專利名稱：：一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種組播路由方法，更特別地說，是指一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
：隨著微傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、無線通信技術(shù)以及計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，極大地推動了集信息采集、處理、無線傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetworks，WSN)的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使人們在任何時間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實(shí)而可靠的信息，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個新的研究領(lǐng)域，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對能耗的限制非常嚴(yán)格，而組播路由在資源節(jié)省、時延等方面有較好的優(yōu)勢，所以在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中還經(jīng)常要求提供組播(multicast)技術(shù)的支持。從實(shí)際應(yīng)用中傳感器節(jié)點(diǎn)能量的消耗中可以看出，節(jié)點(diǎn)用于通信的能量開銷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用于數(shù)據(jù)計(jì)算的能量開銷。因此，組播在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)"一對多"場景中的應(yīng)用可以大幅減少傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的發(fā)送量，可以顯著的節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的消耗，從而延長傳感器節(jié)點(diǎn)的生命周期。另外組播路由在時效等方面也有較好的優(yōu)勢。組播路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的高效率可以有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗，從而進(jìn)一步擴(kuò)大無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域。組播路由協(xié)議的作用是要尋找一個源節(jié)點(diǎn)和一組接收節(jié)點(diǎn)之間的一棵組播樹，信息以并行方式沿這棵樹的樹枝發(fā)送到不同的接收節(jié)點(diǎn)，信息只需在樹的分枝處進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，這樣網(wǎng)絡(luò)中需要傳送的報(bào)文分組數(shù)最小。組播技術(shù)不僅減少了報(bào)文分組的重復(fù)發(fā)送，減輕了網(wǎng)絡(luò)工作負(fù)載，而且也提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬使用效率，對于提高數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)率和延長網(wǎng)絡(luò)整體工作時間有重要影響。現(xiàn)有的基于樹的組播路由協(xié)議，如EMRS(efficientmulticast麗ti卿rotocolforwirelesssensornetworks)、VLM2(averylightweightmobilemulticastsystemforwirelesssensornetworks)禾口DPTB(Dynamicproxytree-baseddatadisseminationschemesforwirelesssensornetworks)等，均存在如下的缺點(diǎn)1、在建立組播樹時，僅是考慮節(jié)點(diǎn)的移動性和網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性，沒有能耗最小化的概念。如VLM2協(xié)議的節(jié)點(diǎn)選擇父節(jié)點(diǎn)時具有隨機(jī)性；而EMRS協(xié)議在選擇父節(jié)點(diǎn)時也沒有考慮能耗問題；2、沒有涉及能耗均衡的概念。在組播的過程中，能耗不均衡會使有的節(jié)點(diǎn)能耗過快，最終致使網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
發(fā)明內(nèi)容為了解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能耗，以及能耗均衡的問題，本發(fā)明提出一種能耗均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法。該組播樹調(diào)整方法一方面通過增葉策略對組播樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在不影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性的情況下，增加組播樹中葉節(jié)點(diǎn)數(shù)目，從而減少報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能耗；另一方面采用旁路休眠策略進(jìn)行節(jié)4點(diǎn)休眠定制，從而達(dá)到能量均衡。通過兩個策略有效的降低了組播路由的能耗，同時實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的能耗均衡。本發(fā)明的一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法優(yōu)點(diǎn)在于(1)對已創(chuàng)建的路由樹采用增葉策略進(jìn)行優(yōu)化，減小節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文的總體數(shù)量，從而降低整個網(wǎng)絡(luò)的能耗。(2)通過旁路休眠策略，可以保證不影響其他節(jié)點(diǎn)接收組播報(bào)文的前提下休眠部分節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間的能耗均衡，從而增加了整個網(wǎng)絡(luò)的存活時間。圖1是一種具有分層結(jié)構(gòu)的組播樹結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是經(jīng)本發(fā)明增葉策略優(yōu)化后的組播樹結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明是一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，該調(diào)整方法可以對通過任意策略構(gòu)建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由的組播樹進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，首先使用增葉策略來優(yōu)化該組播樹，以減少組播過程的能耗；最后使用旁路休眠策略實(shí)現(xiàn)該組播樹中各節(jié)點(diǎn)的能耗均衡，延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的存活時間。為了方便陳述本發(fā)明的組播樹調(diào)整方法，對于組播樹中的任意一個節(jié)點(diǎn)簡稱為任意節(jié)點(diǎn)N》將存儲如下信息①父節(jié)點(diǎn)^，在本發(fā)明中，該父節(jié)點(diǎn)&,是任意節(jié)點(diǎn)&的父節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明中，如果任意節(jié)點(diǎn)&為根節(jié)點(diǎn)，則表明該&不會有父節(jié)點(diǎn)。②子節(jié)點(diǎn)集1CW^,，在本發(fā)明中，該子節(jié)點(diǎn)集ZCWw,中存儲的是任意節(jié)點(diǎn)Ni的所有子節(jié)點(diǎn)編號，用數(shù)學(xué)表達(dá)形式為zc/^,={cwMi，cwM2.，，cw,}，其中，cw^表示節(jié)點(diǎn)Ni的第一個子節(jié)點(diǎn)，CW^表示節(jié)點(diǎn)&的第二個子節(jié)點(diǎn)，CW^表示節(jié)點(diǎn)Ni的第1個子節(jié)點(diǎn)，也表示節(jié)點(diǎn)&的任意一個子節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明中，如果節(jié)點(diǎn)&是葉節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)&的子節(jié)點(diǎn)集ZCW^為空集合。相應(yīng)地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)K的子節(jié)點(diǎn)集ZCWwi不為空集合時，又稱節(jié)點(diǎn)Ni為非葉節(jié)點(diǎn)。③備用父節(jié)點(diǎn)集i^Pw,，在組播樹維護(hù)過程中，備用父節(jié)點(diǎn)集Z^Pwi中存儲的是任意節(jié)點(diǎn)&的備用父節(jié)點(diǎn)編號，用數(shù)學(xué)表達(dá)形式為Z^^,={^^,，S^,2，…，S7^,}，其中，^i^,表示節(jié)點(diǎn)Ni的第一個備用父節(jié)點(diǎn)，S^表示節(jié)點(diǎn)Ni的第二個備用父節(jié)點(diǎn)；Si^,表示節(jié)點(diǎn)Ni的第m個備用父節(jié)點(diǎn)，也表示節(jié)點(diǎn)&的任意一個備用父節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明中，當(dāng)任意節(jié)點(diǎn)&沒有備用父節(jié)點(diǎn)時，則節(jié)點(diǎn)&的備用父節(jié)點(diǎn)集Z^^,為空集合。在本發(fā)明中，任意節(jié)點(diǎn)&在加入組播樹之前，4,=0，子節(jié)點(diǎn)集ZCW^,和備用父節(jié)點(diǎn)集Z^^,都為空集合。當(dāng)任意節(jié)點(diǎn)&為根節(jié)點(diǎn)時，可用TNode標(biāo)記，如圖1所示?！愕兀谝豢媒M播樹中，節(jié)點(diǎn)可能會存在多重身份，即一個節(jié)點(diǎn)可能是另外一個節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，同時，又可能是其他某些節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)或備用父節(jié)點(diǎn)。參見圖1所示的一個具有分層結(jié)構(gòu)的組播樹結(jié)構(gòu)，在該組播樹中A節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)(代表傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站節(jié)點(diǎn))，B工節(jié)點(diǎn)^2節(jié)點(diǎn)、Nj節(jié)點(diǎn)、^節(jié)點(diǎn)、……、Bb節(jié)點(diǎn)分別為A節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，A節(jié)點(diǎn)就是B工節(jié)點(diǎn)、B2節(jié)點(diǎn)、Nj節(jié)點(diǎn)、A,節(jié)點(diǎn)、……、Bb節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；d節(jié)點(diǎn)丄2節(jié)點(diǎn)、……、C。節(jié)點(diǎn)分別是B工節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，B工節(jié)點(diǎn)就是Q節(jié)點(diǎn)、G節(jié)點(diǎn)、……、(；節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；D工節(jié)點(diǎn)、02節(jié)點(diǎn)分別是B2節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，B2節(jié)點(diǎn)就是D工節(jié)點(diǎn)、02節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；Ee節(jié)點(diǎn)是Nj節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，Nj節(jié)點(diǎn)就是Ee節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；&節(jié)點(diǎn)是A,節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，A,節(jié)點(diǎn)就是&節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；Ff節(jié)點(diǎn)是Bb節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，Bb節(jié)點(diǎn)就是Ff節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；^節(jié)點(diǎn)、62節(jié)點(diǎn)分別是Ee節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，Ee節(jié)點(diǎn)就是^節(jié)點(diǎn)、62節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；,節(jié)點(diǎn)、C7^'，點(diǎn)、……、C/.,節(jié)點(diǎn)分別是&節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)地，&節(jié)點(diǎn)就是G^v,,節(jié)點(diǎn)、a&2節(jié)點(diǎn)、……、a.,節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；^節(jié)點(diǎn)和G2節(jié)點(diǎn)在D2節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，但D2節(jié)點(diǎn)并不是^節(jié)點(diǎn)和G2節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，則D2節(jié)點(diǎn)為^和G2節(jié)點(diǎn)的備用父節(jié)點(diǎn);Q節(jié)點(diǎn)、C2節(jié)點(diǎn)、、C。節(jié)點(diǎn)、Di節(jié)點(diǎn)、D2節(jié)點(diǎn)、Ff節(jié)點(diǎn)以及<^^,.,節(jié)點(diǎn)、2節(jié)點(diǎn)、……、G"節(jié)點(diǎn)都沒有子節(jié)點(diǎn)，則它們是葉節(jié)點(diǎn)；A節(jié)點(diǎn)、B工節(jié)點(diǎn)、B2節(jié)點(diǎn)、^節(jié)點(diǎn)、……、Bb節(jié)點(diǎn)以及^節(jié)點(diǎn)都有一個或多個子節(jié)點(diǎn)，則它們是非葉節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明中，對于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個節(jié)點(diǎn)&和Nj，組播樹的維護(hù)執(zhí)行如下維護(hù)執(zhí)行步驟維護(hù)執(zhí)行步驟l):網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)Ni，如果Ni是某些節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)(簡稱父節(jié)點(diǎn)N》，即&的子節(jié)點(diǎn)集ZCWw,不為空集合，則Ni會周期性地通過廣播的方式發(fā)送子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CM7^(7Ti^c/Z^，i:C/^)，以及接收其任意子節(jié)點(diǎn)C/^的應(yīng)答報(bào)文JC《-(nT^^，/A^)，并根據(jù)在該周期內(nèi)收到子節(jié)點(diǎn)應(yīng)答報(bào)文的情況不同，執(zhí)行維護(hù)執(zhí)行步驟5);同時，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都會接收網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文，當(dāng)收到子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文時，執(zhí)行如下的維護(hù)執(zhí)行步驟2);當(dāng)一個維護(hù)周期結(jié)束時，執(zhí)行維護(hù)執(zhí)行步驟6);維護(hù)執(zhí)行步驟2):當(dāng)另一任意節(jié)點(diǎn)Nj收到子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CMT=(rZP￡CM7.，/Z)Wi,￡CWWi)時，首先根據(jù)CMT報(bào)文中的/Z^,判斷節(jié)點(diǎn)^是否為自己的父節(jié)點(diǎn)A,.，如果是，則執(zhí)行維護(hù)執(zhí)行步驟3)，否則執(zhí)行維護(hù)執(zhí)行步驟4);維護(hù)執(zhí)行步驟3):節(jié)點(diǎn)Nj檢查所收到的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CMT=(717}￡0^，72^,^^,)中的子節(jié)點(diǎn)集丄(^^，判斷自己的編號ZA^.是否在子節(jié)點(diǎn)集丄CWw,中，如果是，表示節(jié)點(diǎn)Ni是節(jié)點(diǎn)Nj的父節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)Nj向節(jié)點(diǎn)Ni發(fā)送一個應(yīng)答報(bào)文^CK-(7TPE,p/Z^)，用于維持組播樹結(jié)構(gòu)；否則，執(zhí)行維護(hù)執(zhí)行步驟7)，加入組播樹；維護(hù)執(zhí)行步驟4):發(fā)送子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)Ni不是節(jié)點(diǎn)Nj的父節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)Nj將節(jié)點(diǎn)K加入到它的備用父節(jié)點(diǎn)集Z"A,中；在本發(fā)明中，由于父節(jié)點(diǎn)對子節(jié)點(diǎn)發(fā)送子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文是采用廣播的方式，所以每個節(jié)點(diǎn)都有可能接收到不是自己的父節(jié)點(diǎn)(非父節(jié)點(diǎn))發(fā)送的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文。所以，對于任意另一節(jié)點(diǎn)Nj，如果Nj接收到了&發(fā)送的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CMT，那么能夠得知Nj在K的通信范圍之內(nèi)。如果Nj不在&的通信路徑(在本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)&的通信路徑是指組播報(bào)文從根節(jié)點(diǎn)傳至K所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)序列)里，稱&為Nj的一個備用父節(jié)點(diǎn)。維護(hù)執(zhí)行步驟5):當(dāng)節(jié)點(diǎn)&收到了其它任意子節(jié)點(diǎn)CWM,的應(yīng)答報(bào)文，則維持&與^,,的父子關(guān)系不變；維護(hù)執(zhí)行步驟6):在一個維護(hù)周期結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)Ni掃描其子節(jié)點(diǎn)集ZC^^，對于在該維護(hù)周期內(nèi)未收到應(yīng)答報(bào)文的子節(jié)點(diǎn)CWw,,，該&將把<^人,,從工<^^,中刪除，結(jié)束與這些子節(jié)點(diǎn)的父子關(guān)系；如果子節(jié)點(diǎn)^CWw,在一個維護(hù)周期內(nèi)沒有收到來自其父節(jié)點(diǎn)Ni的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文，則子節(jié)點(diǎn)^CWw,執(zhí)行"節(jié)點(diǎn)加入組播樹"的處理方式。在本發(fā)明中，對于網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)Ni，當(dāng)其需要加入一個組播樹時，則執(zhí)行如下處理步驟步驟001:設(shè)置節(jié)點(diǎn)&的子節(jié)點(diǎn)集^CW《和備用父節(jié)點(diǎn)集i^Pw,均為空集合；步驟002:節(jié)點(diǎn)&廣播父節(jié)點(diǎn)請求報(bào)文戶/2={717^吸，//^}，其中，TYPEp股表示報(bào)文類型為父節(jié)點(diǎn)請求報(bào)文，/￡^,表示節(jié)點(diǎn)Ni的編號；步驟003:組播樹中的另一任意節(jié)點(diǎn)Nj收到/^^={717^卿,/￡^}報(bào)文后，向節(jié)點(diǎn)K發(fā)送子請求報(bào)文C^2=(7Ti^Cfle，/i、)，其中，TYPE^表示報(bào)文的類型為子請求報(bào)文，/"w,是節(jié)點(diǎn)Nj的編號。步驟004:節(jié)點(diǎn)&收到C及g-(7Ti^^，/Z^)后，向節(jié)點(diǎn)Nj回復(fù)應(yīng)答ACK，并將&,設(shè)置為Nj，從而節(jié)點(diǎn)&成為節(jié)點(diǎn)Nj的子節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明的組播過程中，所有非葉節(jié)點(diǎn)既發(fā)送組播報(bào)文也接收組播報(bào)文，但基站、非葉節(jié)點(diǎn)除外，因?yàn)榛緝H發(fā)送組播報(bào)文，葉節(jié)點(diǎn)只接受而不轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。本發(fā)明采用增葉策略對組播樹的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在不影響網(wǎng)絡(luò)連通性的情況下，將非葉節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為葉節(jié)點(diǎn)，從而減少組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，減低系統(tǒng)的總能耗。組播樹維持一段時間后，部分節(jié)點(diǎn)能量過低。在本發(fā)明中，采用組播樹的能量均衡策略進(jìn)行休眠狀態(tài)判斷。如果節(jié)點(diǎn)是可替代的，則進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而防止節(jié)點(diǎn)過早死亡，以增加整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的存活時間。在本發(fā)明中，通過以下算法實(shí)現(xiàn)組播樹的優(yōu)化。對于網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)Ni，它有1(1=2，即節(jié)點(diǎn)G，節(jié)點(diǎn)H)個子節(jié)點(diǎn)C7^,,，CWM2,'"，CWM,。其優(yōu)化步驟如下步驟101:節(jié)點(diǎn)Ni檢查其備用父節(jié)點(diǎn)集^^A,.是否為空集合，如果不是，表示節(jié)點(diǎn)Ni存在備用父節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)K向它的父節(jié)點(diǎn)&發(fā)送發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文APD=(7TPE，，/Z、,)，其中，TYPEBPD表示報(bào)文類型為發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文，/Av,是節(jié)點(diǎn)&的節(jié)點(diǎn)編號。同時，如果節(jié)點(diǎn)Ni的任意子節(jié)點(diǎn)^《,,也會檢查(^4,的備用父節(jié)點(diǎn)集^^^,，如果不為空，會向它的父節(jié)點(diǎn)(即節(jié)點(diǎn)Ni)發(fā)送發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文，節(jié)點(diǎn)Ni會接收來自它的所有子節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文；在本發(fā)明中，由于父節(jié)點(diǎn)對子節(jié)點(diǎn)發(fā)送子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文是采用廣播的方式，所以每個節(jié)點(diǎn)都有可能接收到非父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文。所以，對于任意節(jié)點(diǎn)N，如果N接收到了其他任意節(jié)點(diǎn)Q發(fā)送的子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CMT，那么能夠得知N在Q的通信范圍之內(nèi)，Q為非葉節(jié)點(diǎn)(只有父節(jié)點(diǎn)發(fā)送子節(jié)點(diǎn)維護(hù)報(bào)文CMT)。如果N不在Q的通信路徑(在本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)Q的通信路徑是指組播報(bào)文從根節(jié)點(diǎn)傳至Q所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)序列)里，稱Q為N的備用父節(jié)點(diǎn)BP。步驟102:當(dāng)節(jié)點(diǎn)&收到它的任意子節(jié)點(diǎn)CW化的發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文BPD后，在K的子節(jié)點(diǎn)集中標(biāo)記<^^^,,為可釋放狀態(tài)。步驟103:如果節(jié)點(diǎn)&的所有子節(jié)點(diǎn)C/、,，，CW化，…，CW碼均處于可釋放狀態(tài)的，那么節(jié)點(diǎn)Ni向其所有子節(jié)點(diǎn)CW^，CW^，一，<^/^^,發(fā)送釋放請求報(bào)文M0-(7TPE，，/I^)，其中，TYPE，表示報(bào)文類型為釋放請求報(bào)文，/Z、是Ni的節(jié)點(diǎn)編號，進(jìn)入等待釋放狀態(tài)。步驟104:子節(jié)點(diǎn)CW收到節(jié)點(diǎn)Ni的廣播釋放請求報(bào)文RRQ后，向其備用父節(jié)點(diǎn)集"《w、,中的所有備用父節(jié)點(diǎn)^W,,，5P^,,2，，^:/k發(fā)送父請求報(bào)文P啦=(7Ti^卿，/A^")，其中，TYPEpRQ表示報(bào)文類型為父請求報(bào)文，/A;^,是節(jié)點(diǎn)CWM,的節(jié)點(diǎn)編號。步驟105:對于節(jié)點(diǎn)<^^的任意備用父節(jié)點(diǎn)^^吣，如果它并非自由節(jié)點(diǎn)且未處于等待釋放狀態(tài)，則向節(jié)點(diǎn)C^w,回復(fù)應(yīng)答報(bào)文ACK;否則，向節(jié)點(diǎn)C/c^,回復(fù)否定回答報(bào)文薩。步驟106:如果子節(jié)點(diǎn)^^^,收到備用父節(jié)點(diǎn)^^^,,發(fā)送的應(yīng)答報(bào)文ACK，則向父節(jié)點(diǎn)&發(fā)送應(yīng)答報(bào)文ACK，并將收到的第一個應(yīng)答報(bào)文ACK的發(fā)送備用父節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為」CX_5PCWM,m;如果節(jié)點(diǎn)€7^,,收到的所有備用父節(jié)點(diǎn)的報(bào)文均為否定回答報(bào)文脆1(，向&發(fā)送否定回答報(bào)文NAK。步驟107:節(jié)點(diǎn)&收到所有子節(jié)點(diǎn)C/^,，CWM'2，…，C/^,的應(yīng)答報(bào)文ACK后，向其所有子節(jié)點(diǎn)G"w,'，G"化，'"，<^^,發(fā)送釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文7^\^=(717^^^,//^)，其中，TYPE,表示報(bào)文類型為釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文，/Av,是節(jié)點(diǎn)Ni的節(jié)點(diǎn)編號。子節(jié)點(diǎn)CWM,收到釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文RNF后成為備用父節(jié)點(diǎn)JC《—5P③吣的子節(jié)點(diǎn)。優(yōu)化前是非葉節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)Ni則成為葉節(jié)點(diǎn)。由于^c《-^Aw^,為非葉節(jié)點(diǎn)且消息廣播發(fā)送，讓節(jié)點(diǎn)cw^做節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，并不增加BPi能量消耗。Ni節(jié)點(diǎn)變?yōu)槿~節(jié)點(diǎn)，降低了能耗。所以系統(tǒng)總能耗降低了。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由而言，有以下幾個特點(diǎn)(l)發(fā)送報(bào)文遠(yuǎn)比接收報(bào)文消耗能量，能耗正比于報(bào)文發(fā)送次數(shù)；(2)可以采用廣播的方式，將消息一次發(fā)給自己所有的子節(jié)點(diǎn)；(3)廣播報(bào)文和單播報(bào)文具有相同的能耗。對于每一個組播報(bào)文的轉(zhuǎn)，每個中間節(jié)點(diǎn)需要廣播一次報(bào)文，而葉節(jié)點(diǎn)只需要接收報(bào)文。因此，為了降低系統(tǒng)的總能耗，需要讓盡可能多的節(jié)點(diǎn)成為葉節(jié)點(diǎn)。如圖2所示，圖中非葉節(jié)點(diǎn)的數(shù)目比圖l減小了l個，當(dāng)有組播報(bào)文需要通過該網(wǎng)絡(luò)的時候，圖2所示的組播樹將比圖1中組播樹少轉(zhuǎn)發(fā)1次報(bào)文，從而減小了能耗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)由于長期工作能量過低時，為了防止節(jié)點(diǎn)過早的死亡，需要調(diào)整組播樹，使該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，或者僅接收組播報(bào)文。在本發(fā)明中，采用旁路休眠策略進(jìn)行能量均衡處理，對于網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)Nj，步驟如下步驟201:節(jié)點(diǎn)Nj發(fā)現(xiàn)自己能量低于預(yù)設(shè)的閾值時，向根節(jié)點(diǎn)TNode發(fā)送休眠請求報(bào)文^^=(^^卿，^\，^)，其中，TYPE，表示報(bào)文類型為休眠請求報(bào)文，/"w,為Nj的節(jié)點(diǎn)編號，ZA^"^w,為節(jié)點(diǎn)Nj的剩余能量值。步驟202:根節(jié)點(diǎn)TNode收到休眠請求報(bào)文SRQ后，廣播該條SRQ報(bào)文。對于組播樹中的任意一個節(jié)點(diǎn)K，節(jié)點(diǎn)&收到SRQ報(bào)文后(該報(bào)文來自根節(jié)點(diǎn)TNode的廣播，或者來自步驟202-2、步驟202-3和步驟202-4的廣播)，有如下處理子步驟步驟202-1:如果&就是節(jié)點(diǎn)Nj，則丟棄報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-2。步驟202-2:如果&為非葉節(jié)點(diǎn)，廣播該報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-3。步驟202-3:Ni為葉節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)Ni的剩余能量值i&,不大于SRQ報(bào)文中的丄&,，即i^w,，丟棄該報(bào)文；否則廣播該報(bào)文。轉(zhuǎn)步驟202-4。步驟202-4:如果&為Nj的子孫節(jié)點(diǎn)，且不是Nj的子節(jié)點(diǎn)，則廣播該報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-5。節(jié)點(diǎn)&為節(jié)點(diǎn)Nj的子孫節(jié)點(diǎn)是指，從根節(jié)點(diǎn)TNode到節(jié)點(diǎn)^的組播路徑中包含節(jié)點(diǎn)Nj。由于節(jié)點(diǎn)Nj不對SRQ轉(zhuǎn)發(fā)，所以該報(bào)文不可能通過組播得到。步驟202-5:如果&為Nj的子節(jié)點(diǎn)，則廣播該報(bào)文，并向Nj節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答報(bào)文ACK。步驟203:如果Nj收到所有子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答報(bào)文ACK，進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟204;否則節(jié)點(diǎn)&不能進(jìn)入休眠狀態(tài)而繼續(xù)工作。步驟204:Nj的子孫節(jié)點(diǎn)脫離了組播樹，重新申請加入組播樹。在本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)可能收到多個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的CRQ報(bào)文，此時只能向一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答報(bào)文。可以選擇通訊路徑最短且接收到CRQ報(bào)文時間最早的節(jié)點(diǎn)。通過使用以上方法，當(dāng)節(jié)點(diǎn)Nj進(jìn)入休眠狀態(tài)前，可以使Nj的每個子孫節(jié)點(diǎn)都能找到新的父節(jié)點(diǎn)，保證了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)蓋度。經(jīng)過旁路休眠策略調(diào)整后，組播樹的變化如圖2中虛線所示B2節(jié)點(diǎn)成為葉節(jié)點(diǎn)，D2節(jié)點(diǎn)(^Ai,)成為Nj節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，^節(jié)點(diǎn)成為D2節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。圖中可以看出葉節(jié)點(diǎn)的個數(shù)增加了，減少了報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，從而降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能耗。本發(fā)明中各個字母的物理意義為9<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，所述組播樹是指構(gòu)建好的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由的組播樹，其特征在于組播樹調(diào)整方法一方面使用增葉策略優(yōu)化組播樹，以減少組播過程的能耗；另一方面使用旁路休眠策略實(shí)現(xiàn)該組播樹中各節(jié)點(diǎn)的能耗均衡，延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的存活時間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，其特征在于增葉策略優(yōu)化組播樹包括有下列步驟步驟101:節(jié)點(diǎn)&檢查其備用父節(jié)點(diǎn)集ZS^,是否為空集合，如果不是，表示節(jié)點(diǎn)&存在備用父節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)K向它的父節(jié)點(diǎn)^,發(fā)送發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文^^=(717￡，，/&)，同時，如果節(jié)點(diǎn)&的任意子節(jié)點(diǎn)CWM,也會檢查CWM,的備用父節(jié)點(diǎn)集^^d,，如果不為空，節(jié)點(diǎn)K會向父節(jié)點(diǎn)」發(fā)送發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文，節(jié)點(diǎn)&會接收來自它的所有子節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文；步驟102:當(dāng)節(jié)點(diǎn)&收到它的任意子節(jié)點(diǎn)CWw"的發(fā)現(xiàn)備用父節(jié)點(diǎn)報(bào)文BPD后，在&的子節(jié)點(diǎn)集中標(biāo)記CWw"為可釋放狀態(tài)；步驟103:如果節(jié)點(diǎn)&的所有子節(jié)點(diǎn)CWMi，CWW;2,…，CWm,均處于可釋放狀態(tài)的，那么節(jié)點(diǎn)Ni向其所有子節(jié)點(diǎn)CW;v,,，CWW,2，…，C/々,發(fā)送釋放請求報(bào)文鯽《M朋。,/Av,);TYPE，表示報(bào)文類型為釋放請求報(bào)文；^\是&的節(jié)點(diǎn)編號，進(jìn)入等待釋放狀態(tài)；步驟104:子節(jié)點(diǎn)<^^^,,收到節(jié)點(diǎn)^的廣播釋放請求報(bào)文RRQ后，向其備用父B尸B尸5尸節(jié)點(diǎn)集ZSP中的所有備用父節(jié)點(diǎn)eW'v"'，eW2'^""'發(fā)送父請求報(bào)文，=(訓(xùn)復(fù)"叫)；TYPE，表示報(bào)文類型為父請求報(bào)文；^^7是節(jié)點(diǎn)。^,的節(jié)點(diǎn)編號；步驟105:對于節(jié)點(diǎn)CW^的任意備用父節(jié)點(diǎn)^a、，如果它并非自由節(jié)點(diǎn)且未處于等待釋放狀態(tài)，則向節(jié)點(diǎn)C/^s,回復(fù)應(yīng)答報(bào)文ACK;否則，向節(jié)點(diǎn)<^/^/,,回復(fù)否定回答報(bào)文脆1(;步驟106:如果子節(jié)點(diǎn)CWM,收到備用父節(jié)點(diǎn)^Aw^,發(fā)送的應(yīng)答報(bào)文ACK，則向父節(jié)點(diǎn)&發(fā)送應(yīng)答報(bào)文ACK，并將收到的第一個應(yīng)答報(bào)文ACK的發(fā)送備用父節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為^C《-^Pc'w^;如果節(jié)點(diǎn)CWw,收到的所有備用父節(jié)點(diǎn)的報(bào)文均為否定回答報(bào)文NAK，向&發(fā)送否定回答報(bào)文NAK;步驟107:節(jié)點(diǎn)&收到所有子節(jié)點(diǎn)CW^，C7《2，…，C/^,的應(yīng)答報(bào)文ACK后，向其所有子節(jié)點(diǎn)cw他,，c/《,2廣'，00送釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文及;\^=(717^，,/&)，子節(jié)點(diǎn)C/、,收到釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文RNF后成為備用父節(jié)點(diǎn)^^^-^Pcw,的子節(jié)點(diǎn)，從而完成了優(yōu)化前的非葉節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)Ni成為葉節(jié)點(diǎn)；TYPE,表示報(bào)文類型為釋放子節(jié)點(diǎn)報(bào)文；1Dw,是節(jié)點(diǎn)Ni的節(jié)點(diǎn)編號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，其特征在于采用旁路休眠策略進(jìn)行能量均衡處理包括有下列步驟步驟201:節(jié)點(diǎn)Nj發(fā)現(xiàn)自己能量低于預(yù)設(shè)的閾值時，向根節(jié)點(diǎn)TNode發(fā)送休眠請求報(bào)文卿=(汀,丄、)；TYPE，表示報(bào)文類型為休眠請求報(bào)文；^w,為Nj的節(jié)點(diǎn)編號；Z^w,A"wg)^為節(jié)點(diǎn)Ni的剩余能量值；步驟202:根節(jié)點(diǎn)TNode收到休眠請求報(bào)文SRQ后，廣播該條SRQ報(bào)文；對于組播樹中的任意一個節(jié)點(diǎn)K，節(jié)點(diǎn)&收到SRQ報(bào)文后有如下處理子步驟步驟202-1:如果&就是節(jié)點(diǎn)Nj，則丟棄報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-2;步驟202-2:如果&為非葉節(jié)點(diǎn)，廣播該報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-3;步驟202-3A為葉節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)&的剩余能量值ZJ^,不大于SRQ報(bào)文中的^^w,，即￡~，丟棄該報(bào)文；否則廣播該報(bào)文；轉(zhuǎn)步驟202-4;步驟202-4:如果Ni為Nj的子孫節(jié)點(diǎn)，且不是Nj的子節(jié)點(diǎn)，則廣播該報(bào)文；否則，轉(zhuǎn)步驟202-5;步驟202-5:如果&為Nj的子節(jié)點(diǎn)，則廣播該報(bào)文，并向Nj節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答報(bào)文ACK;步驟203:如果Nj收到所有子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答報(bào)文ACK，進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟204;否則節(jié)點(diǎn)Nj不能進(jìn)入休眠狀態(tài)而繼續(xù)工作；步驟204:Nj的子孫節(jié)點(diǎn)脫離了組播樹，重新申請加入組播樹。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，其特征在于對于網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)Ni，當(dāng)其需要加入一個組播樹時，則執(zhí)行如下處理步驟步驟001:設(shè)置節(jié)點(diǎn)&的子節(jié)點(diǎn)集ZCW^,和備用父節(jié)點(diǎn)集i^Pw,均為空集合；步驟002:節(jié)點(diǎn)Ni廣播父節(jié)點(diǎn)請求報(bào)文^2={7^五，，/^,};TYPE，表示報(bào)文類型為父節(jié)點(diǎn)請求報(bào)文；a)W,表示節(jié)點(diǎn)Ni的編號；步驟003:組播樹中的另一任意節(jié)點(diǎn)Nj收到i^g二(7T尸^^,/Z^,艮文后，向節(jié)點(diǎn)Ni發(fā)送子請求報(bào)文^^2^(nr^^，/z^);TYPE^表示報(bào)文的類型為子請求報(bào)文；^^,是節(jié)點(diǎn)Nj的編號。步驟004:節(jié)點(diǎn)&收到C/g二(7TP^^，/Z^)后，向節(jié)點(diǎn)Nj回復(fù)應(yīng)答ACK，并將&,設(shè)置為Nj，從而節(jié)點(diǎn)&成為節(jié)點(diǎn)Nj的子節(jié)點(diǎn)。全文摘要本發(fā)明公開了一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由的組播樹調(diào)整方法，該方法一方面通過增葉策略對組播樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在不影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性的情況下，增加組播樹中葉節(jié)點(diǎn)數(shù)目，從而減少報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能耗；另一方面采用旁路休眠策略進(jìn)行節(jié)點(diǎn)休眠定制，從而達(dá)到能量均衡。通過兩個策略有效的降低了組播路由的能耗，同時實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的能耗均衡。本發(fā)明的調(diào)整方法可以對通過任意策略構(gòu)建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由的組播樹進(jìn)行優(yōu)化。文檔編號H04W52/00GK101699903SQ20091023651公開日2010年4月28日申請日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者劉偉,熊璋,王奉坤,蒲菊華,路巖,陳佳申請人:北京航空航天大學(xué)