CN102281610A - 一种无线设备自适应树状网络的路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线设备自适应树状网络的路由方法。该方法通过依据当前一段时间内的终端设备的数据传输量，动态地将无线终端设备与无线中继路由器进行绑定，或调整无线中继器结点的父子关系。降低了路由结点对终端设备的寻址跳数，从而提供了一种无线设备自适应树状网络的路由方法，进而优化了该无线网络的能源消耗，广播信号冲突率。
Description
技术领域
本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种无线设备自适应树状网络的路由方法。
背景技术
一种传统的无线网络寻址方案是：类似于TCP/IP协议的，基于网络地址的寻址。具体地说，当一个无线路由结点收到一个数据报时，会根据路由表进行向本网络或其他网络转发。与有线的路由器转发不同，由于无线信号的广播特性，在辐射范围内的所有其他无线结点都会在链路层对该信号进行处理，若广播信号目的地址不是接收结点的网络，则会造成一次无效的链路层数据帧的检查。
现有技术的特点是：
1.无线路由结点传输负担重，能耗大。
2.无线广播寻址频繁，信号冲突造成误码率高。
3.数据源到数据终点的拓扑路径较长，造成传输时延长。
在树状拓扑的无线网络中，本发明在不改变标准无线路由协议的基础上，通过设计一种机制，该机制依据当前一段时间内的终端设备的数据传输量，动态地将无线终端设备与无线中继路由器进行绑定，或调整无线中继器结点的父子关系。降低了路由结点对终端设备的寻址跳数，从而提供了一种无线设备自适应树状网络的路由方法，进而优化了该无线网络的能源消耗，广播信号冲突率。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种无线设备自适应树状网络的路由方法，该方法通过依据当前一段时间内的终端设备的数据传输量，动态地将无线终端设备与无线中继路由器进行绑定，或调整无线中继器结点的父子关系；降低了路由结点对终端设备的寻址跳数，从而优化了该无线网络的能源消耗，广播信号冲突率。
将每个设备的传输数量定义为1单位数据，然后将设备视为叶子结点，按照Huffman编码方式组织网络，Huffman树内部结点视为无线路由结点；初始化之后，依照以下步骤更新算法流程：
S1：某叶子结点收到1单位数据；
S2：指针指向该叶子结点；
S3：判断该叶子结点的ID号在Block里是最小的吗？若是则转S4，否则本结点与Block中ID最小的结点交换父结点指针与ID号，然后转到S4；
S4：增加本结点已传输量单位数据；
S5：判断本结点是根吗？若是则停止，否则指针指向本结点的父结点，转到S3。
步骤S1中结点13收到1单位数据后，由于与结点13处于同一个Block中的结点有{5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，所以结点13要与结点5交换，然后再增加一个计数单位。
步骤S2中的结点13显然不是该树的根，故需要考虑结点13的父结点1；由于结点1所处的Bolck为：{1}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。
步骤S5中结点1仍然不是根，故需要考虑它的父结点0；由于结点0所处的Block为：{0}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。
本发明技术方案带来的有益效果：网络中，所有无线路由结点数据传输量之和降低，能耗降低。无线广播寻址频率(单位时间的广播数)降低。数据源到数据终点的传输时延减少。
附图说明
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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的树状网络拓扑图；
图2是本发明中初始化树状网络结构图；
图3是本发明中网络拓扑更新算法流程图；
图4是本发明中在图2的基础上结点13收到1单位数据后的状态图；
图5是本发明中在图4的基础上结点13收到1单位数据后的状态图；
图6是本发明中图5的基础上结点13收到1单位数据后的状态图；
图7是本发明中图6的基础上结点13再收到1单位数据后的状态图；
图8是本发明中图7的基础上结点13与结点2交换后的状态图；
图9是本发明中图8的基础上结点0更新计数后的状态图。
具体实施方式
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作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。
在树状无线网络中，根据当前一段时间无线终端设备的数据传输量，通过一种机制动态地将无线终端设备与无线路由结点进行绑定，在网络有效工作的同时，达到最优化如下参数：
网络中，所有无线路由结点数据传输量之和降低，能耗降低。
无线广播寻址频率(单位时间的广播数)降低。
数据源到数据终点的传输时延降低。
在树状拓扑的无线网络中，本发明在不改变标准无线路由协议的基础上，通过设计一种机制，该机制依据当前一段时间内的终端设备的数据传输量，动态地将无线终端设备与无线中继路由器进行绑定，或调整无线中继器结点的父子关系。即，将数据传输量较大的设备与靠近根路由结点绑定，数据传输量小的设备与远离根路由结点绑定，降低了路由结点对终端设备的寻址跳数，从而提供了一种无线设备自适应树状网络的路由方法，进而优化了该无线网络的能源消耗，广播信号冲突率。
下面对树状网络拓扑进行解释，并在此基础上引入无线设备的树状网络。
树(tree)是包含n(n＞0)个结点的有穷集合K，且在K中定义了一个关系N，N满足以下条件：
(1)有且仅有一个结点K0，他对于关系N来说没有前驱，称K0为树的根结点。简称为根(root)。
(2)除K0外，K中的每个结点，对于关系N来说有且仅有一个前驱。
(3)K中各结点，对关系N来说可以有m个后继(m＞＝0)。
如图1所示，该图呈现了一个树状网络，其中圆形的结点之下绑定了若干子结点，存在子结点的结点，被称为“内部结点”，其中最特殊的结点是表号为“0”的结点，它不存在向上的一条边，被称为根结点；其中方形的结点向下没有绑定任何结点，不存在子结点的结点，被称为“叶子结点”。
在无线设备网络中，通常存在一个根结点，即无线路由器，用以接收无线树状网络之外的数据，并以无线电的方式，经过若干中继路由器向目标设备转发，或接收来自终端设备的数据，向该无线网络之外的网络转发。因此，中继路由器被认为是内部结点，无线终端被认为是叶子结点。
以图1为例，传统的网络寻址方式是：当外部有数据要从结点(0)流向结点(15)时，必须经过这样的一系列路由器(路径)：0＝＞1＝＞4，最后到达15。当数据量比较大时，数据通过的传输路径是不变的。若一个传输数据量较大的设备“不幸”地处于该树状网络的最底层，则该传输路径上的路由器将消耗大量资源。
该传统寻址方法是参照有线网络的路由协议设计的，然而，在无线环境下，完全可以更灵活。下面给出问题的正式描述与假设。
1)该网络为树状网络。
2)数据从本网络外部经过根结点与内部结点流向某个叶子结点，或从某个叶子结点经过根结点与内部结点流向外部网络。
3)在网络拓扑稳定的时刻，数据从根结点流向叶子结点的路径是唯一的，即数据是沿着网络的边流进或流出，反之亦然。
4)设一定量的数据M，经根结点流向叶子结点经过内部结点(Rx1，Rx2，Rx3...Rxi)
则其中每一个内部结点的开销为M。
5)若内部结点存在于若干条数据传输路径上，则开销累加。
6)内部结点对应无线路由器，叶子结点对应无线终端。
7)父结点连接子结点的边对应上层路由器与下层路由器的关系。
8)每个路由器最多只能向下分配N个地址，即带N个子结点。
9)网络内两两结点能够通过无线广播通信，并交换相关信息。
问：当数据量动态变化时，如何重构树状网络拓扑，使该网络内部结点开销之和最小。
如图2所示：结点内部数字为该结点的已传输数据量，为子结点的已传输数据量之和。每个内部结点最多能附带3个子结点，结点附近的数字为该结点的ID，设置方法是：在同一层，自左向右增加；在不同层，自上而下增加；数据量相等的ID组成一个Block。
图2的当前情况是，每一个终端设备的数据已传输量都为1，共有11个终端设备，5个路由设备。
初始化网络的方式是：将每个设备的传输数量定义为1Unit，然后将设备视为叶子结点，按照Huffman编码方式组织网络，Huffman树内部结点视为无线路由结点。初始化之后，依照网络拓扑更新算法流程图。
本发明技术方案带来的有益效果：
网络中，所有无线路由结点数据传输量之和降低，能耗降低。
无线广播寻址频率(单位时间的广播数)降低。
数据源到数据终点的传输时延降低。
图3为本发明中网络拓扑更新算法流程图，具体如下：
S1：某叶子结点收到1单位数据；
S2：指针指向该叶子结点；
S3：判断该叶子结点的ID号在Block里是最小的吗？若是则转S4，否则本结点与Block中ID最小的结点交换父结点指针与ID号，然后转到S4；
S4：增加本结点已传输量单位数据；
S5：判断本结点是根吗？若是则停止，否则指针指向本结点的父结点，转到S3。
以图2为基础，某时刻结点13收到1单位数据后，根据算法，由于与结点13处于同一个Block中的结点有{5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，所以结点13要与结点5交换，然后再增加一个计数单位。状态如图4所示。
以图4为基础，由于此时的结点13显然不是该树的根，故需要考虑结点13的父结点1。由于结点1所处的Bolck为：{1}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。如图5所示。
以图5为基础，结点1仍然不是根，故需要考虑它的父结点0，。由于结点0所处的Block为：{0}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。如图6所示。
以图6为基础，结点13再收到一个单位数据后，经网络调整后，状态变为图7。
以图7为基础，结点13再收到一个数据后，网络变化稍有不同。由于当前结点13所属的Block为{2，3，4，13}，结点13首先要与结点2交换，然后计数加1，此次交换有内部结点参与。结果如图8所示。
然后结点13的父结点也重复同样的过程，最后结果如图9所示。
实践中，该网络每隔一段时间会恢复初始状态(图2)，再重复上述算法。
以上对本发明实施例所提供的一种无线设备自适应树状网络的路由方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种无线设备自适应树状网络的路由方法，其特征在于，该方法通过依据当前一段时间内的终端设备的数据传输量，动态地将无线终端设备与无线中继路由器进行绑定，或调整无线中继器结点的父子关系；降低了路由结点对终端设备的寻址跳数，从而优化了该无线网络的能源消耗，广播信号冲突率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个设备的传输数量定义为1单位数据，然后将设备视为叶子结点，按照Huffman编码方式组织网络，Huffman树内部结点视为无线路由结点；初始化之后，依照以下步骤更新算法流程：
S1：某叶子结点收到1单位数据；
S2：指针指向该叶子结点；
S3：判断该叶子结点的ID号在Block里是最小的吗？若是则转S4，否则本结点与Block中ID最小的结点交换父结点指针与ID号，然后转到S4；
S4：增加本结点已传输量单位数据；
S5：判断本结点是根吗？若是则停止，否则指针指向本结点的父结点，转到S3。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1中结点13收到1单位数据后，由于与结点13处于同一个Block中的结点有{5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，所以结点13要与结点5交换，然后再增加一个计数单位。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中的结点13显然不是该树的根，故需要考虑结点13的父结点1；由于结点1所处的Bolck为：{1}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中结点1仍然不是根，故需要考虑它的父结点0；由于结点0所处的Block为：{0}，是Block里面ID最小的，故不需交换，直接计数加1。
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