一种全网动态感知的拓扑发现方法与流程 专利技术说明

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及网络设备通信和管理技术领域，具体涉及一种全网动态感知的拓扑发现方法。背景技术：2.随着“互联网+”时代对网络资源互联互通和实时性的要求不断提高，导致网络规模和结构逐渐庞大和复杂，因此需要一种有效的方法对网络节点进行管理和维护。网络拓扑发现是网络设备节点管理和维护的前提，目前一些传统的拓扑发现方法主要利用链路层发现协议来实现网络状态感知，但会造成大量资源消耗和加大控制器负载，存在负载大、信息同步逻辑复杂、效率低等问题，因此如何降低消耗与负载、提高拓扑发现的效率是本领域亟待解决的技术问题。技术实现要素：3.本发明的目的在于，提出一种全网动态感知的拓扑发现方法，以解决上述技术问题。本发明是通过以下技术方案实现的：4.本发明提出一种全网动态感知的拓扑发现方法，所述方法包括以下步骤：5.s1：初始化全网节点信息；6.s2：初始化节点邻居关系矩阵；7.s3：进行邻居关系发现，设置节点与邻居节点间的连通性和带宽特征；8.s4：通过邻居关系矩阵的对角线将邻居关系矩阵分割成主区域和从区域；9.s5：从区域复制主区域数据，在从区域更新邻居关系发生变动的节点，并切换主从区域；10.s6：从区域复制主区域数据，添加新增节点信息和其邻居关系信息，并更新其邻居节点的邻居关系信息，切换主从区域；11.s7：创建延时队列，将新增或者有改动的节点信息加入队列尾部，并将队列尾部前面重复的该节点信息在队列中删除；12.s8：将延时队列中超时节点重新进行邻居关系发现，若有变更，则更新到邻居关系矩阵的注册中心；13.s9：注册中心与各节点发送心跳同步全局邻居关系信息。14.进一步的是，s1中所述节点信息包括节点id，节点状态、邻居关系确认状态、部署位置。15.进一步的是，s2中所述初始化节点邻居关系矩阵具体为：对节点邻居关系矩阵matrix(c)的节点关系表达式c(aij,bij)赋值为：c(aij,bij)＝0，其中aij为节点间的连通性，bij为节点间的带宽特征。16.进一步的是，s3中所述邻居关系发现包括以下步骤：17.s31：网络中的节点使用mac竞争机制选出一个节点nodei()与邻居节点发送hello消息；18.s32：若当前节点nodei()状态和部分邻居节点状态发生冲突，则采用退避机制直到选出一个是接收状态的节点为止；若未发生冲突，节点nodei()的hello消息都已成功发送得到反馈，则反复执行步骤s31直到选出一个未成功发送的节点发送hello消息；19.s33：邻居节点收到hello消息并提取信息存入自己的邻居信息集合set(neighbori)中，同时进行反馈；20.s34：set(neighbori)中进行反馈的邻居节点以ofdm方式传输反馈信号，包括w个子载波，编号依次为1～w；当节点nodex()进行反馈时，在第zx个反馈位上进行反馈，即随机选择一个正整数zx作为临时编号，zx∈[1,w]，发送复振幅为sx的反馈信号：[0021]sx＝α/hx[zx][0022]其中，α为常数，hx[zx]节点nodei()到nodex()间信道第zx个子载波上的响应；[0023]s35：节点nodei()通过发送response-feedback消息将反馈结果告知邻居节点，邻居节点收到消息后根据自己的编址判断自己是否反馈成功，若成功反馈字段设置为1，否则为0；[0024]s36：当节点的反馈被确认后，为反馈成功的节点预留足够的资源依次发送自己的id+loc+k+m,其中k为该邻居节点的编号，k∈[1,m]，m为反馈成功的节点数，邻居节点接收到id+loc并将其存入自己的邻居信息集合中；[0025]s37：循环执行步骤s31至s36，直到所有的邻居节点都被发现，然后输出邻居关系矩阵。[0026]进一步的是，s4所述邻居关系矩阵的对角线，是由邻居关系矩阵matrix(c)的节点关系表达式c(aij,bij)中i＝j的节点组成的分割线。[0027]进一步的是，s5与s6中所述从区域复制主区域数据具体为，对于节点关系表达式c(aij,bij)，通过算子c(aij,bij)＝c(aji,bji)赋值实现主从区域数据同步。[0028]进一步的是，s9中所述发送心跳具体为，邻居关系矩阵的主区域服务节点定时向各单节点发送请求同步最新的节点邻居关系，从而达到全局感知。[0029]本发明的有益效果是：本发明所述方法采用邻居关系矩阵主从区域切换、延时队列更新节点邻居关系的方式，获取全局最新邻居关系信息，并通过注册中心的心跳机制将最新邻居关系信息实时同步给全网各节点，将传统的链路发现机制转为中心化代理的发现机制，能够实时动态感知全局的节点关系和状态，不仅避免了传统拓扑发现方法邻居节点间依次同步的复杂性，而且缓解了资源消耗过大，负载过重的现象，很大程度提高了节点间拓扑发现的效率，实现了对网络拓扑发现方法的优化，适用于规模和结构庞大复杂的网络应用场景，实用性强。[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。附图说明[0031]图1为本发明所述方法流程示意图；[0032]图2为邻居关系发现过程示意图。具体实施方式[0033]本发明提出一种全网动态感知的拓扑发现方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：[0034]s1：初始化全网节点集合set(nodes)的节点信息，节点信息包括节点id，节点状态(发送0，接收1)、邻居关系确认状态、部署位置等信息。[0035]s2：初始化节点邻居关系矩阵matrix(c)，对节点邻居关系矩阵matrix(c)的节点关系表达式c(aij,bij)赋值为：c(aij,bij)＝0，其中aij为节点间的连通性，bij为节点间的带宽特征。由于当前阶段还未知节点和节点间的关系，赋值c(aij,bij)＝0，表示所有节点都是孤立的，未和其他节点联通。[0036]s3：进行邻居关系发现，设置节点与邻居节点间的连通性和带宽特征。邻居关系发现为节点周期性发送请求报文尝试和直接连接的节点建立邻居关系，当收到对方响应的报文中包含自身标识时，两节点之间邻居关系建立成功，一般发送周期为1s。具体的，如图2所示，邻居关系发现包括以下步骤：[0037]s31：网络中的节点使用mac竞争机制选出一个节点nodei()与邻居节点发送hello消息；[0038]s32：若当前节点nodei()状态和部分邻居节点状态发生冲突，则采用退避机制直到选出一个是接收状态的节点为止；若未发生冲突，节点nodei()的hello消息都已成功发送得到反馈，则反复执行步骤s31直到选出一个未成功发送的节点发送hello消息；[0039]s33：邻居节点收到hello消息并提取信息存入自己的邻居信息集合set(neighbori)中，同时进行反馈；[0040]s34：set(neighbori)中进行反馈的邻居节点以ofdm方式传输反馈信号，包括w个子载波，编号依次为1～w；当节点nodex()进行反馈时，在第zx个反馈位上进行反馈，即随机选择一个正整数zx作为临时编号，zx∈[1,w]，发送复振幅为sx的反馈信号：[0041]sx＝α/hx[zx][0042]其中，α为常数，hx[zx]节点nodei()到nodex()间信道第zx个子载波上的响应；[0043]s35：节点nodei()通过发送response-feedback消息将反馈结果告知邻居节点，邻居节点收到消息后根据自己的编址判断自己是否反馈成功，若成功反馈字段设置为1，否则为0；[0044]s36：当节点的反馈被确认后，为反馈成功的节点预留足够的资源依次发送自己的id+loc+k+m,其中k为该邻居节点的编号，k∈[1,m]，m为反馈成功的节点数，邻居节点接收到id+loc并将其存入自己的邻居信息集合中；[0045]s37：循环执行步骤s31至s36，直到set(nodes)集合中节点遍历完成，即所有的邻居节点都被发现，然后输出邻居关系矩阵matrix(c)。[0046]s4：通过邻居关系矩阵matrix(c)的对角线将邻居关系矩阵分割成主区域和从区域；所述对角线是由邻居关系矩阵matrix(c)的节点关系表达式c(aij,bij)中i＝j的节点组成的分割线，即主从区域为根据c(aij,bij),i》j和i《j，分成两个区域。[0047]s5：从区域复制主区域数据，在从区域更新邻居关系发生变动的节点，并切换主从区域。从区域复制主区域数据具体为，对于节点关系表达式c(aij,bij)，通过算子c(aij,bij)＝c(aji,bji)赋值实现主从区域数据同步。[0048]s6：从区域复制主区域数据，复制方法同s5，添加新增节点信息和其邻居关系信息，并更新其邻居节点的邻居关系信息，切换主从区域。[0049]s7：创建延时队列，将新增或者有改动的节点信息加入队列尾部，并将队列尾部前面重复的该节点信息在队列中删除。延时队列更新邻居节点信息，即有个延时任务，每500ms扫描节点邻居信息集合set(neighbori)，向集合中邻居节点发送请求，等待响应，判断节点间的连通性aij和带宽特征bij赋值给c(aij,bij)。[0050]s8：将延时队列中超时节点重新进行邻居关系发现，若有变更，则更新到邻居关系矩阵的注册中心。[0051]s9：注册中心与各节点发送心跳同步全局邻居关系信息。所述发送心跳具体为，邻居关系矩阵的主区域服务节点定时向各单节点发送请求同步最新的节点邻居关系，从而达到全局感知。[0052]本发明所述的拓扑发现方法，在满足复杂网络结构通信的前提下，以高效率，低负载的全网节点动态感知为技术目标，基于邻居关系矩阵的注册中心，通过主从区域copyonwrite的方式对邻居节点信息进行更新，注册中心采用心跳机制将最新邻居关系信息同步给全网各节点，实现节点拓扑发现方案的优化。[0053]最后应说明的是，以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。









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