),它定乂為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)的ID ；負(fù)載節(jié)點(diǎn)數(shù)N，它定義為移動(dòng)終端能夠?yàn)閭鞲泄?jié)點(diǎn)提供網(wǎng)關(guān)功能服務(wù)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；流量C，它定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量及流量；通信半徑R，它定義為移動(dòng)終端能夠?yàn)閭鞲泄?jié)點(diǎn)提供網(wǎng)關(guān)功能服務(wù)的傳感網(wǎng)通信范圍，即移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)與最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的距離加上最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的通信半徑。位置L，它定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)的位置信息。在城市熱點(diǎn)區(qū)域中，移動(dòng)終端要周期性的向基站匯報(bào)各自當(dāng)前的負(fù)載信息。在蜂窩基站側(cè)，基站保存其覆蓋區(qū)域中的所有傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載參數(shù)。如果移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl的負(fù)載超過(guò)負(fù)載閾值Tth，移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl則會(huì)將過(guò)負(fù)載狀況上報(bào)給基站?；就ㄟ^(guò)查找負(fù)載能力映射表，為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，并將相關(guān)信息通知移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1。移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，將計(jì)算各個(gè)候選網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡能力，即其能為多少屬于自己的節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù)。負(fù)載均衡能力的具體參數(shù)包括但不限于以下內(nèi)容重疊區(qū)VUE1_UEi，它定義為兩個(gè)通信半徑分別為Rl和Ri的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；流量Cp，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)，UEl服務(wù)的傳感節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)總流量；
節(jié)點(diǎn)數(shù)Np，它定義為重疊區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目及其所有子節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；平均流量Cp-avrg，它定義為重疊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以節(jié)點(diǎn)數(shù)目；相對(duì)流量Cdiff，它定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi所負(fù)載的流量差;剰余負(fù)載Cres，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)UEl分擔(dān)的負(fù)載量；節(jié)點(diǎn)最大數(shù)Nmax,它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負(fù)載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)；分割節(jié)點(diǎn)數(shù)Nsplit，它定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；
剩余節(jié)點(diǎn)數(shù)Nremaind，它定義為將被分割到參與負(fù)載均衡的鄰居移動(dòng)網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。Clb — F {Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff，Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax, }；Cp, Np, Cp_avrg，Cdiff, Nsplit, Cres, Nremaind, Nmax G VUE1_UEi鄰居候選移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡能力可以由上述函數(shù)通過(guò)加權(quán)或者層次分析法計(jì)算得到。通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)自身的計(jì)算與判斷選擇合適的鄰居網(wǎng)關(guān)來(lái)參與負(fù)載均衡，減少了相關(guān)信令的交互及基站的負(fù)載，更好的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)功能與特性。在將來(lái)的工作設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)上述函數(shù)中相關(guān)參數(shù)的加權(quán)因子或者比重，以達(dá)到對(duì)各個(gè)環(huán)境下的適用性，這樣的改變是極其容易的，井能大大提高蜂窩網(wǎng)與傳感網(wǎng)融合架構(gòu)下，網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡的性能。下面在城市熱點(diǎn)區(qū)域，結(jié)合各個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息，詳細(xì)描述移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡過(guò)程，詳細(xì)流程如圖3所示，包括以下內(nèi)容在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)架構(gòu)下，作為傳感網(wǎng)的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載情況，基站負(fù)責(zé)維護(hù)ー個(gè)負(fù)載能力映射表；當(dāng)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl的負(fù)載超過(guò)負(fù)載閾值Tth時(shí)，其上報(bào)給基站；基站通過(guò)查找負(fù)載能力映射表，為所述移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇ー些適合參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)，具體選擇步驟為I)基站發(fā)送參與負(fù)載均衡的候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息包括負(fù)載能力映射表中候選鄰居網(wǎng)關(guān)的負(fù)載信息；2)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl收到所述候選鄰居網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息后，計(jì)算各個(gè)候選鄰居網(wǎng)關(guān)參與負(fù)載均衡的能力，并選擇出一個(gè)最好的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；3)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報(bào)選擇鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡；4)基站發(fā)送確定消息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備加入請(qǐng)求；5)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去由鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2為其提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送釋放請(qǐng)求，所述釋放請(qǐng)求中包含鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息；6)收到釋放請(qǐng)求的傳感器節(jié)點(diǎn)向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請(qǐng)求，觸發(fā)接入過(guò)程；7)完成接入過(guò)程后，鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報(bào)給基站。移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl根據(jù)基站提供的各個(gè)候選鄰居移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息計(jì)算各個(gè)候選鄰居移動(dòng)網(wǎng)關(guān)能為其分擔(dān)的負(fù)載能力，選擇ー個(gè)最好的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2參與負(fù)載均衡。然后移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl根據(jù)自身及鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的位置及負(fù)載信息，選擇分割的傳感節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl可以通過(guò)以下三種方法選擇將要被分割出去的節(jié)點(diǎn)第一種方法是基于簇頭的節(jié)點(diǎn)分割法，如圖4所示，即在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個(gè)簇分割出去，由鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。這種方法能使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化，不用進(jìn)行后續(xù)的修正。第二種方法是基于距離的節(jié)點(diǎn)分割法，如圖5所示，即在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點(diǎn)分割出去。第三種方法是最簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)分割法，如圖6所示，即在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點(diǎn)。這種方法將帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)局部重組，消耗信令及能量。上述方法只在原則上負(fù)載均衡帶來(lái)的路由切換的例子。在這個(gè)方案中，基站具有更多的責(zé)任，它決定是否以及何時(shí)進(jìn)行網(wǎng)關(guān)負(fù)載平衡，然后根據(jù)負(fù)載能力映射表選擇ー些候選鄰居網(wǎng)關(guān)并提供相關(guān)信息的。 本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載信息；基站將全部移動(dòng)終端周期性上傳的負(fù)載信息維護(hù)成負(fù)載能力映射表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述負(fù)載均衡方法包括以下步驟 步驟一，基站通過(guò)查找負(fù)載能力映射表，為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl選擇一些參與負(fù)載均衡的鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi，并將相關(guān)信息通知所述負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl ； 步驟二，當(dāng)負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl獲得鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的相關(guān)信息后，計(jì)算各個(gè)鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi的負(fù)載能力，并選擇出負(fù)載能力最好的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡； 步驟三，移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向基站匯報(bào)選擇鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2來(lái)參與負(fù)載均衡； 步驟四，基站發(fā)送確定消息給移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE1，并向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)送傳感節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備加入請(qǐng)求； 步驟五，移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl向要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送釋放請(qǐng)求； 步驟六，收到釋放請(qǐng)求的傳感器節(jié)點(diǎn)向鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2發(fā)起接入請(qǐng)求，觸發(fā)接入過(guò)程； 步驟七，完成接入過(guò)程后，鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2把結(jié)果上報(bào)給基站。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述負(fù)載均衡能力Clb為CibNp，Cp_avrg Cdiff，Nspiit，CresJ Nremaind，Nmax，}其中， Cp，Np，Cp_avrgj Cdiff，NSpiit，Cresj Nremaind，Nmas ^ ^UEl-UEi ;^UE1-UEi 定義為兩個(gè)通信半徑分別為Rl和Ri的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi通信范圍的重疊區(qū)域；CP定義為重疊區(qū)域內(nèi)移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl服務(wù)的傳感節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)總流量；NP定義為重疊區(qū)域內(nèi)傳感節(jié)點(diǎn)及其所有子節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；Cp_OTg定義為重疊區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)平均流量，等于重疊區(qū)域的總流量除以總節(jié)點(diǎn)數(shù)目；Cdiff定義為移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl和UEi所負(fù)載的流量差;Cres定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi還能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl分擔(dān)的負(fù)載量；Nmax定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能夠負(fù)載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)；Nsplit定義為鄰居候選網(wǎng)關(guān)UEi能為負(fù)載過(guò)重的移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEl提供接入服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；NMaind定義為將被分割到參與負(fù)載均衡的鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UEi的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于所述釋放請(qǐng)求中包含鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的ID信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，以簇頭為單位整個(gè)簇分割出去，由鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2提供接入服務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到鄰居移動(dòng)終端網(wǎng)關(guān)UE2的距離選擇最近距離的傳感節(jié)點(diǎn)分割出去。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，其特征在于，要分割出去的傳感節(jié)點(diǎn)的選擇方式為在重疊區(qū)區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)選擇并釋放規(guī)定數(shù)量的傳感節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法，該方法的主要內(nèi)容為在傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)中，作為傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)終端周期性的向基站匯報(bào)自身當(dāng)前的負(fù)載信息；基站將全部移動(dòng)終端周期性上傳的負(fù)載信息維護(hù)成負(fù)載能力映射表。本發(fā)明所述的基于傳感網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合的負(fù)載均衡方法不但可以減少傳感網(wǎng)之間的能量消耗及信令消耗，延長(zhǎng)WSN網(wǎng)絡(luò)的生命周期，增加能量使用效率，而且避免了由于服務(wù)中斷造成的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)丟失。
文檔編號(hào)H04W36/22GK102811461SQ20111014560
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者袁芝, 歐陽(yáng)玉玲, 單聯(lián)海, 酈振紅, 王海峰 申請(qǐng)人:上海無(wú)線(xiàn)通信研究中心