物聯網路由算法研究

宋玉池

（齊魯醫藥學院，山東淄博，255300）

1 物聯網特征

物聯網技術的使用包含了較多的受限設備，這些設備的使用必須滿足必要的路由算法要求；通知對于物聯網路由算法的設計，需要考慮物聯網自身的特征。現階段，物聯網技術應用具有以下特征：其一，物聯網技術使用存在大量有限資源，這些資源以預定義或者隨機散布的方式存在于物聯網節點上。其二，除物聯網節點隨機散布特征外，這些節點數據還具有高密度存在的特征，受此影響，在物聯網技術使用中通常不需要編輯統一的IP地址，而且在設計相關協議后，這些協議需要支持節點自組織形成的網絡結構。其三，在物聯網使用中，其節點不具備人機控制界面，但通過自動協議控制，物聯網節點之間可實現控制信息的交換；這與其他路由協議具有較大差異。

2 物聯網路由算法應用狀況

2.1 物聯網路由算法應用考慮事項

物聯網技術本身具有節點資源有限性的特征，在這一特征影響下，對于物聯網技術的研究主要集中在設計協議和管理原則層面，要求在既有硬件基礎和應用環境的約束下，通過協議和管理原則的控制，確保網絡整體具有最長效的應用時間。僅從路由算法協議層面來看，物聯網路由算法協議不僅需要考慮節點能量、內存與計算能量；而且需對多條路徑匯集的冗余數據進行系統分析，以此來找到目標節點；此外在物聯網算法協議設計中，需考慮節能、可拓展性、傳輸延遲等因素，且需要對系統容錯率、精確度和服務質量進行系統分析。

2.2 物聯網路由算法應用模型機制

基于既有物聯網結構模型，在各節點數據傳輸控制中，需對路由算法的服務機制進行系統管理。就目前而言，物聯網路由算法應用機制不僅包含泛洪機制、集群機制，而且涉及地理西西機制、服務質量機制等諸多類型。就泛洪機制而言，其主要是從數據傳輸的角度進行路由算法設計，該機制下，物聯網各個網絡節點均會產生一定的數據，基于不同層次節點數據控制需要，物聯網路由算法泛洪機制下包含了傳統、事件驅動和查詢驅動三種模式。在集群機制下，重點考慮了路由算法的可拓展性。依托該機制進行算法控制及物聯網使用管理時，末端階段的排布具有特定的規律性，在這種規律下，末端節點分為多個集群。家住單層模式、分層模式的應用，物聯網路由可實現不同節點數據的匯聚和應用處理。物聯網路由算法使用地理信息機制時，深入分析假設的末端極端，即可實現自身地理位置的系統判斷，隨后通過查詢請求，發送特定的卡公職指令可實現數據的規范傳輸。與泛洪機制相比，地理信息機制下的路由算法控制能有效解決數據無效傳輸問題。在服務質量機制下，物聯網路由算法的建立和應用不僅需要考慮網絡中的數據流，而且需要對其應用程序進行系統分析，這樣才能實現各個節點負載數據的有效平衡，確保應用層的實際應用效果。

3 基于LF-GFG的物聯網動態路由算法設計

結合既有物聯網裝置使用情況來看，現階段的物聯網使用多是將無網絡轉化為一個平面圖形，隨后在右手法則的支撐下，物聯網會設置虛擬坐標，然后獲得算法控制所需要的傳輸路徑。這些方法在真實環境使用中喪失了適應動態網絡的能力。并且在這些方法下，一旦物聯網傳輸能力下降或喪失，則這些喪失的能力很難修復?；诖?，本文提出一種LFGFG方法，開展物聯網動態路由算法的系統設計。

3.1 物聯網動態路由算法設計思路

GFG路由協議提出了右手法則，該法是當前路由協議使用的基礎；該協議將網絡聯機轉化成一個平面化圖形，此時在右手法則的支撐下，可實現路由路徑的有效分析，繼而使得封包達到預定目的地，在同一個平面圖形下，所有的邊不會交叉，但是如何實現網絡圖形平面化存在較大難度。傳統路由算法模式下，要求路由算法下的物聯網每個節點分布式地滿足GG或RNG等圖形特性，由此實現了網絡聯機的平面化處理。而在LF-GFG方法下，可通過虛擬坐標的方式進行網絡聯機轉化處理，由此得到一個分布式的平面化圖形。該環節中，可依據注重維諾圖理論進行節點區域劃分，然后實現不同區域內階段的系統連接，由此形成一個平面網絡圖像，構建動態化的網絡環境。

3.2 虛擬坐標分配

虛擬坐標分配是LF-GFG方法下網絡聯機轉化成平面化圖形的基礎。該環節中，設定既有物聯網網絡存在多個裝置，在互相通信裝置的約束下，這些裝置能彼此間相互聯系，此時這些節點本身不知道自己的位置，但是該節點裝置知道周圍存在哪些節點。在LF-GFG方法下，預先設定起始點，然后從起始點出發，依次設計各個節點的虛擬坐標。在各坐標點分配計算中，要求將求解速度和目標節點層次控制在較淺程度，然后按照深度優先或者寬度有限的方式進行搜尋，獲得基本的數據傳輸控制算法。要注意的是，針對平面內的坐標階段，對其進行區域劃分，并分別計算各區域的內半徑、外半徑、起始角度、結束角度，確保虛擬坐標分配的合理性。虛擬坐標具體分配情況見圖1。

圖1 虛擬坐標分配示意

3.3 構建平面圖形

完成節點虛擬坐標分配后，每個虛擬的坐標代表一個節點，要求同一個節點的虛擬節點之間可以互相溝通， 然后為這些虛擬節點增加虛擬邊，通過虛擬邊互通互聯，構建虛擬網絡平面圖形。該圖形下，若兩個虛擬節點所分配到的區域相鄰，這要求這兩個節點之間采用一條邊相連，并且需要將這條邊納入平面化的虛擬圖形。該過程中，需確保虛擬坐標分配和虛擬平面圖形具有較大關聯性，出于這一要求考慮，還需注重于分配區域的內外半徑差距的有效控制。

3.4 決定路由路徑及動態網絡

在完成虛擬網絡平面圖形轉化后，可在右手法則的支撐下，選擇貪婪算法方式進行封包傳送；要求將封包送到更靠近目的地的地方。該過程中，經常遇到的困難時在封包在傳輸過程中會卡在某一個節點，該節點與目標節點存在較大差距。此時，仍然需要找準封包卡主的虛擬坐標，結合右手法則，則虛擬平面內將傳輸到下一個虛擬節點，然后再通過下一個虛擬節點將封包傳遞到目標節點。在決定路由路徑過程中，應重視右手法則、貪婪算法的合理使用，盡可能地使得封包在最短時間內按照最短的節點路徑傳遞到目標節點。基于LF-GFG方法下封包的傳遞路徑，可構建具有較高適用性的動態網絡線路，通過通路路由算法表達該路徑，可實現物聯網使用過程的有效控制和管理。結合LF-GFG方法下物聯網動態路由算法應用效果來看，結合使用右手法則、虛擬坐標系統進行物聯網動態路由算法設計應用，能有效降低維護成本，提升路由算法的容錯率和物聯網運維速度。

4 結語

路由算法的設計應用對于物聯網技術的使用具有深刻影響，現階段，物聯網技術在各行業中的應用逐漸成熟，既有路由算法已經基本滿足物聯網使用需要，但既有路由算法的使用會使得物聯網喪失適應動態網絡的能力。依據LF-GFG方法，設計物聯網動態路由算法，能在解決物聯網適應動態網絡問題的基礎上，提升物聯網網絡技術的容錯率，降低系統維護成本，優化物聯網系統的整體運維成本。