一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法，实现信源节点通过汇聚树与汇聚节点的数据通信，信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包来发现距离其最近的汇聚树上的节点作为其接入点，物联网中的每一个节点在收到汇聚树加入请求包后，检查包中的汇聚应用标识，验证自己是否为该汇聚树中的一个节点，如果是，则检查自己的数据处理能力以及从父节点到汇聚节点沿途各节点的处理能力，如果满足需求，则向发出此请求包的信源节点发送响应包。本发明能够充分利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据发送到数据中心之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可以有效降低网络通信开销和系统建设成本，使数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小。
【专利说明】
-种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明设及物联网的技术领域，具体设及一种分布式构建物联网最小动态汇聚树 的系统及方法，根据数据的处理需求在物联网中选择适当的网络节点，使数据流通过运些 网络节点，得到所需的服务后，再被传送到目的地。
【背景技术】
[0002] 随着物联网概念的提出及相关技术的逐渐成熟，开发设计基于物联网的自动信息 采集分析系统已成为可能。例如，要跟踪某类商品在全国各地的销售情况，则可通过商品上 的射频识别(RFID)标签在全国各地的超市自动收集商品的销售情况，各超市自动收集的商 品销售信息通过Internet汇聚到数据处理中屯、。运类系统的设计主要设及到两个方面的技 术，一是末端信息采集技术，二是信息的传输汇聚技术。
[0003] 由于运类系统采集的数据量往往很大并且有大量冗余，因此将所有收集到的数据 都传输到汇聚中屯、后再集中处理将导致两大缺陷，一是集中处理大量数据对汇聚中屯、节点 的计算能力要求很高，使系统整体成本增大;二是传输大量冗余数据也会对整个网络的资 源造成不必要的浪费，进而影响整个系统的效率。因此，各采集点的数据在向汇聚节点传输 路径上所经过的网络节点，逐级进行过滤、汇总等处理不仅可W减少网络带宽需求，还可W 分散对最终汇聚节点的处理压力。
[0004] 物联网汇聚路由作为一种高效的数据传输汇聚方式，能够充分利用网络节点的本 地处理能力，在将原始数据发送到数据中屯、之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可 W有效降低网络通信开销和网络建设成本。
[0005] 物联网上有众多用户，其所产生的每一个数据流往往源和目的都不是唯一的。根 据数据流的源和目的个数的不同，将物联网的数据传输路由分为W下巧中：
[0006] (1)单播路由：源节点和目的节点都是唯一的，即原始数据由一个用户节点流入物 联网，在被单个或多个网络节点处理后，处理结果传送至另外的唯一用户节点。
[0007] (2)组播路由：源节点只有一个，目的节点却有多个，即原始数据由一个用户节点 流入物联网，网络节点处理数据并将处理结果转发给另外的多个网络节点或用户节点。
[0008] (3)汇聚路由：源节点有多个，目的节点只有一个，即原始数据由多个不同的客户 节点流入物联网，网络节点接收多路原始数据，处理合并后的结果转发给唯一一个后续网 络节点，后续网络节点再将它与其它数据进行进一步的合并处理后，转发给下一网络节点 继续进行合并处理，一直到最终的目的节点。
[0009] 在物联网汇聚路由中，数据源节点有多个，即多个数据采集节点，而目的节点只有 一个，即汇聚节点。原始数据由多个不同的客户节点流入物联网，网络节点接收多路原始数 据，处理合并后的结果转发给唯一一个后续网络节点，后续网络节点再将它与其它数据进 行进一步的合并处理后，转发给下一个网络节点继续进行合并处理，一直到最终的汇聚节 点。因此，物联网汇聚路由问题要解决的是如何在物联网中选取一定数量的网络节点并将 其组织成一棵汇聚树，使数据通过该树进行传输汇总所花费的代价最小。当然，汇聚树的构 造是需要满足每个网络节点处理能力约束的，即每个网络节点由于处理能力有限，只能汇 聚处理有限的几路数据，而不是任意多。
[0010] 现有技术从理论上给出了求解最小汇聚树问题的方法，但用于解决实际问题时还 存在许多问题:集中式算法的节点必须清楚整个网络的拓扑结构；实际的网络是动态变化 的，物联网中逻辑链路的传输成本会随着网络状况的变化而不断变化;最小汇聚树的权重 设置只考虑了单位数据传输成本，并没有考虑到数据汇聚传输中数据流量分布的不均衡 性，即越靠近汇聚节点的链路其传输的数据量越大。
【发明内容】
[0011] 为了解决上述技术问题，本发明一是提出了网络中间节点参与数据处理的机制， 利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据（信源节点）发送到数据中屯、（汇聚节点）之 前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理(分类、合并），有效降低网络通信开销和系统建设 成本;二是提出了一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统及方法，物联网汇聚路由 解决了在物联网中选取一定数量的网络节点并将其组织成一棵汇聚树，信源节点和汇聚节 点通过汇聚树相连接，实现信源节点与汇聚节点的数据通信，使数据通过汇聚树进行传输 所花费的代价最小。
[0012] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为:一种分布式动态构建物联网最小汇聚 树的系统，包括信源节点和汇聚树，所述信源节点和汇聚树相连接。
[0013] 所述信源节点包括数据采集单元、控制器、数据处理器、第一网络处理器、网络发 送器和网络接收器，数据采集单元和数据处理器相连接，控制器分别与数据处理器、第一网 络处理器相连接，第一网络处理器分别与网络发送器、网络接收器相连接。
[0014] 所述汇聚树包括至少Ξ个具有相同结构的汇聚节点，汇聚树包括汇聚节点I、汇聚 节点Π 和汇聚节点m，汇聚节点m分别与汇聚节点巧日汇聚节点Π 相连接，汇聚节点Π 与汇 聚节点I相连接;所述汇聚节点m是汇聚节点I或汇聚节点Π 的父节点，汇聚节点I或汇聚节 点Π 是汇聚节点m的子节点。
[0015] 所述汇聚节点包括数据接收器、数据发送器、数据融合单元、第二网络处理器、网 络处理单元和中继路由器，第二网络处理器分别与数据接收器、数据发送器、数据融合单 元、网络处理单元、中继路由器相连接。
[0016] 所述计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下：
[0017] 步骤一:给起始节点S标号(0,0)，并令To={s}，标号中的第二个数值表示从起始 节点S到该节点的最小传输代价P(s)=0,寻找从节点S发出的所有路径上的下一个节点，求 出节点巧岐些节点的传输代价与P(s)之和的最小值:"f ?[^(^；) + "\,}，其中0为从节点3出 发的所有路径上的任意一个节点，Wsj表示节点S到节点j路径的传输代价;对最小值所对应 的节点进行标号为T1;
[0018] 步骤二:探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的 P值与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2;
[0019]步骤直至峨不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始 节点S到各个节点的最短距离。
[0020] 所述汇聚树中的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构 信息主要包括：
[0021] 汇聚应用标识，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可由数据 汇聚点的地址及应用程序的传输层端口组成；
[0022] 父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输 方向的下一跳节点，父节点是唯一的；
[0023] 子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包 括子节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。
[0024] 所述信源节点加入汇聚树的过程步骤如下：
[0025] 步骤一:信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点 的最短路径代价?胃息；
[0026] 步骤二:信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇 聚树上的节点作为接入点；
[0027] 步骤物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传 输代价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包；
[0028] 步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标 识，验证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发 送响应包；
[0029] 步骤五:发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传 输代价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接 到请求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点， 沿途的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。
[0030] 所述信源节点的离开及汇聚树的维护方法为:任何节点通过发送化11〇消息确定 其父节点或子节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节 点发送退出消息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除；如果一 个子节点发现其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入 过程加入汇聚树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出 消息并退出汇聚树。
[0031] 每个节点都周期性地向其子节点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到 该标量后取该标量值与自己处理能力值的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有 自己的子节点。
[0032] 本发明解决了在物联网中选取一定数量的网络节点并将其组织成一棵汇聚树，提 出了汇聚树的具体构造方法及算法，使数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小。物联 网最小汇聚树路由作为一种高效的数据汇聚方式，能够充分利用网络节点的本地处理能 力，在将原始数据发送到数据中屯、之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可W有效降 低网络通信开销和系统建设成本。
【附图说明】
[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0034] 图1为本发明信源节点和汇聚树的原理框图。
[0035] 图2为本发明信源节点的原理框图。
[0036] 图3为本发明汇聚树的原理框图。
[0037] 图4为本发明汇聚节点的原理框图。
[0038] 图5为本发明信源节点加入汇聚树的过程流程图。
【具体实施方式】
[0039] 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付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。
[0040] -种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，如图1所示，包括信源节点10和汇 聚树20,所述信源节点10和汇聚树20相连接。信源节点10把需要传输的信息传输到汇聚树 20中去。
[0041] 如图2所示，信源节点10包括数据采集单元101、控制器102、数据处理器103、第一 网络处理器104、网络发送器105和网络接收器106,数据采集单元101和数据处理器103相连 接，控制器102分别与数据处理器103、第一网络处理器104相连接，第一网络处理器104分别 与网络发送器105、网络接收器106相连接。信源节点10使用数据采集单元101采集外界数 据，采集的数据送到数据处理器103进行一些如滤波、去除不可信数据等处理，控制器102控 制数据处理器103的数据处理，比如处理算法的选择、处理数据向第一网络处理器104的输 出等，第一网络处理器104负责网络协议找的处理，应用层的数据来自数据处理器103,受到 控制器102的控制，第一网络处理器104通过网络发送器105向外部网络发送信息，通过网络 接收器106接收外部网络发来的信息。
[0042] 汇聚树20包括至少Ξ个具有相同结构的汇聚节点，如图3所示，汇聚树20包括汇聚 节点1201、汇聚节点Π 202和汇聚节点虹203,汇聚节点虹203分别与汇聚节点1201和汇聚节 点Π 202相连接，汇聚节点Π 202与汇聚节点1201相连接;所述汇聚节点虹203是汇聚节点I 201或汇聚节点Π 202的父节点，汇聚节点1201或汇聚节点Π 202是汇聚节点ΙΠ 203的子节 点。
[0043] W汇聚节点1201为例，如图4所示，汇聚节点包括数据接收器2011、数据发送器 2012、数据融合单元2013、第二网络处理器2014、网络处理单元2015和中继路由器2016,第 二网络处理器2014分别与数据接收器2011、数据发送器2012、数据融合单元2013、网络处理 单元2015、中继路由器2016相连接。数据接收器2011用于从外部网络或者信源节点接收信 息，数据发送器2012用于向外部网络或者信源节点发送信息，数据融合单元2013用于识别 可W融合的数据版本，并完成数据的融合，第二网络处理器2014用于处理网络协议，并控制 数据接收器2011、数据发送器2012、数据融合单元2013、网络处理单元2015和中继路由器 2016的工作，网络处理单元2015用于网络的建立，包括汇聚树的产生、信源节点的加入和离 开、父节点和子节点列表信息的维护、最短路径或最小代价路径的计算等，中继路由器2016 负责建立下一跳的路由。
[0044] 物联网中的每个节点都参与数据的汇聚传输，并非仅仅是信源节点10,每个节点 都运行相关的数据汇聚传输协议，数据汇聚传输的发起既可W是信源节点10,也可W是汇 聚节点1201或汇聚节点Π 202或汇聚节点虹203,无论是哪一方发起，信源节点10、汇聚节点 1201、汇聚节点Π 202或汇聚节点虹203都首先要通过单播通信交换一些必要的参数，然后 信源节点10运行加入算法程序加入到汇聚树20中，并开始数据传输，数据通过最小汇聚树 进行传输汇总所花费的代价最小，传输代价是单位数据传输代价和传输数据量的乘积，汇 聚树满足每个网络节点处理能力约束。
[0045] 汇聚树的构造是需要满足每个网络节点处理能力约束的，即每个网络节点由于处 理能力有限，只能汇聚处理有限的几路数据，而不是任意多。该问题可抽象为如下的图论问 题。用图G=(V，E)表示物联网网络的逻辑拓扑结构，其中，V表示物联网网络节点的集合，E 表示物联网所有逻辑链路的集合。信息源节点集合5 C K的节点负责收集其所属客户机所 采集的信息，进行初步处理后周期性地通过物联网网络向汇聚节点tev发送。
[0046] 设边e(u，v)eE的起点为U，终点为V，其权w(e)定义为U向V传输的数据量w(u)，即W (e)=w(u)。每条边的单位数据传输代价记为c(e)，则边e(u，v)eE上的传输费用t(e)=w (e)X c(e)。
[0047] 设多路数据汇聚后的数据流率系数pe(〇，l)定义为汇聚后的数据流量与汇聚前 数据流量比值的平均值，贝U
[004引
[0049] 其中，Ei(u)表示Wu为终点的边的集合，邮〇表示节点U自己所属客户采集的数据 量。
[0050] 物联网的数据传输汇聚路由问题就是求图G的一棵子树T=(y/，E/ )，满足ter， 没仁F'eF，使
最小，且满足：
[005?]
' P(u)为节点U的最大数据处理能力。
[0052]综上，物联网的数据传输汇聚路由问题可W形式化描述为W下多约束的优化问 题：
[0057]其中，目标函数是数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小;上述第一个约束 条件表示汇聚节点U的数据处理能力约束;第二个约束条件表示汇聚节点U的上下游数据流 量的关系，P为数据流量变化系数。
[0058] 对图G中的汇聚节点t和信源节点集合S，按照如下步骤可求得信源节点集S到汇聚 节点t的最小汇聚树。
[0059] ①求出节点集合中各节点两两之间的最短路径；
[0060] ②将求得的各最短路径上的节点和边合并成图G的一个子图护；
[0061 ] ③求护的最小支撑树Τ，Τ即为所求最小汇聚树。
[0062] 计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下：
[0063] 步骤一:给起始节点S标号(0,0)，并令To={s}，标号中的第二个数值表示从起始 节点S到该节点的最小传输代价P(s)=0,寻找从节点S发出的所有路径上的下一个节点，求 出节点巧岐些节点的传输代价与？(3)之和的最小值:/"/^/"川+ 11'、,^1，其中，巧从节点3出 发的所有路径上的任意一个节点，Wsj表示节点S到节点j路径的传输代价;对最小值所对应 的节点进行标号为T1。
[0064] 汇聚节点首先给一个新的节点U进行标号，标号分为两部分，其中标号中的第二个 数值表示从起始节点S到该节点的最小传输代价P，第一个数值表示从起始节点到该节点的 最小传输代价路线上的前一个节点。用Mui)表示从节点S到U的最小传输代价路线上的前 一个节点的下标。用Ti表示进行到第i步时，已经被标号的节点的集合。
[0065] 步骤二:探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的 P值与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2。
[0066] 步骤Ξ:直到找不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始 节点S到各个节点的最短距离。
[0067] 物联网中的每个节点都可W参与数据的汇聚传输，并非仅仅是信源节点，因此每 个节点都应运行相关的数据汇聚传输协议。数据汇聚传输的发起既可W是信源节点，也可 W是汇聚节点，无论是哪一方发起，信源节点和汇聚节点都首先要通过单播通信交换一些 必要的参数，然后信源节点运行加入算法程序加入到汇聚树中，并开始数据传输。汇聚树中 的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构信息主要包括：
[0068] 汇聚应用标识(APID)，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可 由数据汇聚点的地址及应用程序的传输层端口组成；
[0069] 父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输 方向的下一跳节点，父节点是唯一的；
[0070] 子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包 括子节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。
[0071 ]如图5所示，信源节点加入汇聚树的过程步骤如下：
[0072] 步骤一:信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点 的最短路径代价?胃息。
[0073] 步骤二:信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇 聚树上的节点作为接入点。
[0074] 汇聚树加入请求包包括本节点地址、汇聚应用标识(APID)、W及传输代价限制等 信息。传输代价限制主要是为了限制广播包在物联网中的传播范围，其初值设为该信源节 点到汇聚节点的最短路径代价。
[0075] 步骤Ξ:物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传 输代价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包。
[0076] 步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标 识，验证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发 送响应包。
[0077] 汇聚节点检查包中的APID，验证自己是否为该汇聚树中的一个节点，如果不是，贝U 将传输代价限制减去一个值向除发送此包的其它物联网中的邻居转发此包，减去的值的大 小为本节点到转发此包给自己的上一跳节点的传输代价。
[0078] 当节点处理能力受限制时，要求在节点查找接入点的过程中，树中的节点在收到 接入请求后，不仅要检查距离限制，还要检查自己的数据处理能力W及从父节点到汇聚节 点沿途各节点的处理能力，如果各级节点的处理能力都满足需求，就发送响应包，否则不发 送并继续转发。汇聚节点的处理能力应设为无限，理论上它应该能处理所有信源节点通过 汇聚树发送给它的数据。由于汇聚节点的存在，并且汇聚节点处于传输代价限制范围之内， 因此，发送请求的汇聚节点至少能收到一个响应包。
[0079] 为了便于实时检查父节点及W上节点的处理能力，每个节点都周期性地向其子节 点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到该标量后取该标量值与自己处理能力值 的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有自己的子节点。
[0080] 步骤五:发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传 输代价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接 到请求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点， 沿途的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。
[0081] 信源节点的离开及汇聚树的维护方法为:任何节点通过发送化11〇消息确定其父 节点或子节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节点发 送退出消息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除;如果一个子 节点发现其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入过程 加入汇聚树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出消息 并退出汇聚树。
[0082] W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，包括信源节点（10)和 汇聚树(20 )，所述信源节点（10)和汇聚树(20)相连接。2. 根据权利要求1所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 信源节点（10)包括数据采集单元（101)、控制器（102)、数据处理器（103)、第一网络处理器 (104)、网络发送器（105)和网络接收器（106)，数据采集单元（101)和数据处理器（103)相连 接，控制器（102)分别与数据处理器（103)、第一网络处理器（104)相连接，第一网络处理器 (104)分别与网络发送器(105)、网络接收器(106)相连接。3. 根据权利要求1所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 汇聚树(20)包括至少三个具有相同结构的汇聚节点，汇聚树(20)包括汇聚节点1(201)、汇 聚节点Π (202)和汇聚节点ΙΠ (203)，汇聚节点ΙΠ (203)分别与汇聚节点I (201)和汇聚节点 Π (202)相连接，汇聚节点Π (202)与汇聚节点I (201)相连接;所述汇聚节点ΙΠ (203)是汇聚 节点I (201)或汇聚节点Π (202)的父节点，汇聚节点I (201)或汇聚节点Π (202)是汇聚节点 ΙΠ (203)的子节点。4. 根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 汇聚节点包括数据接收器(2011)、数据发送器(2012)、数据融合单元(2013)、第二网络处理 器(2014)、网络处理单元(2015)和中继路由器(2016)，第二网络处理器(2014)分别与数据 接收器(2011)、数据发送器(2012)、数据融合单元(2013)、网络处理单元(2015)、中继路由 器(2016)相连接。5. 根据权利要求3所述的分布式动态构建的物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所 述计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下： 步骤一:给起始节点s标号(0,0)，并令To= {s}，标号中的第二个数值表示从起始节点s 到该节点的最小传输代价P(s)=〇,寻找从节点s发出的所有路径上的下一个节点，求出节 点s到这些节点的传输代价与P(s)之和的最小值Η?/"{P+ }，其中，j为从节点s出发的 所有路径上的任意一个节点，表示节点s到节点j路径的传输代价;对最小值所对应的节 点进行标号为T1; 步骤二:探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的P值 与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2; 步骤三:直到找不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始节点 s到各个节点的最短距离。6. 根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 汇聚树中的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构信息主要包 括： 汇聚应用标识，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可由数据汇聚 点的地址及应用程序的传输层端口组成； 父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输方向 的下一跳节点，父节点是唯一的； 子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包括子 节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。7. 根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 信源节点加入汇聚树的过程步骤如下： 步骤一:信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点的最 短路径代价信息； 步骤二:信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇聚树 上的节点作为接入点； 步骤三:物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传输代 价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包； 步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标识，验 证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发送响 应包； 步骤五:发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传输代 价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接到请 求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点，沿途 的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。8. 根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述 信源节点的离开及汇聚树的维护方法为:任何节点通过发送Hello消息确定其父节点或子 节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节点发送退出消 息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除；如果一个子节点发现 其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入过程加入汇聚 树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出消息并退出汇 聚树。9. 根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，每个 节点都周期性地向其子节点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到该标量后取该 标量值与自己处理能力值的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有自己的子节 点。
【文档编号】H04L12/733GK106059861SQ201610592773
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610592773.2, CN 106059861 A, CN 106059861A, CN 201610592773, CN-A-106059861, CN106059861 A, CN106059861A, CN201610592773, CN201610592773.2
【发明人】徐其兴, 陈朝阳, 詹自熬, 雷万忠, 胡耀东, 闫絮
【申请人】河南工程学院