一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法

1.本发明涉及无线数据中心网络多播路由技术领域，具体为一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法。


背景技术：

2.数据中心网络结构是数据中心的基础。随着科技的进步，信息时代的更替，传统的有线数据中心网路结构因为部署困难，布线复杂，维护成本高等原因已经渐渐不能满足人们对大型数据中心性能，配置，管理维护等的需求。人们以60ghz技术为基础提出了许多无线数据中心网络拓扑结构。例如flyways结构，石墨结构等。石墨结构由于自身优点将更接近与实际应用。使用在现代无线数据中心网络结构中的无线通信技术都是基于毫米波的。60ghz频段的天线可以调制出波束角很小的电磁波，这样天线的方向性得到了大幅增强，同时，由于波面较窄，使得无线连接与无线连接之间的相互干扰得到了减小。所以我们可以将多个60ghz射频发送接收装置安装在同样的机架顶端或者其他位置，即便他们工作在同样的频段。出波束角很小的电磁波，这样天线的方向性得到了大幅增强，同时，由于波面较窄，使得无线连接与无线连接之间的相互干扰得到了减小。所以我们可以将多个60ghz射频发送接收装置安装在同样的机架顶端或者其他位置。
3.在石墨结构中，天线被妥善安置在不同高度上。我们也同样展示了该拓扑结构可以极大的减少信号阻断的发生，进而增加了位于机架顶端射频反射器的连通性。该拓扑结构设计的目标是为了让无线数据中心中的每个天线在其通信范围内可以与尽可能多的其他天线连接起来。这些天线是同态的，并且具有相同的信号传输距离r。为了能够清晰地展示该拓扑结构的设计，从一个小的网状网的实例说起，该网络是有4
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4个机架组成。在这个网络单元中，相近两个机架之间的水平和垂直距离均不超过r/3。所以在该单元中，如果位于相同行或者相同列的机架之间的信号没有被阻挡，那么他们彼此之间可以通信。
4.路由算法是网络通信中的重要环节，其主要功能是将数据信息从源节点传输到目的节点。在一个网络结构中，当存在多个服务器节点时，其路由路径也会存在多条，如何选择一条最佳的路径是本发明的重点。过去的研究中对于无线数据中心网络的路由方法往往对于中间节点的选择要么不够精确，要么不是最优路径。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法，针对现有无线数据中心网络石墨结构提供一种对于重点节点定位精度高，跳数最少的路由方法，具体如下：
9.如图3所示，每个机柜作为一个节点，由石墨结构特性和60ghz毫米波的特点可知，无线收发装置信号覆盖的范围是一个半径为r的圆形区域，图3以极坐标表示各个节点的位置，以源节点为坐标轴原点建立极坐标用o表示，用ρ表示表示源节点o到目的节点m的距离长度，θ表示从ox到om的角度，ρ叫做点m的极径，θ叫做点m的极角，有序数对(ρ,θ)就为点m的极坐标，每个节点之间距离相等，在此基础上加入了余弦相似度概念，余弦相似度(cosine similarity)通过计算a和b两个向量的夹角余弦值来评估他们的相似度将向量根据坐标值，绘制到向量空间中，求得他们的夹角，并得出夹角对应的余弦值，此余弦值就可以用来表征这两个向量的相似性，夹角越小，余弦值越接近于1，它们的方向越吻合，则越相似。
10.具体情况如下：
11.1、若0＜ρ≤r，两节点可直接进行数据传输，也就是说目标节点des位于源节点src的通信范围内，这时两个节点不需要借助中间节点，就可以直接进行数据传输，图3中实线为实际传递过程。
12.2、若r＜ρ，两节点需借助中间节点才可进行数据传输，每个节点的位置是固定的，两节点之间的距离同样也是固定的，所以每个节点相对于源节点的极坐标是确定的，所以极角和极径也是确定的，图3中虚线为目的节点到源节点的极径，然后确定出极角，找到在源节点传播范围内余弦相似度最接近1也就是夹角越小的节点作为中间节点，再以此中间节点作为源节点重复上述操作。
13.由于某些节点有多个具有相同余弦值的中间节点，我们可以用贪心算法找到距离源节点最远的那一个作为最优中间节点。
14.具体方法步骤如下：
15.s1、初始化中间节点集合v
n
{}，源节点极坐标des(0,0)，目标节点坐标src(ρ,θ)，中间节点坐标n(ρ
n
,θ
n
)；
16.s2、判断ρ是否小于r，若小于r执行步骤s3；若大于r执行步骤s4；
17.s3、源节点des直接向目标节点src传输数据，传输过程des
→
src，数据传输通过一跳完成；
18.s4、以源节点为原点建立极坐标，确定目标节点极坐标src(ρ,θ)，遍历源节点可以直接传输信息的节点，对比源节点到中间节点与源节点到目的节点夹角的余弦值获得其余弦相似度，余弦值最接近于1的节点，然后找到距离源节点最远的(ρ最大)节点作为最优中间节点；
19.s5、确定出中间节点坐标n(ρ
n
,θ
n
)，将其放入中间节点集合v
n
{}，继续以该中间节点作为源节点，判断该中间节点与目标节点的距离是否小于r，若大于r则以该中间节点作为源节点重复步骤s3，直到距离小于r，则传输过程为des
→
n1
→…→
src；
20.s6、输出路径，构建多播树，结束。
21.(三)有益效果
22.本发明提供了一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法，具备以下有益效果：
23.(1)、本发明通过建立极坐标系与号角天线传播进行很好的结合，解决了现有的基
于60ghz毫米波技术的无线数据中心网络结构路由方法大多以笛卡尔坐标系为基础，并不能与60ghz毫米波的特点相结合的问题。
24.(2)、本发明通过在组播中间节点的确定中引入余弦相似度的概念，使之能确定出最优中间节点的具体坐标，提高了路由效率，减少了路由时延。
附图说明
25.图1为本发明的流程图；
26.图2为石墨结构60ghz射频发送接收装置示意图；
27.图3为本发明多播路由示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1、3所示，本发明提供一种技术方案：一种基于位置感知的层簇式无线数据中心网络路由方法，针对现有无线数据中心网络石墨结构提供一种对于重点节点定位精度高，跳数最少的路由方法，在数据中心网络通信中，组播路由是指源节点向多个指定的目的节点发送数据包。
30.图3是截取数据中心的一部分并投射到二维平面上的示意图，源节点为中心接电，三角形为目标节点，想要向三个目标节点传输数据，根据数据传输过程构建多播树。
31.a、如图3所示，用坐标表示每个节点的编码，因此源节点编码为(0,0)，为了计算方便，把每个节点之间的距离单位一化传播半径为r，目标节点组为
32.b、第一个目标接电极径为大于r，且源节点到此目标节点的向量为(2,3)，遍历周围节点利用公式得到余弦相似度最接近1的节点，通过计算有三个相同余弦值的节点分别为过计算有三个相同余弦值的节点分别为通过贪心算法每次都找离源节点最远的节点也就是以此节点作为中间节点，所以传播路径为
33.c、第二个目标节点同理利用上述方法求得第一个中间节点为再以此节点为源节点得到第二个中间节点为目标节点在节
点的传播范围内，所以传播路径为点的传播范围内，所以传播路径为
34.d、第三个目标节点为极径为在源节点传播范围内，所以可以直接通信，路径为
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。