用于低功耗有损网络IPv6路由协议的数据传输路径确定方法

本发明涉及电力物联网，尤其涉及一种用于低功耗有损网络ipv6路由协议的数据传输路径确定方法。

背景技术：

1、随着传感技术、通信信息基础以及网络技术等新兴技术手段的不断发展，wsn(无线传感器网络，wireless sensor networks)受到越来越多的关注和青睐，也逐步在各行各业中有所应用。wsn可以定义为由传感器节点的微型设备所组成的网络，这些设备在空间上分布并协同工作，通过无线链路传递各种的信息。与传统网络解决方案相比，wsn技术提供了许多优势，例如成本更低、可扩展性、可靠性、准确性、灵活性和易于部署，使其能够在广泛的不同应用中使用。随着技术的进步和传感器变得更智能、更小、更便宜，数十亿个无线传感器被部署在众多应用中。

2、rpl(routing protocol for low-power and lossy networks，低功耗有损网络ipv6路由协议)是一种主动距离矢量和源路由协议。它构建有向无环图(directed acyclicgraph，dag)来表示网络拓扑。每个与单个根目标关联的dag在rpl术语中称为面向目标的dag(dodag)。一个网络可以有多个dodag和多个实例。共享相同目标函数的单个或多个dodag称为rpl实例。目标函数确定路线选择。因此，rpl实例在为具有不同目标(例如最小化能量、etx(在链路上成功传输一个数据包所需的预期传输或重传的次数)或延迟)的同一目的地提供不同路由方面发挥着关键作用。然而，rpl协议容易受到范围广泛的内部和外部攻击。由于节点和无线网络的易受攻击性、节点的易篡改特性、节点的移动性和资源限制，这些攻击难以检测和缓解。由于机制的不完整规范和实现开销，大多数rpl实现没有考虑安全措施，此外，内部攻击者可能会绕过应用的rpl安全机制并破坏网络功能。为了解决这些问题，需要一种面向低功耗和有损网络ipv6路由协议的拥塞解决方法。这种方法应该考虑到当网络处于不稳定也就是有干扰的状态下进行运行的情况，针对典型的网络攻击如dao攻击制定缓解措施，避免网络中恶意节点大量转发无用dao消息，均衡网络负载，延长网络生存周期。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于低功耗有损网络ipv6路由协议的数据传输路径确定方法，解决的技术问题在于：如何有效避免路径传输中恶意节点大量转发无用dao消息。

2、为解决以上技术问题，本发明提供用于低功耗有损网络ipv6路由协议的数据传输路径确定方法，包括步骤：

3、s1、确定需要向根节点传输数据的子节点与根节点之间的最小跳数路径；

4、s2、判断是否有两条以上最小跳数路径，若是则进入步骤s3，若否则将唯一的一条最小跳数路径作为数据传输最佳路径；

5、s3、计算每条最小跳数路径上每个父节点的nci值，nci指节点拥塞指数，并判断nci值是否大于nci阈值，若是则进入步骤s4，若否则将该父节点标记为恶意节点并将该父节点从网络中去除再返回至步骤s1；

6、s4、计算每条最小跳数路径上每个父节点的nfi值，nfi指节点流量强度，并判断nfi值是否大于nfi阈值，若是则进入步骤s5，若否则将该父节点加入候选父节点集中；

7、s5、大于nfi阈值的父节点向其子节点发送控制消息，对应的子节点收到控制消息后，在t秒内停止发送数据包，然后将自身传输的数据包减少预设比例，然后再次判断该父节点的nfi值是否大于nfi阈值，若是则再次向其子节点发送控制消息，对应的子节点收到控制消息后，在t秒内停止发送数据包，然后将自身传输的数据包减少预设比例，然后再次判断该父节点的nfi值是否大于nfi阈值，若是则舍弃该父节点，若否则将该父节点加入候选父节点集中；

8、s6、根据多维度量构成的目标函数从候选父节点集中选择最佳父节点；

9、s7、根据最佳父节点确定数据传输最佳路径。

10、进一步地，对于任一节点x，其nci值nci(x)由下式计算：

11、

12、其中，nd(x)δt表示节点x的dao消息发送速率，nfi(x)表示节点x的nfi值，nfi(x)由下式计算：

13、

14、其中，λep(x)δt、μdp(x)δt分别是在δt时间配额上进行测量的节点x的平均数据包入队率和平均数据包出队率。

15、进一步地，在所述步骤s6中，目标函数构建为：

16、

17、其中，max表示使最大，s.t.表示需满足，wj表示m维度量中第j维度量的权重，fit(i)为候选父节点集中第i个父节点的目标函数值，i＝1,2,…,n，n表示候选父节点集中父节点的数量；

18、fit(i)由下式计算：

19、

20、其中，nci(i)表示候选父节点集中第i个父节点的nci值，cef(i)表示候选父节点集中第i个父节点的组合评估值，cef(i)由下式计算：

21、

22、其中，xij表示候选父节点集中第i个父节点的第j维度量。

23、进一步地，m维度量包括剩余能量、跳数计数、节点流量强度nfi、预计传输计数；

24、对于候选父节点集中第i个候选父节点，其剩余能量rerg(i)由下式计算：

25、

26、其中，ep(i)和es(i)分别表示该第i个候选父节点的现有能量和最大初始能量；

27、对于候选父节点集中第i个候选父节点，其跳数计数hcg(i)由下式计算：

28、

29、其中，hc(i)表示该第i个候选父节点和根节点之间的跳数，hcmax表示候选父节点和根节点之间的最大跳数；

30、对于候选父节点集中第i个候选父节点，其预计传输计数etxg(i)由下式计算：

31、

32、其中，etxmax表示从子节点通过候选父节点到根节点路径上的最大etx值，etx(i)表示从子节点通过该第i个候选父节点到根节点的etx值，etx(i)包括子节点与该第i个候选父节点之间的etx值和dio中的etx值，dio消息由该第i个候选父节点广播。

33、进一步地，第i个候选父节点的dio中的etx值由下式计算：

34、

35、其中，fpdr和rpdr分别表示上行链路和下行链路的数据包传递率。

36、进一步地，在所述步骤s6中，使用将引力搜索算法与粒子群算法结合的pso-gsa算法从候选父节点集中选择最佳父节点，pso-gsa算法的适应度函数即为fit(i)，通过计算约束条件下适应度函数的最大值来评估权重因子，适应度函数取得最大值时的具有最小值cef(i)的候选父节点即为最佳父节点。

37、进一步地，网络中根节点能量高于其余节点，且其余节点都具有相等的能量；节点随机部署在网络上；每个节点都有一个唯一的标识符；根节点位于网络的顶部；

38、网络采用的路由协议遵循一致性、最优性和无环路的特性，一致性意味着如果从源节点到目的节点的数据包通过路径p传递，那么路径p上的其他节点必须做出相同的决定；最优性意味着通过最轻的路径或节点之间的最佳路由传输数据包；无环路意味着对于从源节点到目的节点的每条路径，路径上的任意两个节点都是不同的。

39、进一步地，在步骤s3中，nci阈值设置为1.414。

40、进一步地，在步骤s4中，nfi阈值设置为0.75。

41、进一步地，在步骤s5中，t是1到5秒之间的随机值；预设比例为1/2。

42、本发明提供的用于低功耗有损网络ipv6路由协议的数据传输路径确定方法，通过计算节点的nci值判定节点是否是恶意节点，如果是则将该节点从网络中除去，从而可以有效避免网络中恶意节点大量转发无用dao消息；通过进一步计算节点的nfi值判定节点的流量强度是否过高，如果过高则控制其子节点减少数据包，如果依旧过高则再次减少，如果还过高，则舍弃该节点作为候选父节点，从而得到节点流量强度较低的候选父节点，以降低节点的数据拥塞程度；通过构建多维度量构成的目标函数在候选父节点中选择最佳父节点进行数据传输，可更好地满足qos(服务质量)要求。本发明可以有效避免网络中恶意节点大量转发无用dao消息，均衡网络负载，延长网络生存周期，对于提高网络端到端的传输效率和可靠性、降低网络运行能耗、提高服务质量，具有促进作用。