专利名称：一种基于dfm策略的组播树长寿命调整方法
技术领域：
本发明涉及一种组播路由方法，更特别地说，是指一种适用于无线传感器网络的基于DFM策略的组播树调整方法。
背景技术：
随着微传感器技术、微电子技术、无线通信技术以及计算技术的进步，极大地推动了集信息采集、处理、无线传输等功能于一体的无线传感器网络(wireless sensornetworks,WSN)的发展。无线传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下，获取大量详实而可靠的信息，因此传感器网络可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域，已经引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络对能耗的限制非常严格，而组播路由在资源节省、时延等方面有较好的优势，所以在无线传感器网络应用中还经常要求提供组播(multicast)技术的支持。从实际应用中传感器节点能量的消耗中可以看出，节点用于通信的能量开销要远远大于用于数据计算的能量开销。因此，组播在无线传感器网络“一对多”场景中的应用可以大幅减少传感器网络中的数据包的发送量，可以显著的节省节点能量的消耗，从而延长传感器节点的生命周期。另外组播路由在时效等方面也有较好的优势。组播路由转发数据的高效率可以有效降低网络能耗，从而进一步扩大无线传感器网络的应用领域。组播路由协议的作用是要寻找一个源节点和一组接收节点之间的一棵组播树，信息以并行方式沿这棵树的树枝发送到不同的接收节点，信息只需在树的分枝处进行复制转发，这样网络中需要传送的数据量最小。组播技术不仅减少了数据的重复发送，减轻了网络工作负载，而且也提高了网络带宽使用效率，对于提高数据到达率和延长网络整体工作时间有重要影响。现有的基于树的组播路由协议，如EMRS(efficientmulticast routing protocolfor wireless sensor networks)、 VLM2 (a very lightweight mobile multicastsystem for wireless sensor networks)和 DPTB (Dynamic proxy tree-based datadissemination schemes for wireless sensor networks)等，这些方法仅是考虑在一个组播任务的场景下，如何建立能量高效的组播树，但是没有考虑多任务并发的组播路由场景。在多个组播任务同时存在的场景中，当一个节点在多个组播树上时，该节点也称为共享节点；由于共享节点需要同时执行多个组播树的组播数据传输，所述共享节点的能量会被很快消耗掉，最终导致网络瘫痪。
发明内容
为了解决无线传感器网络中某些共享节点由于执行多任务，使得能量消耗过大导致的网络瘫痪问题，本发明提出一种具有长寿命的组播路由，即基于DFM策略的组播树长寿命调整方法。在具有共享节点的多个组播树中，本发明采用DFM策略进行共享节点的分离，使得多个组播树中的节点身份发生更替。利用DFM策略在组播树调整过程中，能够对无线传感器网络进行优化，对于已经存在的共享节点，为其子节点寻找备用父节点，尽可能地将该共享节点在多个组播树中进行剪枝，以减少其能量消耗过大造成的网络瘫痪。本发明方法通过DFM策略延长了无线传感器网络的工作时间，维持长寿命的组播数据传输，且使节点间的能耗均衡。本发明的一种基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，所述组播树中包括有根节点、叶节点和非叶节点；在多个组播树建立完成后，仍然存在一些共享节点；其对共享节点的分离包括有下列步骤:第一步骤: 依据占有组播树个数选取所需分离的共享节点，执行第二步骤；第二步骤:对所需分离的共享节点依据拥有子节点个数选取所需分离的参与组播树；采用DFM策略将所需分离的共享节点从所需分离的参与组播树中进行分离，完成长寿命的组播树调整。实现本发明的第一步骤的具体操作为:步骤101:选取无线传感器网络的共享节点集EB= (E11E2,-,EJ中的第一个共享节点E1，并记录下E1在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DE1，且2彡DE1彡k ;所述占有组播树个数是指任意一共享节点所拥有的组播树的数量，即共享节点是多少个组播树中的节点。步骤102:选取无线传感器网络的共享节点集EB = (E1, E2,…，Ee}中的第二个共享节点E2，并记录下E2在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DE2，且2彡DE2彡k ;步骤103:选取无线传感器网络的共享节点集EB = (E1, E2,…，Ee}中的任意一个共享节点E6，并记录下E6在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DEe，且2彡DEe彡k ;步骤104:依据步骤101、步骤102、步骤103得到的占有组播树个数的大小，并由大至小对共享节点集EB= {ΕρΕ2，…，EJ进行排序，得到排序后的共享节点，记为节点一组播序列‘VA7i = [/::,…,Λ:;,/;;,...];在=尽，…；!中排在最前面的共享节点的占有组播树个数为最大；步骤105:依次选择= _..，/: ..；!中占有组播树个数最大至最小的共享
节点，随后执行第二步骤。实现本发明的第二步骤的具体操作为:步骤201:共享节点EeE录下在无线传感器网络的组播树集TA= (T1, T2,-,Tj,…，TJ中的参与组播树，记为///芑；若参与组播树是组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中
的TjPTj，则17^分别记为ZTJ、LT^;,用集合表达为参与组播树集1垃={LJ^%LTf};所述参与组播树是指任意一共享节点在组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，TJ中拥有的组播树，即共享节点是哪些组播树中的节点。
步骤202:记录共享节点Ee在参与组播树集
权利要求
1.一种基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，所述组播树中包括有根节点、叶节点和非叶节点；在多个组播树建立完成后，仍然存在一些共享节点；其特征在于对共享节点的分离包括有下列步骤: 第一步骤:依据占有组播树个数选取所需分离的共享节点，执行第二步骤； 第二步骤:对所需分离的共享节点依据拥有子节点个数选取所需分离的参与组播树；采用DFM策略将所需分离的共享节点从所需分离的参与组播树中进行分离，完成长寿命的组播树调整。
2.根据权利要求1所述的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，其特征在于实现所述第一步骤的具体操作为: 步骤101:选取无线传感器网络的共享节点集EB = {Ei，E2，…，Ee}中的第一个共享节AE1，并记录下E1在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DE1，且2彡DE1彡k ; 所述占有组播树个数是指任意一共享节点所拥有的组播树的数量，即共享节点是多少个组播树中的节点。
步骤102:选取无线传感器网络的共享节点集EB = {Ei，E2，…，EJ中的第二个共享节点E2，并记录下E2在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DE2，且2≤DE2≤k ; 步骤103:选取无线传感器网络的共享节点集EB = {Ei，E2，…，EJ中的任意一个共享节点E6，并记录下E6在无线传感器网 络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的占有组播树个数，记为DEe,且2≤DEe≤k ; 步骤104:依据步骤101、步骤102、步骤103得到的占有组播树个数的大小，并由大至小对共享节点集EB = (E11E2,…，EJ进行排序，得到排序后的共享节点，记为节点一组播序 在Sm=[￡；,..., '…;!中排在最前面的共享节点的占有组播树个数为最大； 步骤105:依次选择.S7W 二 [/:；,..., /；；, IC1,…;!中占有组播树个数最大至最小的共享节点，随后执行第二步骤。
3.根据权利要求1所述的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，其特征在于实现所述第二步骤的具体操作为: 步骤201:共享节点EeE录下在无线传感器网络的组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tj中的参与组播树，记为LT為;若参与组播树是组播树集TA = IT1, T2,…，Tj,…，Tk}中的Tk和T」，则/与分别记为/Tf、LTTE;，用集合表达为参与组播树集/^ = [lTte；,LTj；}; 所述参与组播树是指任意一共享节点在组播树集TA = IT1, T2, - ,Tj,…，Tk}中拥有的组播树，即共享节点是哪些组播树中的节点。 步骤202:记录共享节点Ee在参与组播树集中的树上的子节点个数，记为CLTf，且CLJf > I;步骤203:记录共享节点Ee在参与组播树集
4.根据权利要求1所述的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，其特征在于DFM策略的具体处理为: 步骤301:共享节点E6记录在Tk组播树中的子节点集为
5.根据权利要求1所述的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，其特征在于:DFM策略利用报文收发来调整共享节点在多个组播树中的多个数据传输任务。
6.根据权利要求1所述的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，其特征在于:该方法使用DFM策略来分离组播树中已经存在的共享节点，实现各组播树中各节点的能耗均衡，延长整个无线传感器网络的存活时间。
全文摘要
本发明公开了一种基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，该方法首先依据占有组播树的个数对共享节点进行排序，然后对排序后的共享节点逐个从参与组播树中进行分离；在共享节点的分离过程中，依据子节点个数选择出参与组播树，在所选出的组播树中为共享节点的子节点寻找备用父节点，然后通过报文收发来执行DFM策略。本发明方法解决了在多个组播树建立完成后，仍然可能存在一些共享节点的情况下，使用DFM策略对共享节点进行分离，使尽可能多的共享节点转变为普通的只在一个组播树中的节点，从而延长了无线传感器网络的工作时间，维持长寿命的组播数据传输，且使节点间的能耗均衡。
文档编号H04L12/761GK103209133SQ20131010258
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者唐晓岚, 蒲菊华, 刘睿, 陈佳, 刘伟, 熊璋 申请人:北京航空航天大学深圳研究院