專利名稱：基于認知網絡的實現低功耗路由的方法
技術領域：
本發明涉及一種基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，屬于計算機網絡技術 領域。
背景技術：
2005年美國弗吉尼亞工學院的學者首次明確提出認知網絡定義認知網絡是具 有認知過程、能感知當前網絡條件，然后依據這些條件作出規劃、決策和采取動作的網 絡。認知網絡必須是自感知的應該能知道內部發生了什么，必須做什么；必須能確定 適當行動去達到目標和學習做所有這些。它應該是以認知方式自我配置、自我最優化、 自我修復和自我保護。這一系列自我學習、自我管理的過程需要大量的代價信息，對于 已經過于臃腫的網絡其服務質量不能通過這樣的智能化得到提高。
目前存在的路由協議已經不太能夠滿足傳統網絡中的應用，因為傳統互聯網的 主干是由大型計算機設備和路由設備構成的，這些設備不必考慮效率和功耗問題。所以 路由算法可以比較復雜，同時不必過于考慮資源的限制。但是認知網絡是由大量受限設 備構成，我們所設計的認知網絡路由算法必須綜合考慮認知網絡普遍具有以下特征
1)、認知網絡節點是在大量有限資源能量片上(能力片、存儲空間、通信距離) 進行運算并以預定義或者隨機散布的方式存在；
2)、基于認知網絡節點在應用中會以隨機散布和高密度存在的情況，所以通常 不對其進行統一 IP編址，同時相關協議能支持節點自組織形成長效的網絡結構；
相關協議支持認知網絡節點間自動協作和交換控制信息，認知網絡節點不具備 人機控制界面，這也是區別于其他路由協議的關鍵所在；因此傳統的路由協議不再適用 認知網絡。
現有互聯網基本采用全分布式的自適應路由策略。每個路由器既要實現分組轉 發的功能，又要實現選路控制的功能，要實時地掌握全網的狀態(網絡拓撲和各鏈路的 流量)，建立和維護網絡拓撲數據庫，頻繁地交換路由信息并達到同步；在此基礎上， 進行路由計算，選擇最好路徑，更新路由表。隨著互聯網規模的擴大，這種模式的脆 弱性暴露得愈來愈明顯，導致互聯網稱為“一個復雜的不穩定系統”，增加了 “蝴蝶效 應”事件的發生概率，即一個小的局部事件可能引起全網的癱瘓。因此服務質量不能依 賴于端系統，根據業務屬性和鏈路帶寬的不同以及節點在提供相應服務時的性能不同， 將數據與控制相分離，從而減小網絡癱瘓的可能性，也增加網絡擴展性和可維護性。
認知網絡需要大量的控制信息和決策信息；同時認知網絡中的節點本身資源有 限，目前的研究主要集中于如何根據具體的應用環境和硬件基礎，設計相關協議和管理 原則以達到該網絡整體具有最長有效時間。其中，由于物理層和數據鏈路層與具體應用 相關性比較小，目前的工作主要集中在系統層面上設計協議。而網絡層路由算法的設 計，則依賴于實際硬件和具體應用的限制與需要，如節點能量、內存和計算能力有限， 此外節點無全局統一 IP編址，冗余的數據可能經多條路徑匯集到目的節點等，故有很多3方面在設計的時候必須精心考慮。而其共性則是以支持認知網絡節點快速低成本構成穩 定的數據傳遞路徑為目標。發明內容
發明目的
本發明的所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，根據認知網絡所具 有的特征，提供一種基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，解決如下問題
(1)網絡中節點進行動態的檢測，以及時篩選有效的節點。
(2)網絡中節點獲得識別身份，這種ID不是簡單的身份標志，而將成為樹形算 法的重要部分。
(3)節點間的路由關系如何建立，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)網絡節點的拓撲變化后，路由重建，這個過程將伴隨有節點ID的重建。
(5)節點間傳送的消息格式，以及數據傳輸中路由分析方式。
技術方案
本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案
一種基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，具體步驟為
A步驟、將認知網絡以域為單位進行分割，每個域均設置有一個主干節點；
B步驟、在每個域中由主干節點負責ID分配，分支節點負責為末端節點分配 ID,主干節點維護一個鄰接節點表，通過檢測周圍節點的信號強度加入或刪除一個節點；
C步驟、在每個節點設置一條ID控制信道和數據信道，流量包首先在主干節點 上轉發，主干節點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節點，當判斷該流 量包屬于自己的分支節點時，則接收該流量包，進入下一步驟，同時該流量包不再在認 知網絡中轉發；當判斷該流量包不屬于自己的分支節點時，則將該流量包轉發給認知網 絡中其他域的主干節點；
D步驟、主干節點先將流量包中的ID包和數據包分離，通過ID庫分析結果找到 正確的分支節點ID，然后根據分支節點ID將數據包發送至對應的分支節點；
E步驟，分支節點接收來自主干節點發來的包含ID號的數據包，再將此數據包 根據具體的ID號發送至末端節點。
進一步地，上述基于認知網絡的實現低功耗路由的方法的D步驟中，ID包中包 含有目的節點的ID，ID的結構由三部分組成
①主干號+分支號+末端節點號；
②分支節點ID =鏈路號+M* (N-I)；
③鏈路號=分支節點IDmod M ；
其中，M為每個域中主節點的分支鏈路的支數，N為第N個分支編號。
進一步地，上述基于認知網絡的實現低功耗路由的方法中，當主干節點的ID發 生變化，下級的分支節點的ID也會發生變化，從而導致末端節點的ID也會發生變化。
流量包首先在主干上轉發，不會分流到分支，只有當主干節點得到自己的分支的數據包才會將其轉發到自己的分支，并且不再在主干中轉發，建立上述的樹型網絡拓 撲后，每個節點有一條控制信道和數據信道。當網絡中的節點發生變化時，網絡拓撲需 要重新構建。所以需要維護一個鏈路表用于數據轉發，而轉發數據分析作為消息轉發的 依據。
有益效果
1、提高效率。將原來的轉發和路由計算的串行處理結構轉化為并行處理，大大 減少路由信息收集和網絡拓撲探尋和路由計算的復雜性，減少了路由器的工作負載。
2、域內通信。在域內通信是根據ID樹形算法得出的ID號分配的地址，節省了 IP地址，降低了單個路由的工作復雜度，降低了終端的功耗。
3、通過數據處理模塊進行隊列管理，流量整形，分組調度等工作，將選路與數 據控制相分離，提高了單個節點的效率，降低了節點負擔。數據信息則另行發送，大大 減少的分支節點和末端節點的工作量，為認知網絡終端節省了能源消耗。
圖1是本發明認知域中基于ID路由選擇示意圖。
圖2是本發明ID選路與數據傳輸分離的功能圖。
圖3是本發明的基于ID和數據選擇分離的流程圖。具體實施方案
下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述
如圖1所示，本發明實現了認知網絡基于ID選路的路由選路策略。將認知網 絡分以域為單位分割，每個域都有一個主節點，通過偵查到的信息對其域中的節點分配 ID,此ID也是路由選路算法的依據。
如圖2所示，路由器不再需要計算各自的路由表，而是由監測平面形成包括結 點的服務質量信息、網絡可達性信息等在內的網絡子視圖，通過分發平面匯聚到選路控 制平臺，完成選路控制的決策平面功能，生成相應的控制規則和指令，最后由分發平面 部署到各個路由器，控制分組轉發處理的動作。
如圖3所示，為本發明的基于ID和數據選擇分離的流程圖，具體包括
劃分域域服務器負責存儲域間的信息，和域內的信息交互備份。
監測模塊網絡監測信息包括網絡拓撲、鏈路負載、節點能力和網絡故障等。 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點偵測和識 別，分支主干節點維護一個鄰接節點表，通過檢測周圍節點的信號強度加入或刪除一個 節點。
決策模塊決策平面負責策略的選取與歷史信息的入庫。它根據從監測平面獲 取的QoS需求和網絡環境測量信息，這樣決策平面可以實時地了解網絡業務的預期QoS 指標和實際QoS指標，如果不存在偏差，可以不采取任何動作；否則決策平面進行動態 學習從策略庫中選擇可滿足網絡端到端QoS目標的策略，然后將其轉化為QoS控制指令 傳遞給控制平面。其中自學習模塊根據控制平面反饋的QoS性能評估結果，生成新的策略入庫或跟新策略庫中已有策略，以適應網絡環境的動態變化。
數據控制信息分離路由器不再需要計算各自的路由表，而是由監測平面形成 包括結點的服務質量信息、網絡可達性信息等在內的網絡子視圖，通過分發平面匯聚到 選路控制平臺，完成選路控制的決策平面功能，生成相應的控制規則和指令，最后由分 發平面部署到各個路由器，控制分組轉發處理的動作。
ID算法由主干節點負責ID分配，分支節點負責為末端節點分配ID，當主干 節點的ID發生變化，下級的分支節點的ID也會發生變化，從而導致末端節點的ID也會 發生變化。流量包首先在主干上轉發，不會分流到分支，只有當主干節點得到自己的分 支的數據包才會將其轉發到自己的分支，并且不再在主干中轉發，建立上述的樹型網絡 拓撲后，每個節點有一條控制信道和數據信道。當網絡中的節點發生變化時，網絡拓撲 需要重新構建。所以需要維護一個鏈路表用于數據轉發，而轉發數據分析作為消息轉發 的依據。
當主干節點得到自己的分支的數據包，將其轉發到自己的分支，并將流量包中 的ID包和數據包分離，通過ID庫分析結果可以找到正確的分支，每個消息包中包含有目 的節點的ID，ID的結構由三部分組成
主干號+分支號+末端節點號。
分支節點ID =鏈路號+M* (N-I)
鏈路號=分支節點IDmod M
注M為每個域中主節點的分支鏈路的支數，N為第N個分支編號。
數據處理模塊通過數據處理模塊進行隊列管理，流量整形，分組調度等工 作，將選路與數據控制相分離，提高了單個節點的效率，降低了節點負擔。大大減少的 分支節點和末端節點的工作量，為認知網絡終端節省了能源消耗。
數據信息加載得到ID選路信息后通過加載模塊加載數據信息最終到達末端節 點ο權利要求
1.一種基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，其特征在于，具體步驟為A步驟、將認知網絡以域為單位進行分割，每個域均設置有一個主干節點；B步驟、在每個域中由主干節點負責ID分配，分支節點負責為末端節點分配ID，主 干節點維護一個鄰接節點表，通過檢測周圍節點的信號強度加入或刪除一個節點；C步驟、在每個節點設置一條ID控制信道和數據信道，流量包首先在主干節點上轉 發，主干節點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節點，當判斷該流量包 屬于自己的分支節點時，則接收該流量包，進入下一步驟，同時該流量包不再在認知網 絡中轉發；當判斷該流量包不屬于自己的分支節點時，則將該流量包轉發給認知網絡中 其他域的主干節點；D步驟、主干節點先將流量包中的ID包和數據包分離，通過ID庫分析結果找到正確 的分支節點ID，然后根據分支節點ID將數據包發送至對應的分支節點；E步驟，分支節點接收來自主干節點發來的包含ID號的數據包，再將此數據包根據 具體的ID號發送至末端節點。
2.根據權利要求1所述的基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，其特征在于，D步 驟所述的ID包中包含有目的節點的ID，ID的結構由三部分組成①主干號+分支號+末端節點號；②分支節點ID=鏈路號+M* (N-I)；③鏈路號=分支節點IDmodM；其中，M為每個域中主節點的分支鏈路的支數，N為第N個分支編號。
3.根據權利要求1所述的基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，其特征在于，B 步驟中，當主干節點的ID發生變化時，下級的分支節點的ID、末端節點的ID也發生變 化。
全文摘要
本發明提供一種基于認知網絡的實現低功耗路由的方法，屬于計算機網絡技術領域。本發明將認知網絡以域為單位進行分割，每個域均設置有一個主干節點；在每個域中由主干節點負責ID分配，分支節點負責為末端節點分配ID，并且在每個節點設置一條ID控制信道和數據信道，流量包首先在主干節點上轉發，主干節點采用ID控制信道判斷該流量包是否屬于自己的分支節點，當判斷該流量包屬于自己的分支節點時，則接收該流量包。本發明將選路與數據控制相分離，提高了單個節點的效率，降低了節點負擔。數據信息則另行發送，大大減少的分支節點和末端節點的工作量，為認知網絡終端節省了能源消耗。
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 優先權日2010年12月7日
發明者亓晉, 孫雁飛, 張順頤, 王攀, 郭苑, 顧成杰 申請人:南京郵電大學