一種適用于wia-pa網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，所有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)管理器上報其通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息，網(wǎng)絡(luò)管理器對所有無線節(jié)點的負(fù)載進(jìn)行比較，如果負(fù)載最重的節(jié)點與負(fù)載最輕的節(jié)點之間的負(fù)載容量差值大于預(yù)定的閾值，則網(wǎng)絡(luò)管理器啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程，即創(chuàng)建均衡對象列表，網(wǎng)絡(luò)管理器控制網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點傳遞負(fù)載，直至滿足整個WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡條件。本發(fā)明在保證無線節(jié)點間可靠通信的前提下，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中路由發(fā)生變動時的負(fù)載均衡，避免了無線節(jié)點的能源消耗不均勻，控制了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的通信阻塞，確保了無線信息的可靠傳輸。
【專利說明】—種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是涉及一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸被應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入解決了工業(yè)現(xiàn)場布線困難、安裝維護(hù)成本高等問題。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗，低成本的特點，已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的又一發(fā)展趨勢。工業(yè)環(huán)境下建立具有高可靠性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為一個迫切的需求。
[0003]工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA-PA 技術(shù)(Wireless Networks for IndustrialAutomation-Process Automation,用于工業(yè)過程自動化的無線網(wǎng)絡(luò))是基于短程無線IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的高可靠、超低功耗的自組織多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。使用符合中國無委會規(guī)定的自由頻帶，解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型機(jī)械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、機(jī)械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實時無線通信服務(wù)。
[0004]但是實際應(yīng)用中往往因為無線節(jié)點均勻消耗能源，而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的通信阻塞，從而使得無線信息不能準(zhǔn)確可靠的傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，在保證無線節(jié)點間可靠通信的前提下，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中路由發(fā)生變動時的負(fù)載均衡，避免了無線節(jié)點的能源消耗不均勻，控制了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的通信阻塞，確保了無線信息的可靠傳輸。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，所有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)管理器上報其通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息，網(wǎng)絡(luò)管理器對所有無線節(jié)點的負(fù)載進(jìn)行比較，如果負(fù)載最重的節(jié)點與負(fù)載最輕的節(jié)點之間的負(fù)載容量差值大于預(yù)定的閾值，則網(wǎng)絡(luò)管理器啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程，即創(chuàng)建均衡對象列表，網(wǎng)絡(luò)管理器控制網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點傳遞負(fù)載，直至滿足整個WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡條件。
[0007]所述所有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)管理器上報其通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息通過無線節(jié)點間的交互過程實現(xiàn)。
[0008]所述無線節(jié)點之間的交互過程為:WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的每一個無線節(jié)點周期性的向周圍廣播自己的負(fù)載信息，范圍內(nèi)的其他節(jié)點在接收到該鄰居節(jié)點的負(fù)載信息后將其記錄下來，無線節(jié)點在周期性的獲取所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息后整理并統(tǒng)一發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理器
[0009]所述負(fù)載信息包括代理負(fù)載和路由負(fù)載；所述代理負(fù)載為無線節(jié)點作為代理連接的終端節(jié)點數(shù)量；所述路由負(fù)載為無線節(jié)點作為路由橋接的路徑數(shù)目。
[0010]所述均衡對象列表為網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程時的各無線節(jié)點的負(fù)載輕重，創(chuàng)建負(fù)載均衡調(diào)整對象的列表，該列表保存網(wǎng)絡(luò)中所有無線節(jié)點的標(biāo)識和當(dāng)前的負(fù)載信息。
[0011]所述網(wǎng)絡(luò)管理器控制網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點傳遞負(fù)載的方法為:
[0012]網(wǎng)絡(luò)管理器從均衡對象列表中選擇負(fù)載最輕的無線節(jié)點作為目標(biāo)，將負(fù)載最重的無線節(jié)點中超出其負(fù)載容量限度的部分代理負(fù)載和路由負(fù)載回收并傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)點；
[0013]網(wǎng)絡(luò)管理器判斷負(fù)載最重的無線節(jié)點能否成功將代理負(fù)載和路由負(fù)載傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)點；
[0014]如果能，網(wǎng)絡(luò)管理器控制負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到負(fù)載最輕的無線節(jié)點上；否則，網(wǎng)絡(luò)管理器在均衡對象列表中重新選擇負(fù)載輕且與負(fù)載重的無線節(jié)點相關(guān)度更高的任一無線節(jié)點，將負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到該無線節(jié)點上；
[0015]網(wǎng)絡(luò)管理器檢查負(fù)載情況以及切換成功的代理負(fù)載和路由負(fù)載的數(shù)量，如果切換后負(fù)載最重的無線節(jié)點與負(fù)載最輕的無線節(jié)點的負(fù)載容量差值小于預(yù)定的閾值，則負(fù)載均衡調(diào)整結(jié)束；否則，網(wǎng)絡(luò)管理器繼續(xù)將負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到該無線節(jié)點上。
[0016]所述無線節(jié)點相關(guān)度包括:無線節(jié)點之間的共同鄰居數(shù)目、重疊路徑數(shù)目的耦合度信息。
[0017]發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0018]1.本發(fā)明通過動態(tài)獲取網(wǎng)絡(luò)中無線節(jié)點的負(fù)載信息，確保了負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程的準(zhǔn)確性和實時性；
[0019]2.本發(fā)明通過所述網(wǎng)絡(luò)管理器的綜合分析與分配負(fù)載容量，保證了負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程的合理性；
[0020]3.本發(fā)明通過所述網(wǎng)絡(luò)管理器對于分配負(fù)載容量的過程中采用的容錯機(jī)制，保證了負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程的容錯性；
[0021]4.本發(fā)明更好的避免了無線節(jié)點的能源消耗不均勻，控制了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的通信阻塞，確保了無線信息的可靠傳輸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的操作步驟總體流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的一個具體實施例的詳細(xì)流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]圖1是WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所述的WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)包括一個網(wǎng)絡(luò)管理器、至少一個網(wǎng)關(guān)、以及若干無線節(jié)點。網(wǎng)關(guān)和無線節(jié)點組成WIA-PA的底層無線網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)信息的采集與集中傳遞。網(wǎng)絡(luò)管理器負(fù)責(zé)對接收到的來自于網(wǎng)關(guān)的WIA-PA底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并控制整個底層網(wǎng)絡(luò)的運行。[0027]網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化的原由包括在組網(wǎng)過程中無線節(jié)點的加入和由于干擾、設(shè)備自身運行狀況或無線節(jié)點的位置變化而引起的負(fù)載變化。圖2是本發(fā)明的操作步驟總體流程圖。首先，使無線節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，即使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑霈F(xiàn)變化，所有節(jié)點在檢測到網(wǎng)路拓?fù)渥兓箝_始上報負(fù)載信息。網(wǎng)絡(luò)管理器在接收到負(fù)載信息后，啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程，如果負(fù)載均衡調(diào)整達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，則負(fù)載均衡調(diào)整過程結(jié)束，否則繼續(xù)執(zhí)行調(diào)整過程。
[0028]圖3是本發(fā)明的一個具體實施例的詳細(xì)流程圖。結(jié)合圖3，本發(fā)明的一個具體實例的詳細(xì)步驟如下:
[0029]1.使至少一個無線節(jié)點加入WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)，目的是使整個WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點的負(fù)載發(fā)生變化，破壞現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。
[0030]2.無線節(jié)點在檢測到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載發(fā)生變化后，啟動無線節(jié)點間的交互過程，獲取通信范圍內(nèi)其它節(jié)點的負(fù)載信息，包括無線節(jié)點當(dāng)前作為代理連接的終端節(jié)點數(shù)量，無線節(jié)點作為路由橋接的路徑數(shù)目，當(dāng)前帶寬的使用情況，以及當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量等信息。在成功獲取所有通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點的負(fù)載信息后，無線節(jié)點將負(fù)載信息統(tǒng)一上報給網(wǎng)
絡(luò)管理器。
[0031]3.網(wǎng)絡(luò)管理器對于所有節(jié)點上報的鄰居節(jié)點負(fù)載信息進(jìn)行綜合分析，并對所有無線節(jié)點的負(fù)載進(jìn)行比較，如果當(dāng)前負(fù)載重的節(jié)點與負(fù)載最輕的節(jié)點之間的負(fù)載差值大于預(yù)定的閾值，則網(wǎng)絡(luò)管理器啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程。否則轉(zhuǎn)回步驟2。
[0032]4.網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)啟動負(fù)載均衡調(diào)整時的各無線節(jié)點的負(fù)載等級，創(chuàng)建負(fù)載均衡調(diào)整對象的列表，該列表保存網(wǎng)絡(luò)中所有無線節(jié)點的標(biāo)識和當(dāng)時的負(fù)載信息。
[0033]5.網(wǎng)絡(luò)管理器從均衡對象列表中選擇出負(fù)載最輕的無線節(jié)點作為初次負(fù)載均衡調(diào)整的目標(biāo)。
[0034]6.網(wǎng)絡(luò)管理器將負(fù)載重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載回收并重新傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)點。其中，代理負(fù)載是指無線節(jié)點作為代理節(jié)點為終端節(jié)點進(jìn)行加入網(wǎng)絡(luò)、資源分配、臨時數(shù)據(jù)傳輸代理等服務(wù)的終端節(jié)點的數(shù)量；路由負(fù)載是指無線節(jié)點作為路由節(jié)點為其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文、以及為其他節(jié)點之間和其他節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)管理器之間進(jìn)行間接通信提供通信路徑的路徑數(shù)目。
[0035]7.網(wǎng)絡(luò)管理器判斷負(fù)載最重的無線節(jié)點成功將代理負(fù)載和路由負(fù)載傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)點，則轉(zhuǎn)到步驟8。否則，轉(zhuǎn)到步驟10。
[0036]8.網(wǎng)絡(luò)管理器控制與負(fù)載重的無線節(jié)點相關(guān)的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到負(fù)載最輕的無線節(jié)點上。
[0037]9.在負(fù)載承擔(dān)總量傳遞完成后，網(wǎng)絡(luò)管理器檢查負(fù)載情況和切換成功的代理負(fù)載和路由負(fù)載數(shù)量，如果切換后所述負(fù)載重的無線節(jié)點所承擔(dān)的負(fù)載容量與所述負(fù)載最輕的的無線節(jié)點的負(fù)載容量相差小于預(yù)定的閾值，則負(fù)載均衡調(diào)整結(jié)束。否則，轉(zhuǎn)到步驟11。
[0038]10.網(wǎng)絡(luò)管理器在均衡對象列表中重新選擇負(fù)載輕且與所述負(fù)載重的無線節(jié)點相關(guān)度更高的無線節(jié)點，啟動負(fù)載傳遞過程。無線節(jié)點相關(guān)度是指無線節(jié)點之間的共同鄰居數(shù)目、重疊路徑數(shù)目等耦合度信息。之后，轉(zhuǎn)到步驟6。
[0039]11.網(wǎng)絡(luò)管理器繼續(xù)在均衡對象列表中選擇負(fù)載輕且與所述負(fù)載重的無線節(jié)點相關(guān)度更高的無線節(jié)點，啟動負(fù)載傳遞過程。轉(zhuǎn)到步驟6。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，所有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)管理器上報其通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息，網(wǎng)絡(luò)管理器對所有無線節(jié)點的負(fù)載進(jìn)行比較，如果負(fù)載最重的節(jié)點與負(fù)載最輕的節(jié)點之間的負(fù)載容量差值大于預(yù)定的閾值，則網(wǎng)絡(luò)管理器啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程，即創(chuàng)建均衡對象列表，網(wǎng)絡(luò)管理器控制網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點傳遞負(fù)載，直至滿足整個WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡條件。
2.按權(quán)利要求1所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于:所述所有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)管理器上報其通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息通過無線節(jié)點間的交互過程實現(xiàn)。
3.按權(quán)利要求1所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述無線節(jié)點之間的交互過程為=WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的每一個無線節(jié)點周期性的向周圍廣播自己的負(fù)載信息，范圍內(nèi)的其他節(jié)點在接收到該鄰居節(jié)點的負(fù)載信息后將其記錄下來，無線節(jié)點在周期性的獲取所有鄰居節(jié)點的負(fù)載信息后整理并統(tǒng)一發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理器。
4.按權(quán)利要求1所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述負(fù)載信息包括代理負(fù)載和路由負(fù)載；所述代理負(fù)載為無線節(jié)點作為代理連接的終端節(jié)點數(shù)量；所述路由負(fù)載為無線節(jié)點作為路由橋接的路徑數(shù)目。
5.按權(quán)利要求1所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述均衡對象列表為網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)啟動負(fù)載均衡調(diào)整進(jìn)程時的各無線節(jié)點的負(fù)載輕重，創(chuàng)建負(fù)載均衡調(diào)整對象的列表，該列表保存網(wǎng)絡(luò)中所有無線節(jié)點的標(biāo)識和當(dāng)前的負(fù)載信息。
6.按權(quán)利要求1所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)管理器控制網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點傳遞負(fù)載的方法為: 網(wǎng)絡(luò)管理器從均衡對象列表中選擇負(fù)載最輕的無線節(jié)點作為目標(biāo)，將負(fù)載最重的無線節(jié)點中超出其負(fù)載容量限度的部分代理負(fù)載和路由負(fù)載回收并傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)占.網(wǎng)絡(luò)管理器判斷負(fù)載最重的無線節(jié)點能否成功將代理負(fù)載和路由負(fù)載傳遞給負(fù)載最輕的無線節(jié)點； 如果能，網(wǎng)絡(luò)管理器控制負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到負(fù)載最輕的無線節(jié)點上；否則，網(wǎng)絡(luò)管理器在均衡對象列表中重新選擇負(fù)載輕且與負(fù)載重的無線節(jié)點相關(guān)度更高的任一無線節(jié)點，將負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到該無線節(jié)點上； 網(wǎng)絡(luò)管理器檢查負(fù)載情況以及切換成功的代理負(fù)載和路由負(fù)載的數(shù)量，如果切換后負(fù)載最重的無線節(jié)點與負(fù)載最輕的無線節(jié)點的負(fù)載容量差值小于預(yù)定的閾值，則負(fù)載均衡調(diào)整結(jié)束；否則，網(wǎng)絡(luò)管理器繼續(xù)將負(fù)載最重的無線節(jié)點的代理負(fù)載和路由負(fù)載切換到該無線節(jié)點上。
7.按權(quán)利要求6所述的適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述無線節(jié)點相關(guān)度包括:無線節(jié)點之間的共同鄰居數(shù)目、重疊路徑數(shù)目的耦合度信息。
【文檔編號】H04W28/08GK103731880SQ201210393401
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】李德威, 曾鵬, 肖金超 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所