[发明专利]一种基于DFM策略的组播树长寿命调整方法

说明书

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 sensor networks，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（efficient multicast routing protocol for wireless sensor networks）、VLM2（a very lightweight mobile multicast system for wireless sensor networks）和DPTB（Dynamic proxy tree-based data dissemination 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＝{E₁,E₂,…,E_e}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＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的占有组播树个数，记为DE₁，且2≤DE₁≤k；