[发明专利]一种负载平衡的CTP路由协议

说明书

技术领域

本发明涉及一种CTP路由协议，具体说是一种适用于无线传感器网络的基于数据传输的负载平衡的CTP路由协议（BCTP路由协议）。

背景技术

CTP路由协议是目前应用最广泛的TinyOS操作系统中的路由协议。其基本思想为：建立一棵汇聚树，将至少一个树根节点作为基站，当节点采集的的监测数据要传输到基站时，数据沿着收集树向上传输，当节点收到数据时，如该节点不是基站则将收到的数据转发给它的下一跳节点。当无线传感器网络中多于一个根节点时，就形成了一片森林，CTP路由协议通过选择父节点(即下一跳节点)隐式地使节点加入了其中一棵汇聚树中。该路由协议提供的是到根节点的尽力的多跳数据传输，具有保证传输可靠性的路由选择机制。CTP路由协议提供了几种提高传输可靠性的路由机制，但它仍然只是尽力传输，但其数据递送率不能保证100%。另外宽带相对有限的无线传感器网络系统不适合CTP协议，因为该路由协议在通信量相对较低的网络中比较高效。

CTP路由协议的数据包的传输方向是基于网络中节点间的链路质量为指标还判断的。这种链路质量的机制确保链路是自由的，但同时也导致了网络中某些父节点负担了过多的数据传输任务。也因此导致了这些父节点的电池电量很快消耗殆尽，从而使得整个网络的寿命变短。

另外CTP路由协议引入了ETX为路由梯度。网络中的节点的路由机制是根据当前具有最好的链路质量的邻居节点动态选择的。由CTP路有协议的链路质量评估机制和路由选择机制，我们可以发现网络中的节点是以链路代价来选择下一跳路由的。因此很难避免整个网络中的某些节点负载过多的数据转发任务。虽然CTP路由协议由探测拥塞的功能，但是它不可避免拥塞的产生，降低了整个无线传感器网络的数据收集的效率。

而且CTP也会导致网络的震荡，由于CTP路由协议的父节点选择是基于最由的的链路质量的路径所经过的父节点。当大量的节点选择该路径时，造成节点的拥塞，在此时节点就会选择次优的不拥塞的路径直到该路径拥塞。这样使得整个网络造成震荡。

为了解决CTP路由协议所存在的某些节点负载过大以及网络震荡的问题，有人提出了负载平衡的CTP路由协议。

文献1（Jing Zhao, Lei Wang, Wenlong Yue, Zhengquan Qin, Ming Zhu.Load Migrating for the Hot Spots in Wireless Sensor Networks using CTP.International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Networks.2011,167-174P）提出了针对CTP路由协议的热点节点的负载迁移的策略的改进。该文献以节点发送的数据总量为指标，以ETX以链路梯度。当某个节点发送的数据量超过某个阈值时，节点查询和父节点处于同一层次的邻居节点，选择发送数据量较少的节点作为其下一次路由的父节点。这个算法从一定程度上减少了节点不平衡的状态，但是该节点不能避免节点不平衡的现象只是把状态处于即将繁忙的状态时向该节点同一层次的其他节点进行分流。这个情况又会导致新的节点发送的数据流量过大，再次导致数据的分流。因此该算法只是解决了某些节点处于繁忙状态的节点丢包而其他节点处于空闲状态的问题，而不能避免该问题的产生。并且该算法会导致严重的网络震荡。

文献2（Yongjun Li,Hu Chen,Rongchuan He,Rong Xie,Shaocong Zou.ICTP: An Improved Data Collection Protocol Based On CTP.Wireless Communications and Signal Processing, 21-23 Oct. 2010）提出了负载平衡的CTP路由协议。该文献提出的路由协议不同于文献1提出的文献协议。文献1提出的负载迁移的CTP路由协议主要是针对负载较重的节点进行数据分流，从而使得节点的负载趋于平衡，但是又很容易导致其他的同层次的节点的负载增加，而该节点的负载减少又导致了新的负载不平衡。