專利名稱：一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術領域，尤其涉及一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法。
背景技術：
一種傳統的無線網絡尋址方案是類似于TCP/IP協議的，基于網絡地址的尋址。 具體地說，當一個無線路由結點收到一個數據報時，會根據路由表進行向本網絡或其他網絡轉發。與有線的路由器轉發不同，由于無線信號的廣播特性，在輻射范圍內的所有其他無線結點都會在鏈路層對該信號進行處理，若廣播信號目的地址不是接收結點的網絡，則會造成一次無效的鏈路層數據幀的檢查。現有技術的特點是1.無線路由結點傳輸負擔重，能耗大。2.無線廣播尋址頻繁，信號沖突造成誤碼率高。3.數據源到數據終點的拓撲路徑較長，造成傳輸時延長。在樹狀拓撲的無線網絡中，本發明在不改變標準無線路由協議的基礎上，通過設計一種機制，該機制依據當前一段時間內的終端設備的數據傳輸量，動態地將無線終端設備與無線中繼路由器進行綁定，或調整無線中繼器結點的父子關系。降低了路由結點對終端設備的尋址跳數，從而提供了一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法，進而優化了該無線網絡的能源消耗，廣播信號沖突率。

發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法，該方法通過依據當前一段時間內的終端設備的數據傳輸量，動態地將無線終端設備與無線中繼路由器進行綁定，或調整無線中繼器結點的父子關系；降低了路由結點對終端設備的尋址跳數，從而優化了該無線網絡的能源消耗，廣播信號沖突率。將每個設備的傳輸數量定義為1單位數據，然后將設備視為葉子結點，按照 Huffman編碼方式組織網絡，Huffman樹內部結點視為無線路由結點；初始化之后，依照以下步驟更新算法流程Sl 某葉子結點收到1單位數據；S2:指針指向該葉子結點；S3 判斷該葉子結點的ID號在Block里是最小的嗎？若是則轉S4，否則本結點與 Block中ID最小的結點交換父結點指針與ID號，然后轉到S4 ；S4 增加本結點已傳輸量單位數據；S5 判斷本結點是根嗎？若是則停止，否則指針指向本結點的父結點，轉到S3。步驟Sl中結點13收到1單位數據后，由于與結點13處于同一個Block中的結點有{5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，所以結點13要與結點5交換，然后再增加一個計數單位。
步驟S2中的結點13顯然不是該樹的根，故需要考慮結點13的父結點1 ；由于結點1所處的Bolck為{1}，是Block里面ID最小的，故不需交換，直接計數加1。步驟S5中結點1仍然不是根，故需要考慮它的父結點O ；由于結點O所處的Block 為{0}，是Block里面ID最小的，故不需交換，直接計數加1。本發明技術方案帶來的有益效果網絡中，所有無線路由結點數據傳輸量之和降低，能耗降低。無線廣播尋址頻率(單位時間的廣播數)降低。數據源到數據終點的傳輸時延減少。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本發明的樹狀網絡拓撲圖；圖2是本發明中初始化樹狀網絡結構圖；圖3是本發明中網絡拓撲更新算法流程圖；圖4是本發明中在圖2的基礎上結點13收到1單位數據后的狀態圖；圖5是本發明中在圖4的基礎上結點13收到1單位數據后的狀態圖；圖6是本發明中圖5的基礎上結點13收到1單位數據后的狀態圖；圖7是本發明中圖6的基礎上結點13再收到1單位數據后的狀態圖；圖8是本發明中圖7的基礎上結點13與結點2交換后的狀態圖；圖9是本發明中圖8的基礎上結點0更新計數后的狀態圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在樹狀無線網絡中，根據當前一段時間無線終端設備的數據傳輸量，通過一種機制動態地將無線終端設備與無線路由結點進行綁定，在網絡有效工作的同時，達到最優化如下參數 網絡中，所有無線路由結點數據傳輸量之和降低，能耗降低。無線廣播尋址頻率(單位時間的廣播數)降低。數據源到數據終點的傳輸時延降低。在樹狀拓撲的無線網絡中，本發明在不改變標準無線路由協議的基礎上，通過設計一種機制，該機制依據當前一段時間內的終端設備的數據傳輸量，動態地將無線終端設備與無線中繼路由器進行綁定，或調整無線中繼器結點的父子關系。即，將數據傳輸量較大的設備與靠近根路由結點綁定，數據傳輸量小的設備與遠離根路由結點綁定，降低了路由結點對終端設備的尋址跳數，從而提供了一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法，進而優化了該無線網絡的能源消耗，廣播信號沖突率。下面對樹狀網絡拓撲進行解釋，并在此基礎上引入無線設備的樹狀網絡。樹(tree)是包含η(η>0)個結點的有窮集合K，且在K中定義了一個關系N，N滿足以下條件(1)有且僅有一個結點K0，他對于關系N來說沒有前驅，稱KO為樹的根結點。簡稱為根(root)。(2)除KO外，K中的每個結點，對于關系N來說有且僅有一個前驅。(3) K中各結點，對關系N來說可以有m個后繼(m>=0)。如圖1所示，該圖呈現了一個樹狀網絡，其中圓形的結點之下綁定了若干子結點， 存在子結點的結點，被稱為“內部結點”，其中最特殊的結點是表號為“0”的結點，它不存在向上的一條邊，被稱為根結點；其中方形的結點向下沒有綁定任何結點，不存在子結點的結點，被稱為“葉子結點”。在無線設備網絡中，通常存在一個根結點，即無線路由器，用以接收無線樹狀網絡之外的數據，并以無線電的方式，經過若干中繼路由器向目標設備轉發，或接收來自終端設備的數據，向該無線網絡之外的網絡轉發。因此，中繼路由器被認為是內部結點，無線終端被認為是葉子結點。以圖1為例，傳統的網絡尋址方式是當外部有數據要從結點(0)流向結點(15) 時，必須經過這樣的一系列路由器(路徑)0=>1=>4，最后到達15。當數據量比較大時，數據通過的傳輸路徑是不變的。若一個傳輸數據量較大的設備“不幸”地處于該樹狀網絡的最底層，則該傳輸路徑上的路由器將消耗大量資源。該傳統尋址方法是參照有線網絡的路由協議設計的，然而，在無線環境下，完全可以更靈活。下面給出問題的正式描述與假設。1)該網絡為樹狀網絡。2)數據從本網絡外部經過根結點與內部結點流向某個葉子結點，或從某個葉子結點經過根結點與內部結點流向外部網絡。3)在網絡拓撲穩定的時刻，數據從根結點流向葉子結點的路徑是唯一的，即數據是沿著網絡的邊流進或流出，反之亦然。4)設一定量的數據M，經根結點流向葉子結點經過內部結點(Rxl，Rx2, Rx3. . . Rxi)則其中每一個內部結點的開銷為Μ。5)若內部結點存在于若干條數據傳輸路徑上，則開銷累加。6)內部結點對應無線路由器，葉子結點對應無線終端。7)父結點連接子結點的邊對應上層路由器與下層路由器的關系。8)每個路由器最多只能向下分配N個地址，即帶N個子結點。9)網絡內兩兩結點能夠通過無線廣播通信，并交換相關信息。問當數據量動態變化時，如何重構樹狀網絡拓撲，使該網絡內部結點開銷之和最小。如圖2所示結點內部數字為該結點的已傳輸數據量，為子結點的已傳輸數據量之和。每個內部結點最多能附帶3個子結點，結點附近的數字為該結點的ID，設置方法是在同一層，自左向右增加；在不同層，自上而下增加；數據量相等的ID組成一個Block。圖2的當前情況是，每一個終端設備的數據已傳輸量都為1，共有11個終端設備， 5個路由設備。初始化網絡的方式是將每個設備的傳輸數量定義為lUnit，然后將設備視為葉子結點，按照Huffman編碼方式組織網絡，Huffman樹內部結點視為無線路由結點。初始化之后，依照網絡拓撲更新算法流程圖。本發明技術方案帶來的有益效果網絡中，所有無線路由結點數據傳輸量之和降低，能耗降低。無線廣播尋址頻率(單位時間的廣播數)降低。數據源到數據終點的傳輸時延降低。圖3為本發明中網絡拓撲更新算法流程圖，具體如下Sl 某葉子結點收到1單位數據；S2 指針指向該葉子結點；S3 判斷該葉子結點的ID號在Block里是最小的嗎？若是則轉S4，否則本結點與 Block中ID最小的結點交換父結點指針與ID號，然后轉到S4 ；S4 增加本結點已傳輸量單位數據；S5 判斷本結點是根嗎？若是則停止，否則指針指向本結點的父結點，轉到S3。以圖2為基礎，某時刻結點13收到1單位數據后，根據算法，由于與結點13處于同一個Block中的結點有{5,6, 7,8,9,10，11，12，13，14，15}，所以結點13要與結點5交換， 然后再增加一個計數單位。狀態如圖4所示。以圖4為基礎，由于此時的結點13顯然不是該樹的根，故需要考慮結點13的父結點1。由于結點1所處的Bolck為{1}，是Block里面ID最小的，故不需交換，直接計數加 1。如圖5所示。以圖5為基礎，結點1仍然不是根，故需要考慮它的父結點0，。由于結點0所處的 Block為{0}，是Block里面ID最小的，故不需交換，直接計數加1。如圖6所示。以圖6為基礎，結點13再收到一個單位數據后，經網絡調整后，狀態變為圖7。以圖7為基礎，結點13再收到一個數據后，網絡變化稍有不同。由于當前結點13 所屬的Block為{2，3,4,13}，結點13首先要與結點2交換，然后計數加1，此次交換有內部結點參與。結果如圖8所示。然后結點13的父結點也重復同樣的過程，最后結果如圖9所示。實踐中，該網絡每隔一段時間會恢復初始狀態(圖2)，再重復上述算法。以上對本發明實施例所提供的一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法，其特征在于，該方法通過依據當前一段時間內的終端設備的數據傳輸量，動態地將無線終端設備與無線中繼路由器進行綁定，或調整無線中繼器結點的父子關系；降低了路由結點對終端設備的尋址跳數，從而優化了該無線網絡的能源消耗，廣播信號沖突率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將每個設備的傳輸數量定義為1單位數據， 然后將設備視為葉子結點，按照Huffman編碼方式組織網絡，Huffman樹內部結點視為無線路由結點；初始化之后，依照以下步驟更新算法流程51某葉子結點收到1單位數據；52指針指向該葉子結點；S3:判斷該葉子結點的ID號在Block里是最小的嗎？若是則轉S4，否則本結點與 Block中ID最小的結點交換父結點指針與ID號，然后轉到S4 ；54增加本結點已傳輸量單位數據；55判斷本結點是根嗎？若是則停止，否則指針指向本結點的父結點，轉到S3。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟Sl中結點13收到1單位數據后， 由于與結點13處于同一個Block中的結點有{5,6,7,8,9,10，11，12，13，14，15}，所以結點 13要與結點5交換，然后再增加一個計數單位。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中的結點13顯然不是該樹的根，故需要考慮結點13的父結點1 ；由于結點1所處的Bolck為{1}，是Block里面ID最小的， 故不需交換，直接計數加1。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中結點1仍然不是根，故需要考慮它的父結點O ；由于結點O所處的Block為{0}，是Block里面ID最小的，故不需交換，直接計數加1。
全文摘要
本發明公開了一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法。該方法通過依據當前一段時間內的終端設備的數據傳輸量，動態地將無線終端設備與無線中繼路由器進行綁定，或調整無線中繼器結點的父子關系。降低了路由結點對終端設備的尋址跳數，從而提供了一種無線設備自適應樹狀網絡的路由方法，進而優化了該無線網絡的能源消耗，廣播信號沖突率。
文檔編號H04W40/18GK102281610SQ20111026301
公開日2011年12月14日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者林謀廣, 羅笑南, 陸文博 申請人:中山大學