本发明涉及通信，具体涉及一种基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法和系统。
背景技术：
1、伴随当代通讯技术的迅猛进步以及信息处理技术的高速发展，人们对于设备监测、环境监测等技术的需求日益迫切。无线传感器网络因此诞生。它是由一定数量的传感器节点组成，每个传感器节点都拥有传输通信能力与感知判断能力，节点之间采用自组织的模式构建相互连接，具有大规模、无人监控、低功耗等特点。可充电无线传感器网络由大量可充电的无线传感器组成，在智能电网等环境监测大规模系统中有着广泛的应用。
2、流量压力负载均衡是无线传感网中的一个关键问题，特别是在节点密度不均匀或者部分节点出现故障的情况下。传统的负载均衡方法通常基于完整信息的假设，即每个节点都拥有全局网络状态信息。然而，在实际情况下，节点可能只能获取到部分局部信息或者不完整信息，这使得传统方法在应对不完备信息下的负载均衡问题时面临挑战。
3、路由优化是可充电无线传感器网络实现负载均衡的主要手段之一。合理的路由策略可以减轻高负载节点的压力，实现网络负载均衡。节点内存在海量并发式业务，不同的业务有不同的时延要求，给网络带来了巨大压力，也带来了网络负载的不均衡。因此急需一种新的解决方案。
技术实现思路
1、为了打破单一路由模式的局限性，本技术提供了一种基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，包括：
2、步骤s1：在每一轮业务从起始节点传输至汇聚节点开始前，基于时延冗余为各路由节点选择合理的下一跳，构建静态网络拓扑；
3、步骤s2：根据所述静态网络拓扑网，为各路由节点建立带宽资源分配收益函数；
4、步骤s3：根据所述带宽资源分配收益函数建立最大化节点收益的线性规划问题；
5、步骤s4：基于kkt条件对所述线性规划问题进行求解，得到带宽资源分配的最优解；
6、步骤s5：监测各路由节点实时传输业务数量变化情况，当任一节点的实时传输业务数量发生变化时，重复步骤s3和s4，更新带宽分配方案。
7、在其中一些具体实施例中，步骤s1中，所述静态网络拓扑根据下式确定：
8、
9、其中，τj为节点j的时延冗余，θi是节点i的状态收集范围，包含前向范围内节点的状态信息，其信息包括节点待发送的最后一个业务传输至汇聚节点的时延冗余点，时延冗余计算方法如下：
10、
11、其中，klast为节点所中继的最后一个传输至汇聚节点的业务，为节点j中最后一个传送至汇聚节点的业务的传输时延要求，为该业务具体传送至汇聚节点所用的时间，其计算公式为：
12、
13、其中，k表示节点j在指定工作轮内需要传输的第k个业务，bj为节点j的带宽，ψj表示节点j的待传输业务集合，ξk为业务k的数据量。
14、在其中一些具体实施例中，节点i的状态收集范围构建方法如下所示：
15、
16、其中，di,j表示节点i和j之间的距离，v代表节点的编号集合，其中di,s和dj,s分别表示节点i和节点j的上传距离，nh是规定上传跳的最大数目。
17、在其中一些具体实施例中，步骤s2中，根据所述静态网络拓扑网，对于每个节点，动态调整带宽分配比例，以响应时延变化，最大化节点的收益，为确保时延冗余越低的业务获得更高的带宽分配比例，建立节点的带宽资源分配收益函数：
18、
19、其中，θi是节点i的带宽资源分配收益函数，ψi表示节点i的待传输业务集合，γi,k是节点i面向业务k的带宽bi分配比例，τi,k表示表示该业务k的时延冗余，具体为其最后一个单位数据时延冗余。其计算方法为：
20、τi,k＝ζi,k-γi,k
21、其中，ζi,k为节点i中业务k的传输时延要求，γi,k为该业务数据包最后一个单位数据从产生到发送至节点i所用时间。
22、在其中一些具体实施例中，步骤s3中，通过利用合理分配带宽资源，以满足业务传输时延要求为目标，构建线性规划问题，最大化带宽资源分配收益根据下式确定：
23、
24、其中，ψi表示节点i的待传输业务集合，γi,k是节点i面向业务k的带宽bi分配比例。
25、为实现同一发明目的，本技术还提供了一种基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，包括：
26、网络拓扑构建模块：用于在每一轮业务从起始节点传输至汇聚节点开始前，基于时延冗余为各路由节点选择合理的下一跳，构建静态网络拓扑；
27、收益函数建立模块：用于根据所述网络拓扑，为各路由节点建立带宽资源分配收益函数；
28、线性规划计算模块：用于根据所述网络拓扑和节点带宽资源分配收益函数通过利用合理分配带宽资源，以满足业务传输时延要求为目标，根据所述带宽资源分配收益函数建立最大化节点收益的线性规划问题；
29、资源分配模块：用于根据所述线性规划，基于kkt条件对其进行求解，得到带宽资源分配的最优解，同时监测各路由节点实时传输业务数量变化情况，当任一节点的实时传输业务数量发生变化时，更新带宽分配方案。
30、在其中一些具体实施例中，网络拓扑构建模块中，所述静态网络拓扑根据下式确定：
31、
32、其中，τj为节点j的时延冗余，θi是节点i的状态收集范围，包含前向范围内节点的状态信息，其信息包括节点待发送的最后一个业务传输至汇聚节点的时延冗余点，时延冗余计算方法如下：
33、
34、其中，klast为节点所中继的最后一个传输至汇聚节点的业务，为节点j中最后一个传送至汇聚节点的业务的传输时延要求，为该业务具体传送至汇聚节点所用的时间，其计算公式为：
35、
36、其中，k表示节点j在指定工作轮内需要传输的第k个业务，bj为节点j的带宽，ψj表示节点j的待传输业务集合，ξk为业务k的数据量。
37、在其中一些具体实施例中，节点i的状态收集范围构建方法如下所示：
38、
39、其中，di,j表示节点i和j之间的距离，v代表节点的编号集合，其中di,s和dj,s分别表示节点i和节点j的上传距离，nh是规定上传跳的最大数目。
40、在其中一些具体实施例中，收益函数建立模块中，根据所述静态网络拓扑网，对于每个节点，动态调整带宽分配比例，以响应时延变化，最大化节点的收益，为确保时延冗余越低的业务获得更高的带宽分配比例，建立节点的带宽资源分配收益函数：
41、
42、其中，θi是节点i的带宽资源分配收益函数，ψi表示节点i的待传输业务集合，γi,k是节点i面向业务k的带宽bi分配比例，τi,k表示表示该业务k的时延冗余，具体为其最后一个单位数据时延冗余。其计算方法为：
43、τi,k＝ζi,k-γi,k
44、其中，ζi,k为节点i中业务k的传输时延要求，γi,k为该业务数据包最后一个单位数据从产生到发送至节点i所用时间。
45、在其中一些具体实施例中，线性规划计算模块中，通过利用合理分配带宽资源，以满足业务传输时延要求为目标，构建线性规划问题，最大化带宽资源分配收益根据下式确定：
46、
47、其中，ψi表示节点i的待传输业务集合，γi,k是节点i面向业务k的带宽bi分配比例。
48、上述技术方案的有益效果：
49、本技术所述的基于不完备信息下的流量压力负载均衡路由方法，综合考虑了节点通常只能在有限的范围内收集局部网络的状态信息的局限性，基于kkt(karush-kuhn-tucker)条件进行带宽的动态分配，一旦节点业务数量发生变化，进行带宽资源的重新分配，比起固定平均分配方法，节点可以根据不同业务的要求灵活分配带宽资源，满足了差异化业务的时延要求，避免了带宽的低效利用，进而智能地实现网络工作负载的平衡。
1.一种基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，其特征在于，步骤s1中，所述静态网络拓扑根据下式确定：
3.根据权利要求2所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，其特征在于，节点i的状态收集范围构建方法如下所示：
4.根据权利要求1所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，其特征在于，步骤s2中，根据所述静态网络拓扑网，对于每个节点，动态调整带宽分配比例，以响应时延变化，最大化节点的收益，为确保时延冗余越低的业务获得更高的带宽分配比例，建立节点的带宽资源分配收益函数：
5.根据权利要求1所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由方法，其特征在于，步骤s3中，通过利用合理分配带宽资源，以满足业务传输时延要求为目标，构建线性规划问题，最大化带宽资源分配收益根据下式确定：
6.一种基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，其特征在于，网络拓扑构建模块中，所述静态网络拓扑根据下式确定：
8.根据权利要求7所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，其特征在于，节点i的状态收集范围构建方法如下所示：
9.根据权利要求6所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，其特征在于，收益函数建立模块中，根据所述静态网络拓扑网，对于每个节点，动态调整带宽分配比例，以响应时延变化，最大化节点的收益，为确保时延冗余越低的业务获得更高的带宽分配比例，建立节点的带宽资源分配收益函数：
10.根据权利要求6所述的基于不完备信息的流量压力负载均衡路由系统，其特征在于，线性规划计算模块中，通过利用合理分配带宽资源，以满足业务传输时延要求为目标，构建线性规划问题，最大化带宽资源分配收益根据下式确定：
