CN102651710B - 用于在网络中确定路由的方法和建立路由的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在网络中确定从节点到给定汇聚节点的最优路由的方法和系统。汇聚节点定期发射包含新近度标记的路由信息。该新近度标记定期更新。路由信息由网络中的多个节点接收。每个接收路由信息的节点比较该路由信息中包含的新近度标记与该节点中存储的新近度标记，以确定所接收的路由信息是否比所存储的路由信息更新近。根据该比较来确定通向汇聚节点的最优路由。每个节点还根据所存储的路由信息定期地向其它节点发射路由信息。

Description

用于在网络中确定路由的方法和建立路由的系统

技术领域

本发明涉及在网络中路由信息的方法和系统。

背景技术

路由协议定义了路由器如何传播信息给其它路由器，以便针对任意路由器确定从它自己到一定数量目的地或网络中的汇点(sink)的路由。当节点发送消息给目的地节点时，该信息通常穿越从该节点到目的地节点之间的路由，其中穿过一个或多个中间节点。每个中间节点通常保持一个表，该表包含：(a)目的地节点；和(b)若该中间节点接收了目的地为目的地节点的消息时，该中间节点将要向其发送该消息的相邻节点。

为了确定下一相邻节点应该是什么，一些传统路由协议需要每个节点保持对网络拓扑和/或穿过该相邻节点的路由质量(例如，到目的地节点的中继点的数量、链路质量等)的一些度量分类(sort of metric)的追踪。

发明内容

本发明实施例的一个方面提供一种用于确定节点和汇聚节点(sink node)之间的最佳路由(optimal route)的方法，所述方法包括：

在周期性间隔从汇聚节点发送路由信息，所述路由信息包括新近度(recency)标记并允许对所述汇聚节点的标识；

在周期性间隔从多个节点中的每个节点发送路由信息，所述路由信息基于所述多个节点中每个节点存储的路由信息；

在能够接收路由信息的任意节点重复地接收路由信息；

在每个接收路由信息的节点确定所接收的路由信息是否比所述节点存储的路由信息更新近(recent)；以及

若节点所接收的路由信息比所述存储的路由信息更新近，那么在所述节点存储所接收的路由信息。

存储在每个节点的路由信息用于指示到网络的一个或多个汇聚节点的最佳路由。

本发明实施例的另一方面提供一种在网络中建立路由的系统，所述系统包括：

多个节点，每个节点包括：

节点存储器；以及

节点处理器，所述节点处理器配置用于：

在周期性间隔发送路由信息，所述路由信息基于所述节点存储器中存储的信息；

接收路由信息；

确定所接收的路由信息是否比所述节点存储的路由信息更新近(recent)；以及

若所接收的路由信息比所述存储的路由信息更新近，那么在所述节点存储器中存储所接收的路由信息；

其中所述节点中至少一个节点是汇聚节点，所述汇聚节点的处理器还配置用于：

在周期性间隔发送路由信息，所述路由信息包括新近度标记并允许对所述汇聚节点的标识。

附图说明

为了更好地理解本发明以及更清楚地展示它们是如何实施的，下面将仅仅以示例方式给出参考附图，这些附图展示了至少一个示范实施例，其中：

图1是示例网络拓扑布局的示意图；

图2是在网络中确定路由的方法的步骤流程图；

图3A是在示例网络拓扑中从汇聚节点向非汇聚节点路由的包含竞赛号码(racenumbers)的信息的时序流的示意图；

图3B是在图3A所示状态后的一个周期性间隔从汇聚节点向非汇聚节点路由包含竞赛号码(race numbers)的信息的时序流的示意图；

图3C是包含非汇聚节点中存储的路由信息的示例路由表的示意图；

图3D是在新的更快的路由可用时，示例网络拓扑中从汇聚节点向非汇聚节点路由的包含竞赛号码(race numbers)的信息的时序流的示意图；

图4A是在示例网络拓扑中从汇聚节点向非汇聚节点路由的包含竞赛号码(racenumbers)的信息的时序流的示意图，在该示例网络拓扑中，相邻节点之间的链路恰巧失效；

图4B是在示例网络拓扑中从汇聚节点向非汇聚节点路由的包含竞赛号码(racenumbers)的信息的时序流的示意图，在该示例网络拓扑中，失效链路的相邻节点更新自己的路由；

图5A是从竞赛号码值范围为0-3的一个示例汇聚节点的角度来说竞赛号码的时序流的示意图；

图5B是在示例网络中从汇聚节点向非汇聚节点路由包含竞赛号码(racenumbers)的信息的时序流的示意图，在该网络中，一个非汇聚节点正从其相邻节点接收路由信息，这将导致竞赛号码的不确定性(ambiguity)；

图5C是从一个示例非汇聚节点的角度来说竞赛号码的时序流的示意图，显示了它从相邻节点接收接收的路由信息中包含的竞赛号码的不确定性；

图6A是经由包含4个节点的网络的路由信息中包含的竞赛号码的传播的示意图；

图6B是经由包含5个节点的网络的路由信息中包含的竞赛号码的传播的示意图；

图7是示例性实施例中从一个汇聚节点的角度来说竞赛号码的重复的示意图；

图8是通过网络拓扑路由信息的时间和流程的示意图，该网络拓扑中节点不同步；

图9是用于确定不同长度路由的等待时间的概率的二项式分布计算的结果的表格图；

图10是在示例网络拓扑中竞赛号码为1比特的实施例中竞赛号码的重复的示意图；

图11A是显示用于传输的示例汇总路由信息的示意图；

图11B是汇聚节点分组的网络拓扑的示意图；以及

图11C是时序分组的路由消息的示意图。

具体实施方式

应当明白，阐述各种具体细节是为了提供对本发明的深入理解。但是，本领域普通技术人员应当理解，本发明在实现时可以不具备这些具体细节。在其它情况下，没有详细描述一些已知方法、步骤和组件，以避免模糊本发明。另外，该具体实施例部分在任何情况下都不认为是本发明范围的限制，而是仅仅用于描述本发明各种实施例的实施。

本文所描述的系统和方法的实施例可以在硬件或软件或其组合中实施。但是，这些实施例最好在计算机程序中实施，这些计算机程序在可编程计算机上执行，这些可编程计算机分别包括至少一个处理器和数据存储系统(包括易失和非易失存储器和/或存储单元)。例如且非限制地，可编程计算机可以是任意包含一个或多个计算设备的设备，这些计算设备可以是微处理器或微控制器、个人计算机、手提、个人数字助理以及蜂窝电话等形式。在一些实施例中，计算机可以包括专用传感器单元，下面会详细描述这种设备。

参见图1，示出了一种示例网络布局。在该示例实施例中，网络布局可以是传感器网络的布局，一般如100所示。可能存在一个或多个汇聚节点102和一个或多个传感器节点104。每个汇聚节点102可以用于接收从传感器节点104发送的数据。从给定传感器节点104发送的数据可以经由一个或多个其他传感器节点104或甚至汇聚节点102来进行路由。应当理解，除了用作“路由”节点以外，传感器节点104还可以用作用于采集数据的数据采集节点(data gathering node)。数据采集仅仅用作示例。除了执行用作“路由”节点的重要任务并路由数据以外，网络的节点还可以执行任意其他功能。应当理解，汇聚节点也执行路由数据的任务。

应当理解，尽管上述实施例是参考传感器网络进行描述的，但是实施例还可以应用于非传感器网络拓扑。例如，实施例可以应用于经由路由器进行路由的数据，上述路由器可以用于因特网或其他适当连接的设备，以便路由在汇聚节点间进行传送的信息。

在一些实施例中，汇聚节点102可以比非汇聚节点104具有更多的处理功率和更大的容量。汇聚节点还可以通过物理网络或通过无线网络可操作地连接或由其他连接连接到其他设备，通过上述其他连接，可以转播(relay)从非汇聚节点104接收的消息。在一个实施例中，汇聚节点102可以替代地包含更大的存储设备以存储从非汇聚节点104接收的数据，从而仅仅周期性地如此向与传感器网络不相关的设备或媒介转播从非汇聚节点104采集的数据。这种转播可以通过与网络的周期性连接来执行，和/或经由周期性物理保养通过物理下载数据来执行。

网络中的每个节点可以用于从数据所处的物理环境中采集数据。例如，节点可以部署在物理环境(例如，森林)中，以便采集有关气象现象(例如降雨量)的环境数据。节点通常可以包含收发器，用于发射这些数据内容给汇聚节点102，并用于路由从其它非汇聚节点104或甚至从汇聚节点102到汇聚节点102的信息。

非汇聚节点104通常在处理功率和存储器数量这两方面都具有有限的计算资源。另外，由于其电源的限制，任何节点都必须满足苛刻的低功耗要求，上述电源包括但不限于利用化学反应的电子电源、太阳能电池、电容性电子存储器、压电电源、利用磁电感应的电源及其组合。

可以在不便升级、替换或补充运行中所使用的或节点的运行所消耗的任何部件或资源的情况下放置或按上述方式部署任何节点。例如，例如，它们可以嵌入建筑物中的水泥墙后，或随机部署在森林中从而使它们难以被物理定位。因此，对节点来说，采用需要最小计算(处理和存储)和电池资源的路由信息的方法是有优势的。可以通过减少路线计算所需要的数据量从而减少每个节点存储的数据量来达到这一目的，和/或通过减少路由信息的大小使得收发器的工作时间减少(即具有最小化功率要求的效果)来达到这一目的。另外，在各种实施例中，还可以通过不使用计算复杂度大于线性计算复杂度的路由协议来达到这一目的。

回到图1，连接两个节点的线路表示两个相邻节点之间的连接或链路101。一些实施例中，两个相邻节点可以由导线连接在一起。其它实施例中，在无线网络中，相邻节点是位于相互范围内的节点，使得每个相邻节点能够接收其它相邻节点发射的数据。

节点的互连导致一些节点在尝试向给定汇聚节点发射数据时可以选择多条路由。回到图1，例如，非汇聚节点106具有三个可以与之发送并接收数据的相邻节点。这些相邻节点中的两个在通向汇聚节点102的路上。第三个相邻节点是非汇聚节点108，它只通过节点106连接汇聚节点102。应当理解，非汇聚节点108是从节点106向汇聚节点路由数据的最坏选择。其它相邻节点其中之一位于通向汇聚节点的路由上，该路由由4个非汇聚节点构成。第三个相邻节点位于由两个非汇聚节点构成的路由上。通常，最短的路由是最快的路由。但是，本领域普通技术人员应当理解，包含最少非汇聚节点的路由并不一定总是最快的路由。例如，由两个汇聚节点构成的路由上的链路可能有时会失效，导致有时通过更长的路由路由数据反而更快。因此，仅仅通过计算路由上节点的数量来评估路由的速度常常并不恰当。本发明的目的就是描述一种节点用来在网络中确定从该节点到给定汇聚节点的最快路由的方法，尤其是网络拓扑可能动态变化的网络。

参见图2，示出了本发明用于在网络中确定路由的方法20的步骤流程图。在步骤21，每个汇聚节点102在周期性间隔发送路由信息。该路由信息可以由节点用来确定从该节点到该汇聚节点的最快路由。一个实施例中，向所有相邻节点广播路由信息。路由信息可以包括汇聚节点标识，用于标识汇聚节点。当不包含汇聚节点标识时，路由信息按照可以标识该汇聚节点的方式构造。路由信息还可以包括新近度标记。当比较所接收的路由信息和所存储的路由信息时，节点可以使用该指示来确定所接收的路由信息是否比所存储的路由信息更新近。一个实施例中，该指示是竞赛号码。该新近度标记还可以按照其它方式实施，例如时间戳。

在步骤23，每个汇聚节点通过改变路由信息中包含的新近度标记来更新它将在随后的每个周期性间隔发送的路由信息。进行这种更新来表示一个周期内发送的路由信息比以前周期中发送的路由信息更新近。

在步骤25，每个节点在周期性间隔发送路由信息。一个实施例中，向所有相邻节点广播路由信息。因此，当每个汇聚节点正在周期性间隔发送路由信息时，网络的每个其它节点，包括每个其它汇聚节点，也在周期性间隔发送自己的路由信息。节点发送的路由信息基于在发送该路由信息的时刻该节点所存储的存储路由信息。该路由信息可以包括一个或多个汇聚节点标识和一个或多个新近度标记，汇聚节点标识用于标识一个或多个汇聚节点，每个指示对应于路由信息中标识的一个汇聚节点。若不包含汇聚节点标识，路由信息按照可以标识该汇聚节点的方式构造。

由于汇聚节点还路由数据，每个汇聚节点还执行步骤25，其中，在周期性间隔发送路由信息，且其中节点发送的路由信息基于在发送该路由信息的时刻该节点所存储的存储路由信息。同样地，该路由信息可以包括一个或多个汇聚节点标识和一个或多个新近度标记，汇聚节点标识用于标识一个或多个汇聚节点，每个指示对应于路由信息中标识的一个汇聚节点。另外，若不包含汇聚节点标识，路由信息按照可以标识该汇聚节点的方式构造。步骤25的路由信息的发送可以包括步骤24的路由信息的发送。

但是，每个非汇聚节点通常发送与它所存储的路由信息相同的路由信息，每个汇聚节点的不同在于它在步骤25的发送路由信息之前通过在步骤23改变对应于自己的新近度标记来更新路由信息。应当理解，每个汇聚节点根据自己存储的路由信息发送对应于其它汇聚节点的路由信息。

每个接收路由信息的节点必须能够识别发送该路由信息的相邻节点。当每个节点必须在未来时间路由数据时，知晓该相邻节点的身份变得重要。可以通过多个方式实现相邻节点的标识和寻址。例如，可以利用节点的生产商分配给每个节点的唯一的序列号来标识相邻节点。还可以通过本领域内已知的其它方式来分配节点标识。在本文中，任何用于标识相邻节点的实际方法中所使用的节点标识都称为“节点ID”。

在步骤27，节点在步骤25发送的路由信息由该发送节点的相邻节点接收。节点每周期性间隔接收一次来自每个相邻节点的路由信息的发射。若节点具有多个相邻节点，该节点在大约一个周期性间隔内将重复地从相邻节点接收路由信息。

在步骤28，接收路由信息的每个节点将所接收的路由信息中包含的新近度标记与每个节点所存储的存储路由信息中包含的对应于所给汇聚节点的新近度标记做比较，以便确定所接收的路由信息是否比所存储的路由信息更新近。正如下面将要描述的，这种新近度标记的比较以及所接收的路由信息的存储是节点用来确定通向给定汇聚节点的最快路由的过程。

在步骤29，若节点接收的路由信息比所存储的对应于给定汇聚节点的路由信息更新近，那么该节点用所接收的路由信息代替它存储的路由信息。

如上所述，每个节点存储路由信息。所存储的路由信息包括一个或多个节点标识以及一个或多个新近度标记。每个新近度标记对应于节点所存储的一个汇聚节点标识，并指示所存储的针对该汇聚节点的路由信息的新近度。另外，所存储的路由信息包括一个或多个相邻节点ID。每个汇聚节点标识映射到该节点所存储的一个相邻节点ID。

当节点想要向给定汇聚节点路由数据时，它可以找到针对该汇聚节点的汇聚节点标识以及该给定汇聚节点映射到的相应相邻节点ID。然后，该节点向具有该节点ID的相邻节点路由数据。

应当理解，当节点接收它确定为更新近的路由信息时，它可以存储所接收的路由信息而不做修改。另外，当节点根据该存储的路由信息发送路由信息时，在路由信息的发射过程中不修改所存储的路由信息。因此，即使步骤21中汇聚节点发送的路由信息已经由一些其它节点接收并再次发送，该路由信息中包含的新近度标记仍将与从该汇聚节点发送出的路由信息中原始包含的新近度标记相同。

网络的节点配置为具有近似相等时间段的周期间隔。优选地，节点不同时发送路由信息，因为两个或更多相邻节点同时发送路由信息可能导致冲突。存在一些解决这个问题的方法。例如，若路由信息的发射占用的时间的间隔相比于再次发射的周期来说很短，此时解决方法可以是，每个节点针对该周期性间隔选择随机的起始时间，那么冲突将很少发生，因此可以忽略。还可以假设，每个节点在不同时间发射来自其近邻的路由信息。

因为节点在不同时间发送路由信息，从第一节点接收路由信息的节点在发送路由信息给相邻节点之前必须等待，直到它的下一周期性间隔到来。本文中将每个节点的等待时间称为“节点等待时间”。

节点等待时间的持续时间的下限值约为0单位时间(其中非汇聚节点在它的周期间隔到来前夕接收路由信息，使得它在接收路由信息后几乎瞬时地发送路由信息)。上限值约为p，其中p是路由信息的两次发射之间的整个周期的持续时间(其中非汇聚节点在发送路由信息后立即接收路由信息，使得它在发送更多路由信息前必须等待整个周期)。一些实施例中，随机选择周期的起始时间，此时，为了分析的目的，可以视作随机事件。为了进一步处理的目的，每个节点的节点等待时间可以认为具有平均节点等待时间的持续时间，

还应理解，在包含n个链接的路由上，汇聚节点第一次发送具有特定新近度标记的路由信息的时间与路由上离该汇聚节点最远的节点接收包含相同新近度标记的路由信息的时间之间经过的时间由下式给出：

其中t_tr指的是旅程时间。

然后，还应理解，在由更少节点构成的路由上，当该路由上没有链接失效时，包含特定新近度标记的路由信息将花费更少时间到达最远节点。汇聚节点在周期性间隔更新路由信息这一方法中，接收的路由信息比一些其它信息更新近的节点将通过更快的路由接收更新近的信息。因此，当节点存储针对给定汇聚节点和相邻节点ID(路由信息从此处发射)的最新近路由信息时，该节点正存储代表通向该给定汇聚节点的最快路由的相邻节点ID。当节点想要向该汇聚节点路由数据时，该节点将向具有所存储的路由信息中包含的ID的相邻节点路由数据。

另外，当网络拓扑改变时，例如，当链接失效时，例如由于改变RF环境，由于节点失效，或由于移动节点的移动，节点可能停止从第一路由上的相邻节点接收更新近的路由信息。反而，该节点将从另一路由上的节点接收更新近的路由信息。该另一路由可能包含比第一路由更多的节点，但是由于第一路由上的失效链接，它可能是一条更快的路由。通过从其它路径上的节点接收路由信息，并存储该路由信息以及相邻节点ID，该节点可以有效地更新自己存储的路由信息，以反映网络中的变化。本领域技术人员应当理解，路由选择的动态特性尤其适用于移动网络，在移动网络中，节点到处移动，环境变化，新路由形成而旧路由消失。路由选择的动态特性继续允许选择最快路由。

参见图3A，示出了路由协议的示例允许的示意图。图3A所示的网络200具有环状拓扑，包含1个汇聚节点202和8个非汇聚节点204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g和204h(即分别为节点A、B、C、D、E、F、G和H)。因为该网络具有环状拓扑，每个节点仅仅具有两个近邻。例如，汇聚节点202具有非汇聚节点204a和204h作为近邻。应当理解，环状拓扑是为了举例的目的，可以使用任意合适数量的汇聚节点、非汇聚节点和网络拓扑来实践所描述的实施例。特别地，还应理解，所有节点都可以是移动的，且网络拓扑可以频繁变化。

图3A所示网络的汇聚节点202发送路由信息，其中使用竞赛号码(下面将进行定义)作为路由信息的新近度标记。汇聚节点202在每个周期性间隔递增竞赛号码。因此，包含更大竞赛号码的路由信息认为比包含更小竞赛号码的路由信息更新近。

网络200的每个节点在周期性间隔发送路由信息。这可以由从汇聚节点202向外指向每个非汇聚节点204的箭头表示。因为在环状拓扑(例如网络200)中，每个节点只具有两个相邻节点，因此只向这两个相邻节点发送路由信息。每个节点还从它的两个相邻节点接收路由信息。这可以由向内指向每个节点的两个箭头表示。

图3A示出了一个周期中从每个节点发送的路由信息中包含的竞赛号码212和非汇聚节点存储的竞赛号码(分别为212a-212h)。竞赛号码是在它们在节点间发射但是还没有与每个节点存储的存储路由信息中包含的竞赛号码进行比较的阶段示出的。值为“4”的竞赛号码212表示从汇聚节点202发送给相邻非汇聚节点204a和204h的路由信息，其中相邻非汇聚节点204a和204h包含值为“4”的竞赛号码。非汇聚节点204a和204h分别存储有具有值为“3”的竞赛号码212a和212h的路由信息。这是前一周期中汇聚节点发送的路由信息中包含的竞赛号码。随着非汇聚节点204a和204h从汇聚节点202接收最新近的路由信息，每个节点将确定所接收的路由信息是否比存储的路由信息更新近。因此，每个节点204a和204h将更新它们各自存储的路由信息，使得存储的竞赛号码具有数值“4”。

接收路由信息的节点比较所接收的路由信息中包含的竞赛号码212与所存储的路由信息中包含的竞赛号码，以确定所接收的路由信息是否比所存储的路由信息更新近。若接收的路由信息更新近，那么非汇聚节点204用所接收的路由信息的竞赛号码212更新所存储的路由信息的竞赛号码。

不是汇聚节点202的近邻的非汇聚节点具有更小的竞赛号码(212b、212c、212d、212e、212f、212g)，它们表示这些节点所存储的路由信息不是最近的。应当理解，位于源自汇聚节点202的更长路由上的非汇聚节点(该路由在该节点到汇聚节点之间具有更多相邻节点)可能存储更小的竞赛号码，表示该节点存储的路由信息更不新近。例如，位于源自汇聚节点202的最长路由上的非汇聚节点204d存储有最小的竞赛号码212d。

参见图3B，示出了随后(later)周期性间隔的网络200。汇聚节点202通过将该路由信息的竞赛号码增加1来更新路由信息。每个非汇聚节点现在从它的相邻节点接收了路由信息，并存储了最新的路由信息。重要地是，应当理解，非汇聚节点204d从非汇聚节点204c和204e接收路由信息。还应理解，非汇聚节点204c代表从非汇聚节点204d到汇聚节点202的更短同时在这里是更快的路由。非汇聚节点204d已经存储了包含值为“2”的竞赛号码的路由信息。当它从包含值为“2”的竞赛号码的非汇聚节点204e接收路由信息时，它将确定所接收的路由信息并不比所存储的路由信息更新近，因此将不存储所接收的路由信息。因此非汇聚节点204d正确地坚持从自己到汇聚节点202的最快路由是穿过非汇聚节点204c。

简单地参见图3C，示出了所存储的非汇聚节点的路由信息。为了说明的目的，所存储的路由信息201在表格中显示。路由信息201包括汇聚节点标识210、竞赛号码212d和相邻节点标识214，其中竞赛号码212d表示所存储的路由信息的新近度，该路由信息对应于汇聚节点标识210所标识的汇聚节点，相邻节点标识214表示向自己发送所存储的路由信息的节点。相邻节点标识214可以是节点ID或节点地址。该路由表201将汇聚节点标识210对应于相邻节点标识214。

在这个例子中，示出了非汇聚节点204d的路由表。它包含存储的路由信息，该路由信息表示，为了经由最快路由到达具有汇聚节点标识“S1”的汇聚节点202，该非汇聚节点应该通过相邻节点C路由数据。当非汇聚节点204d接收包含汇聚节点标识“S1”的路由信息，且该路由信息具有更新的新近度标记(例如如图3B所示，竞赛号码的值为“3”)时，非汇聚节点204d存储所接收的路由信息以及相邻节点标识(该相邻节点是发送该路由信息给非汇聚节点204d的节点)，从而覆盖以前存储的路由信息。在图3B所示的例子中，非汇聚节点204d所接收的最新近的路由信息仍然是来自非汇聚节点204c。因此，如图3B所示，在从节点204c和204e接收包含竞赛号码的路由信息并将所接收的竞赛号码与所存储的路由信息中包含的竞赛号码相比较后，非汇聚节点204d保持“C”作为相邻节点标识条目(entry)，但是用新的竞赛号码条目来更新它存储的路由信息。应当理解，相邻节点可以存储包含多个汇聚节点的网络中的不只一个汇聚节点的路由信息。例如，非汇聚节点204d可以具有另外的条目，用于ID为“S2”、“S3”等的汇聚节点。

下面参见图3D，示出了具有用于连接汇聚节点202到非汇聚节点204e的新链接的图3A和图3B中的网络。当例如非汇聚节点204e是移动节点并移入汇聚节点202的范围内，同时仍然在相邻非汇聚节点204f和204d的范围内时，可以建立这一新链接。在这个例子中，从非汇聚节点204e接收更新的路由信息之前，非汇聚节点204f已经存储了包含值为“2”的竞赛号码的路由信息，该路由信息是从非汇聚节点204g接收的。所存储的非汇聚节点204f的路由信息表示通向汇聚节点202的最快路径是经由相邻的非汇聚节点204g。当非汇聚节点204f从非汇聚节点204e接收包含值为“3”的竞赛号码的路由信息时，它将确定该路由信息更新近。通过存储该接收的路由信息及相邻节点标识“E”，非汇聚节点204f高效地发现了新的更快的路由，即经过非汇聚节点204e到达汇聚节点202。

图3D中的例子说明了用于确定网络中的路由的方法步骤在动态变化的网络中是如何应用的。一种情况中，两个相邻节点之间的链接可能暂时失效，使得一个节点在某段时间不能接收另一个节点发送的传输。这种失效可能是由于RF噪声或网络拥塞的间歇性增加而引起的。还可以暂时端口节点以便维修，然后再重新连接。在包含移动节点的网络中，节点可以例如移出一些相邻节点的范围，然后再移动回该范围。代替检测失效，节点依靠从它的一个其它相邻节点接收更新的路由信息，以便发现更快的通向给定汇聚节点的路由。因此，通过执行与上述方法相同的步骤，非汇聚节点可以克服两个相邻节点之间的链接失效的问题。

下面参见图4A，示出了与图3A的拓扑相似的拓扑，并常表示为320。图4A示出了汇聚节点202与非汇聚节点204a之间的链接失效的情形。该失效正巧发生在节点204a从汇聚节点202接收路由信息之后，其中路由信息包含值为“1”的竞赛号码。从图4A可以看出，非汇聚节点204h、204g、204f和204e(分别具有相邻节点ID“H”、“G”、“F”和“E”)中的每一个继续发射包含竞赛号码的路由信息，使得更新近的路由信息可以沿着这些节点形成的通向非汇聚节点204d的路由传播。由于非汇聚节点204a没有从汇聚节点202接收任何路由信息，且从非汇聚节点204b发送的路由信息不是更新近的，非汇聚节点204a在周期性间隔发送的路由信息将继续基于它所存储的路由信息。所存储的路由信息与到汇聚节点202的链接失效前最后从汇聚节点202接收的路由信息是一样的。因此，该存储的路由信息仍然指示汇聚节点202作为具有最快路由的相邻节点，并包含值为“1”的竞赛号码212a。

应当理解，由于汇聚节点202与非汇聚节点204a之间的链接的失效，从非汇聚节点204d到汇聚节点202的最快路由现在是经过非汇聚节点204e。还应理解，当非汇聚节点204d从非汇聚节点204e接收包含值为“2”的竞赛号码的路由信息时，它将确定该接收的路由信息比存储的路由信息更新近。然后，非汇聚节点204d将存储该接收的路由信息以及相邻节点标识，以指示该相邻的非汇聚节点204e代表了通向汇聚节点202的最快路由。因此，非汇聚节点204d适当地更新它所存储的路由信息，以反映由失效的链接所导致的网络拓扑的改变。

下面参见图4B，其中经过了两个更多的周期性间隔，且没有其它链接出现失效。非汇聚节点204a从相邻的非汇聚节点204b接收了更新近的路由信息，该路由信息包含值为“2”的竞赛号码。现在，它存储具有该竞赛号码的路由信息，并指示相邻节点204b代表了最快的节点。因此，针对汇聚节点202和非汇聚节点204a之间的失效的链接，它正确地更新了自己存储的路由信息。在图4A和4B的例子中，如果若干更多周期后，从汇聚节点202到非汇聚节点204a的失效的链接可以重建，然后来自汇聚节点202的更新近的路由信息将由非汇聚节点204a接收。因此，非汇聚节点204a将存储该路由信息以反映重新建立的路径。由于该路由信息传播给网络的其它节点，针对重新建立的链接，这些节点将再次更新它们存储的路由信息。

另外，如上所述，在各种实施例中，路由的选择包括动态过程，相应地，所选的路由可以持续地针对路由环境的变化而改变。例如，若存在两条路由，第一条路由通常是拥塞的，而第二条路由较不拥塞，随着环境(例如第一路由的拥塞)改变，所选的路由可以在这两条路由之间切换。

例如，当很多移动节点位于同样的相互间的范围内从而使每个节点具有很多近邻时，路由上可能发生拥塞。为了抑制(throttle)在相邻节点间发射的数据，可以配置这些节点以减少拥塞发生时它所发射的数据量。例如，由于拥塞，节点可以仅仅每若干个周期性间隔发送路由信息，而不是每个周期性间隔都发送。应当理解，这会影响该节点发送更新近路由信息的频率。另外，一些实施例中，拥塞达到某一阈值，节点可以完全停止发射数据。应当理解，这种情况产生的实际效果与链接失效时的相同，即相邻节点将彻底不能从该节点接收任何路由信息。

当第一路由例如在10％的时间不拥塞时，路由信息经过第一路由比经过第二路由更快地到达正在讨论的节点。另外90％的时间，由于第一路由的拥塞，第二路由更快地提供路由信息给正在讨论的节点。因此，根据环境，该节点选择的路由可以持续地在这两条路由之间切换，所选的路由可以在10％的时间是第一路由，在剩下的90％的时间是第二路由。

在动态变化的网络中，通常每个周期，汇聚节点都必须在发送路由信息前更新该路由信息中的新近度标记。当新近度标记是竞赛号码时，竞赛号码的大小通常将受到所分配的比特位数量的限制，分配这些比特位是用于代表路由信息的传输中的竞赛号码。在包含很多汇聚节点的网络中，发送来自每个节点的路由信息的需要可能导致需要在每个周期性间隔发送大量数据，其中所发送的路由信息中包含很多竞赛号码，这些竞赛号码分别对应于每个汇聚节点。相应地，在各种实施例中，仅仅使用了有限大小的竞赛号码集，使该竞赛号码集尽可能小。当路由信息的更新已经使用了竞赛号码集中的所有竞赛号码时，再次使用该竞赛号码集中的第一个数。因此，竞赛号码据说是循环的。一些实施例中，可以通过从整数的子集中选择竞赛号码数值来达到这一目的。

一些实施例中，如图5A所示，集合由具有单调递增值的有顺序的竞赛号码构成，当达到该集合中的最大竞赛号码后，竞赛号码序列循环返回最小竞赛号码。但是，应当理解，竞赛号码集合不必须是单调递减的数字集合。例如，若竞赛号码单调递减，或者若竞赛号码通过预设的数字序列扩展(progress)，路由协议将以相同方式操作。竞赛号码集可以包括任意独特的元素，只要接收竞赛号码的节点知道该集合中竞赛号码的顺序即可。应当理解，有限集合的竞赛号码值的使用可以明显地缩短所发射的数据的长度，并提高本发明的方法的效率。还可以通过使用聚合路由信息来进一步缩短所发射的数据的长度，这将在后面描述。即，来自多个汇聚节点的路由信息可以作为一个聚合路由消息发送，其中允许压缩路由信息。一个实施例中，通过省略汇聚节点标识来压缩路由信息。替代地，还可以使用聚合路由消息中的竞赛号码的位置来标识汇聚节点。

参见图5A，示出了汇聚节点102发送的2比特的竞赛号码集合随着时间推移的示意图，其中竞赛号码的范围从0到3，该示意图通常称为400。一个实施例中，竞赛号码可以是单调递增的，使得竞赛号码重复地从0迭代到3。应当理解，尽管讨论的是示范性的2比特的竞赛号码，但是竞赛号码的比特位长度可以修改为更短或更长。例如，一些实施例中，优选地具有未初始化的值的指示(indication)，即竞赛号码未知或未定义的指示。可能的竞赛号码值的总个数可以是奇数，以及将要在下文展示的，奇数个可能的竞赛号码值与偶数个可能的竞赛号码值一样高效。由于二进制表示导致了偶数个可能值，因此限制可能的竞赛号码值的个数为奇数个在二进制表示中留下了一个可用值，该可用值可以在以后用来表示未初始化的值。因此，对于2比特的竞赛号码的例子，竞赛号码的范围可以从0到2，而不是从0到3。

当竞赛号码是循环的时，在比较竞赛号码的两个值时可能导致不确定性。例如，集合中稍后出现的竞赛号码(例如，单调递增集合的情况下更大值的号)可以是相对前一周期更新近的竞赛号码或更久远的竞赛号码。这种不确定性可能使节点错误地判断所接收的包含更早竞赛号码的路由信息比所存储的包含更新竞赛号码的路由信息更新近。回到图5A，竞赛号码412a、412b、412c分别具有值“0”、“2”、“0”。应经存储了包含值为“0”的竞赛号码412b的路由信息的非汇聚节点将不能确定一些接收的路由信息中包含的值为“2”的竞赛号码是更新近(竞赛号码412c)还是更久远(竞赛号码412a)。

下面参见图5B，示出了具有与图3A和4A的网络相同的拓扑的网络。在长时间失效后立即重建节点202和非汇聚节点204a之间的链路。重建链接前，非汇聚节点204a接收非汇聚节点204b发送的路由信息。由于非汇聚节点204a确定了该路由信息更新近，它存储来自非汇聚节点204b的路由信息以指示非汇聚节点204b是代表通向节点202的最短路径的相邻节点。例如，它可以从非汇聚节点204b接收路由信息，该路由信息的竞赛号码212a的值为“2”，它可以存储该竞赛号码。但是，重建节点202与非汇聚节点204a之间的链接后，非汇聚节点204a将从汇聚节点202接收路由信息，该路由信息的竞赛号码212的值为“0”。应当理解，为了使非汇聚节点204a正确地确定该最后接收的路由信息更新近，必须具有一些方式的区别性循环竞赛号码。例如，在这个例子中，由于竞赛号码是循环的，具有较小值的竞赛号码仍可指示路由信息比其它包含较大竞赛号码值的路由信息更新近。

下面参见图5C，通常称为402，它示出了图4B中使用的竞赛号码的集合。非汇聚节点204a从汇聚节点接收的路由信息中包含的竞赛号码由参考标记420指示。通过简单地确定更大的竞赛号码值是更新近的，非汇聚节点204a实际上曲解了从非汇聚节点204b接收的路由信息中的竞赛号码是图4B中的参考标记425所指示的竞赛号码。但是，从非汇聚节点204b接收的路由信息中包含的实际竞赛号码由参考标记430指示，可以看出，相比从汇聚节点接收的，它实际上是一个更旧的竞赛号码。解析所接收的路由信息中包含的竞赛号码时出现的错误称为竞赛号码的不确定性。

上述竞赛号码的不确定性可以通过根据网络拓扑适当地选择可能的竞赛号码值的个数来避免。通常，给出特定的网络拓扑，若竞赛号码集适当大，那么可以避免不确定性。实际的最小尺寸根据网络拓扑变化。为了确保避免不确定性，选择竞赛号码值集合的大小，使得当比较所接收的路由信息与所存储的路由信息时，所比较的路由信息的两个竞赛号码之间在竞赛号码集合中的最大可行数字距离不超过：

假设N是奇数，且N是竞赛号码值集合的大小。若满足该条件，将允许两个竞赛号码的最新近的比较而确定。

对于图5B中的示例性网络401，最坏的情况发生在汇聚节点与相邻非汇聚节点之间的链接失效的时候。非汇聚节点204a直接与到汇聚节点202的链路连接。当该链路失效时，非汇聚节点204a将只从相邻节点204b接收路由信息。路由信息通过网络的传播将允许非汇聚节点204a在一段时间后从节点204b接收更新近的路由信息。这将有效地更新节点204a存储的路由信息以反映由于失效的链路而引起的网络拓扑的改变。若在此后的任意时间，非汇聚节点204a与汇聚节点202之间的失效的链路重建，节点204a将再次从汇聚节点202和非汇聚节点204b接收路由信息。但是，它从汇聚节点202接收的路由信息将比它从204b接收的路由信息更新近，因为后者经过了更长的路由并因而由汇聚节点202在几个周期前原始发送。

应当理解，节点204a从汇聚节点202接收的路由信息中以及非汇聚节点204b发送的路由信息中包含的两个竞赛号码的值之间可能存在较大差值。还应理解，这两个值之间的可能差值在节点204a或节点204h最大，因为它们通过网络中任意非汇聚节点与汇聚节点之间的最长可能路由与汇聚节点连接。

非汇聚节点204a从它的两个近邻接收的路由信息中包含的竞赛号码的差值增加了误算两个节点到汇聚节点的路由的可能。实际上，该不确定性可能存在于任何节点中，这些节点接收的竞赛号码的值是不确定的，就如第14页最后一段-第15页第二段所描述的，但是对于图5B中给出的拓扑，对节点204a从它的两个近邻接收的路由信息的比较代表了最坏的情况。相似的最坏的情况存在于节点204h。一般地，对于任意给定的网络拓扑，若竞赛号码集适当大，可以避免这种不确定性。

在大多数网络拓扑中，与图5B中示出的一种相似的拓扑在上文用于讨论竞赛号码的不确定性，它可以作为拓扑的最长无线(chordless)周期。在分析不确定性最容易出现的最坏的情况时，该最长无线周期是有利益的，因为只有沿着最长的无线周期中的节点，竞赛号码才将可能通过最大数量的链接传播，因为任何连接这些节点以形成最长无线周期的替代路由将每分辨率具有更长的路径长度。因此，拓扑中最长的无线周期示出了在比较竞赛号码时出现不确定性的可能，以及当汇聚节点与其近邻之间的链接失效一段时间后重建时呈现的最后情况，这已利用环形拓扑在上文进行了举例。注意，对于所描述的最坏情况，汇聚节点不必须是最长无线周期中的节点，但是，至少一个节点，即最长无线周期的一部分，必须向该分析的汇聚节点提供最短的路由。接下来，假设汇聚节点是最长无线周期的一部分，以便于描述。

当最长无线周期包括h个节点(包含汇聚节点)时，从相邻节点接收的路由信息中包含的竞赛号码值的最大可能差值将出现在，如上所述，与汇聚节点直接相连的非汇聚节点。再回到图5B，，汇聚节点是节点202。非汇聚节点204h具有汇聚节点202作为第一相邻节点。它还具有第二相邻节点，第二相邻节点是通过最长可能路由连接第一非汇聚节点与汇聚节点的非汇聚节点。在图5B的示例性网络中，第二相邻节点是节点204g。该第二相邻节点通过包含h-2个链接的路由连接到汇聚节点。在这条路由上，竞赛号码穿过节点传播的平均时间t_prop将定义如下：

由于考虑等式52.1的每分辨率的旅程时间(travel time)，每个节点的平均节点等待时间为由于汇聚节点在每个周期性间隔更新路由信息，所以它在那时将进行了次更新。

下面同时参见图6A和6B，它们示出了具有环状拓扑的两个网络，这两个网络分别由4个和5个节点构成。网络的这些代表性例子分别具有偶数个和奇数个节点。在两个例子中，汇聚节点602的竞赛号码更新为值“0”认为发生在时间t＝0。汇聚节点602的周期的开始定义为在时间t＝0之后的无穷小时间开始，在该时间，汇聚节点602将发射路由信息给节点604a。在时间t＝0，直接连接汇聚节点602与节点604h的链接处于失效状态。

下面只参见图6A，示出了h＝4的网络。该网络中，节点604h的第二相邻节点是节点604b。通过包含节点604b的最长路径从汇聚节点602发送给节点604h的路由信息的传播时间可以利用等式83.1计算：

在时间间隔1p中，汇聚节点602将对它的竞赛号码进行一次更新。若直接连接节点604h与汇聚节点602的链接在间隔t∈[0..p]内的某个时间重建，那么节点604h将在间隔t∈[p..1.5p]内，从节点602接收包含竞赛号码“1”的路由信息，从节点604b接收包含竞赛号码“0”的路由信息。由于在该间隔内汇聚节点602发生了一次更新，结果是当节点604h比较来自节点604b和来自汇聚节点602的竞赛号码时，竞赛号码更新了差值1。

下面只参见图6B，示出了h＝5的网络。该网络中，节点604h的第二相邻节点是节点604c。通过包含节点604c的最长路径从汇聚节点602发送给节点604h的路由信息的传播时间可以利用等式83.1计算：

在时间间隔中，汇聚节点602将对它的竞赛号码进行1.5次更新。若直接连接节点604h与汇聚节点602的链接在间隔t∈[0..1.5p]内的某个时间重建，那么节点604h将在间隔t∈[1.5p..2p]内，从汇聚节点602接收包含竞赛号码“1”的路由信息，从节点604c接收包含竞赛号码“0”的路由信息。但是，由于等式52.1是基于假设节点的周期起始时间是随机的，其中h＝5的基于等式83.1的1.5次更新的结果给出了在该相同的时间间隔内该汇聚节点可能发生的竞赛号码的1次或2次更新的相等可能性。相应地，当节点604h比较从节点604c和从汇聚节点602接收的竞赛号码时，竞赛号码更新的差值可以是1或2。

将等式83.1应用于图5B的h＝9的拓扑中，结果是汇聚节点完成

次更新，这3.5次更新发生的时间是它使包含特定竞赛号码的路由信息通过从汇聚节点202到非汇聚节点204h的最长路径游历的时间。因此，在该时间间隔内该汇聚节点可能发生竞赛号码的3次或4次更新是等可能的。由于该时间间隔内发生确切次数的更新，当h是奇数时存在边界条件。

为了避免这种边界条件，针对进一步分析，假设这些例子的拓扑中使用的链接数h是偶数。因此，对于任意等式83.1的t_prop，汇聚节点的竞赛号码更新次数将通常是由给出的自然数。另外，第一非汇聚节点从它的两个相邻节点接收的路由信息中包含的竞赛号码的值之间的数字距离也是参考等式78.1，这两个竞赛号码之间的最大可行的数字距离不能超出该等式的约束条件，以便这两个竞赛号码的比较结果没有不确定性。因此，为了确保从相邻节点接收的路由信息中包含的竞赛号码没有任何存在不确定性的可能，当考虑平均节点等待时间为时，L必须满足不等式：

当如上所述适当地选择竞赛号码集的大小且竞赛号码以递增一的方式更新并从0到N-1循环变化时，那么可以使用以下算法步骤来确定哪个竞赛号码是最新近的。下述例子假设两个竞赛号码A和B(其中A是目前接收的竞赛号码，B是存储的竞赛号码)，竞赛号码序列中的最大可区分距离L由等式78.1和88.1定义，竞赛号码属于[0..N-1]，其中N是奇自然数。

为了确定在包含从“0”递增至“N-1”的重复序列的竞赛号码集中，两个竞赛号码中哪一个更新近，可以采取以下步骤：

1.X＝A-B；

2.若(A＜B)，则X＝X+N；

3.若(X＞L)，则竞赛号码B更新近，否则竞赛号码A更新近或竞赛号码A和B等同新近。

在本发明的各种实施例中，关于给定汇聚节点的竞赛号码由该汇聚节点重复至少一次。即，它的值在该汇聚节点的一个或多个连续的周期内都不改变。重复竞赛号码可以减少比较通过网络传播的路由信息的竞赛号码时的不确定性的可能性。

参见图7，示出了竞赛号码流，通常视为700。相应的汇聚节点只在r个周期后增加700中示出的竞赛号码。由于节点仅仅在该路由信息更新近时利用最新接收的路由信息更新它所存储的路由信息，竞赛号码的重复可能导致节点更少更新它们所存储的相应汇聚节点的路由信息。

如前面所描述的，使用合适大小的竞赛号码集可以减少比较通过网络传播的竞赛号码时出现不确定性的可能性。另外，一些实施例中，竞赛号码的重复和适当大小竞赛号码集的选择可以共同用于防止在确定路由信息新近度时的不确定性。用“r”表示的竞赛号码的重复率，与用“L”表示的竞赛号码序列中的最大可区分数字距离反向相关。具体地，应该选择L和r使得：

其中h是网络拓扑中最长无线周期的长度。

相应地，重复率和竞赛号码集大小这两个因素可以基于网络中更适合什么来进行配置：更快的更新或更小的竞赛号码数字范围。一方面，更快的更新允许节点响应网络变化更频繁地更新它们所存储的路由信息。另一方面，更小的路由号数字范围将减小路由信息的大小，从而降低无线电使用量并降低功耗。应当理解，这两种因素的所有组合都属于本发明考虑的范围。

下面参见图8，示出了如上所述由于节点的起始时间没有同步而导致的节点等待时间的例子。回想因为随机选择周期的起始时间，每个接收路由信息的非汇聚节点在发送它的路由信息前将平均等待图8展示了通过9个节点的网络发送的路由信息的示例性计时，其中选择的周期性间隔比节点开始发送路由信息的时间与路由信息由相邻节点完全接收的时间之间的持续时间大得多。应当理解，通过选择较长持续时间的周期性间隔，发射的持续时间相对于周期来说变得较小，从而使得在发射器的周期性间隔的最开始，数据在接收器是可用的。

加点的矩形表示每个节点的节点等待时间820。这些散列(hash)表示节点在哪些周期性间隔830发送路由信息。应当理解，表示周期性间隔到来的每个散列在时间上并不对齐，而其它节点的散列显示发射的时间在节点间不同步。另外，应当注意，每个节点的加点的矩形的大小不同，这表示每个节点的等待时间通常不同。

正如所讨论的，最大的节点等待时间的持续时间接近p。如所述的，当节点在发送它自己的路由信息后立即接收路由信息时会经历最长的节点等待时间。另外，如所讨论的，例如在失效的链接得到修复后或网络拓扑的改变后由比较的两个竞赛号码间的最大差值将出现在网络的最长无线周期的路径中的节点处。当第一节点从最长无线周期的路径中的汇聚节点接收路由信息(或从最长无线周期的路径中的任意其它节点接收路由信息，其中所述其它节点提供了通向汇聚节点的最佳路由)，且汇聚节点与第一节点之间的链路在失效一段时间后重建后，或拓扑变化在网络中形成等效的最长无线周期后，通过包含h-2个链接的路径从它的第二相邻节点接收路由信息。

若最大节点等待时间出现在路由上的每个节点，那么包含h-2个链接的路由上的旅程时间将接近(h-2)p。另外，在该时间内，汇聚节点将更新h-2次它发送的路由信息。因此，在与汇聚节点相连的节点处被比较的两个竞赛号码间的数字距离可能接近h-2。应当理解，h-2比大得多，其中是考虑每个节点的平均节点等待时间为时，在根据等式83.1计算的时间t_prop后，在节点被比较的两个竞赛号码之间的数字距离。路由上的每个节点的节点等待时间的持续时间极不可能是p，一些节点的节点等待时间可能仍长于平均节点等待时间若由n个链接构成的路由上的若干个节点的节点等待时间都比平均值长或都比平均值短，那么通过该路由的旅程时间可能比等式52.1的平均旅程时间t_tr长或短。因此，即使满足等式93.1中提出的约束条件，比较两个竞赛号码的结果仍可能是存在不确定性的。

因此，一些实施例中，根据下列等式选择因子r和L：

其中c是用于补偿下述情形的因子，在该情形中，通过所描述的最坏情况路径的旅程时间在一定程度可能性下比平均值长一定量。

通过将特定节点的节点等待时间是否将大于或小于平均值作为单个随机事件来处理，可以利用累积二项式概率来确定路由上一定数量的节点的节点等待时间在同一方向上偏离该路由上的平均节点等待时间的概率。即，可以计算一定数量m个节点的节点等待时间都大于或都小于的概率。当节点等待时间小于时，它将落入0到的范围，平均值为当节点等待时间大于时，它将落入到p的范围，平均值为若路由上的m个节点在同一方向上偏离平均节点等待时间，那么该路径将平均加长或缩短应当理解，对于在同一方向偏离的每4个节点，通过路由的旅程时间将平均加长或缩短p时间。图9示出了根据二项式分布计算得到的表格。该表格显示了路由上的1个或更多至6个或更多(917)节点在同一方向上偏离平均节点等待时间的概率，其中路由长度的范围从12个节点到30个节点。

如图9所示，对于长度为30个节点的路由，4个或更多节点在同一方向偏离平均节点等待时间的概率为0.1002(919)。同样地，对于长度为16个节点的路由，3个或更多节点在同一方向上偏离平均节点等待时间的相对类似的概率为0.1052(921)。

通过利用图9提供的累积二项式概率，可以确定这些偏离的概率。等式99.1的因子c给出了用于补偿路由上的旅程时间的这些可能变化的因子，以便在给定的实际应用中使比较两个竞赛号码时出现不确定性的概率足够小。

典型地，rL和c是本发明的给定实施的设计阶段中使用的参数，且可能在完成的产品中很难改变。在这种情况下，知道rL和c将允许预测给定实施可以在多大程度上妥善处理最坏的情景。因此，rL和c的设计选择基于满足不等式99.1。选择的c的值越大，影响最坏情景的旅程时间的变化可能越小。通过在设计阶段选择rL和c，可以对给定网络中的最长无线周期的大小施加限制，以便保证找到给定节点与一个汇聚节点或多个汇聚节点之间的最优路由。注意，若不满足不等式99.1，针对网络中的一些节点，有时可以选择次优路由，即使通常找到一条路由。

一个实施例中，竞赛号码的重复可以允许竞赛号码集由一个比特位表示，例如表示值“0”和“1”。与尺寸较大的竞赛号码集相比，该实施例中不能直接比较两个竞赛号码来确定哪个竞赛号码更新近。相反地，可以通过观察随着时间推移而接收的竞赛号码来确定任意路由信息的新近度。例如，若节点已经在足够长的时间内从它的所有近邻接收相同的竞赛号码，然后从它的其中一个近邻接收所接收的路由信息中的竞赛号码的改变，那么它将知道通向汇聚节点的最优路由是经过所述近邻。

参见图10，示出了当网络拓扑与图3A所示的相似时，使用1比特竞赛号码的主路由协议的运行的示例性实施例，通常视作1010。为了解决不能通过简单地比较两个竞赛号码来确定序列中哪个竞赛号码在另一竞赛号码之后的事实，必须适当地选择竞赛号码重复的次数。

在该实施例中，节点在接受第一近邻发送变化的竞赛号码之前，等待所有近邻发送相同的竞赛号码，其中该第一近邻具有通向给定汇聚节点的最优路由。每个节点现在必须追踪从每个相邻节点接收的最后的路由信息中包含的竞赛号码，而不是在路由表中存储最新近路由信息的竞赛号码。为了满足节点从它的所有相邻节点接收包含相同竞赛号码的路由信息的条件，每个汇聚节点处竞赛号码在连续的路由信息更新中重复的次数r必须足够大。这将保证网络的每个节点能够找到最优路由。为了满足这个条件，重复的次数必须足够大，使得给定拓扑的最长无线周期中的所有节点在给定汇聚节点的更新中的竞赛号码改变前接收相同的竞赛号码。该条件由不等式99.1给出，其中对于这种1比特位的情况，L＝1。

回到图10，示出了示例性网络，其中使用1比特竞赛号码来确定通向汇聚节点的最快路由。存储的竞赛号码1006a、1006b、1006c、1006d、1006e、1006f、1006g和1006h分别代表了节点1004a、1004b、1004c、1004d、1004e、1004f、1004g和1004h从它们各自的相邻节点接收的最新近的竞赛号码。由于每个节点只具有两个相邻节点，因此每个节点存储了两个所接收的竞赛号码。在该例子中，节点1004a存储了值为“1”和“1”的竞赛号码1006a，表示它从自己的两个相邻节点(分别为汇聚节点1002a和节点1004b)接收的最新近的竞赛号码的值为“1”。由于节点1004a从它的所有相邻节点接收了相同的竞赛号码，它将确定发射变化的竞赛号码的第一个相邻节点为代表通向给定汇聚节点的最优路由的相邻节点。在图10中，汇聚节点将竞赛号码的值改为“0”，并发送包含该竞赛号码的路由信息给节点1004a和1004h。当节点1004a接收该路由信息时，它将确定竞赛号码发生了改变，并将因此确定汇聚节点1002代表了最优路由。应当理解，由于网络的每个其它节点也存储了竞赛号码“1”和“1”，当这些其它节点接收了包含值为“0”的竞赛号码的路由信息时，这些节点的每一个将确定自己已经接收了改变的竞赛号码，并将最终更新其通向汇聚节点1002的最优路由。

本领域技术人员应当理解，在节点追踪从每个相邻节点接收的最新竞赛号码可以以本领域中熟知的多种方式实现。

由于网络100中可能存在不止一个汇聚节点102，每个汇聚节点102可以定期发送出自己的路由信息。这样，节点可以在一个周期内从多个汇聚节点102或非汇聚节点204接收路由信息。一个实施例中，节点可以发送聚合路由信息，聚合路由信息中包含网络的不止一个汇聚节点的路由信息。

为了减小所发送的聚合路由信息的大小，可以在聚合路由信息中省略汇聚节点标识。替代地，可以从聚合路由信息中对应于每个汇聚节点的每个新近度标记的位置推断出汇聚节点标识。例如，在所发送的聚合路由信息中，可以给每个汇聚节点分配一个位置，使得非汇聚节点204可以从该位置确定汇聚节点102的标识，在所接收的聚合路由信息内的该位置中，放置了对应于汇聚节点的新近度的标记。

参见图11A，示出了节点可能定期发送出去的聚合路由信息的例子，通常称为1100。该聚合路由信息可以包括具有汇聚节点标识的汇聚节点202的路由信息。但是在其它实施例中，可以如此构建聚合路由信息，使得可以在不包含汇聚节点标识的情况下标识汇聚节点202。例如，在图11A中，聚合路由信息包含位置“S1”值“S8”。每个位置对应于网络的一个汇聚节点。应当理解，在该例子中，可以在网络中找到多达8个汇聚节点。对应于每个汇聚节点的新近度的标记置于聚合路由信息中的适当位置。例如，包含针对汇聚节点202(具有汇聚节点ID“S1”)的值为“1”的竞赛号码212的路由信息可以置于位置“S1”并包含在从非汇聚节点发送的聚合路由信息中。与每个汇聚节点102单独发送路由信息的情形相比，以这种方式聚合路由信息可以消除大量开支，并因此可以成为理想的优化。

应当理解，非汇聚节点所存储的路由信息可以具有相似的配置，在这种配置中，汇聚节点由位置“S1”至“S8”标识，且对应于每个汇聚节点的新近度的标记存储在合适的位置。此外，包含节点ID(未示出)以标识代表通向汇聚节点的最快路由的相邻节点，其中该汇聚节点由该位置标识。

另一个实施例中，没有在单个周期性间隔内一次全部发送节点所存储的聚合路由信息的整体。而是，将汇聚节点分成由一个或多个汇聚节点构成的组，使得该节点每个周期仅仅发送一组汇聚节点的路由信息。包含一组汇聚节点中所有汇聚节点的路由信息的聚合路由信息在本文中称为“页面(page)”。该节点在汇聚节点组之间循环，在周期性间隔发送每个组的页面。

参见图11B，示出了包含网络拓扑的另一个实施例的示意图，其中，汇聚节点被分组或被“分页(paged)”，该图通常视为1110。应当理解，图11B是一幅示意图，没有必要说明元件的相对物理位置，即在各种实施例中，例如如图11B所示的汇聚节点分组反映了逻辑分组，且可能相关于或不相关于汇聚节点的任意物理位置。

继续参见图11B，它示出了示例性网络，其中存在标记为“S1”至“S8”的8个汇聚节点1102。例如，汇聚节点1102可以分成4组，即组“A”至“D”，每组有2个节点。应当理解，所述的汇聚节点的数量是为了举例的目的，可以采用任意合适数量的汇聚节点、非汇聚节点或任意网络拓扑来实现所描述的实施例。特别地，还应理解，节点可以是移动的，且网络拓扑可以经常改变。

参见图11C，它示出了示例性实施例中随时间推移所发送的路由信息的页面的一个例子，其中，分组汇聚节点1102。如1101所示，在该例子中，对应于名为组A的汇聚节点组的路由信息显示为在页面0中发送，对应于组B的路由信息显示为在页面1中发送，等等。对比图11A中示出的聚合路由信息，图11C示出了组“A“至“D”中的汇聚节点的路由信息，通过聚合路由信息1110在5个连续的周期性间隔(t＝0至t＝4)内的连续发射来顺序处理组“A”至组“D”。具体地，在第一周期性间隔内(t＝0)处理标记为“S1”和“S2”的汇聚节点，在第二周期性间隔内(t＝1)处理标记为“S3”和“S4”的汇聚节点，在第三周期性间隔内(t＝2)处理标记为“S5”和“S6”的汇聚节点，以及在第四周期性间隔内(t＝3)处理标记为“S7”和“S8”的汇聚节点。在循环完所有可用汇聚节点后，可以在第五周期性间隔内(t＝4)再次处理标记为“S1”和“S2”的汇聚节点。应当理解，汇聚节点组可能不需要在数字序列中定址，且可以基于预定的顺序重新排序。

为了标识每组中的汇聚节点，缩短的聚会路由信息1110的每次发射中还可以包含字段1112，用于标识正在处理的汇聚节点组。这一组地址字段1112可以配置为比特位长度不大于适当地标识网络中存在的每个组所必须的比特位长度。例如，对于示例性网络拓扑中的4个组“A”至“D”，组地址字段可以是2比特，以便允许唯一地标识4个组。

由于汇聚节点还作为路由节点并存储用于表示通向网络的其它汇聚节点的最快路由的路由信息，因此汇聚节点还在节点组之间循环，在周期性间隔发送每个组的页面。当给定汇聚节点将要发送的页面包含对应于该汇聚节点的路由信息时，该汇聚节点更新该页面中它自己的新近度标记，以表明该路由信息更新近。对于对应于所有其它汇聚节点的路由信息，该汇聚节点根据它所存储的路由信息发送路由信息。

当在节点接收时，聚合路由信息1110的页面的内容可以通过该页面1110内的位置直接映射到特定的汇聚节点1102。对于参考图11A讨论的聚合路由信息的全长发射，可以根据页面内路由信息的位置来将路由信息映射到页面内的汇聚节点，从而避免对汇聚节点1102的直接定址的需求。

如图11B所示，将汇聚节点分组，可以允许页面是聚合路由信息的全长发射的尺寸的一部分。即使每个页面1110可能需要包含额外的组地址字段1112，每个发射的整体长度还是缩短了。这可以产生减少每个节点的带宽需求和无线电使用量的效果，从而导致每个节点的降低的功耗。尽管具有聚合路由信息的优点，但是将汇聚节点分组会导致路由更新更不频繁。在将汇聚节点分为k个组的配置中，从相邻节点接收针对第一组节点的聚合路由信息的节点在再次接收该特定汇聚节点组的更新近路由信息前必须等待，直至相邻节点循环完所有其它组。因此，该节点在两次从特定相邻节点接收汇聚节点组的路由信息之间，将不得不等待k个周期。同样地，路由更新的速率减少了因子k。

回到图11C，相邻节点将在时间0接收组A的汇聚节点的路由信息，但是必须等待4个周期性间隔，才能在时间t＝4时再次接收组A的汇聚节点的更新近的路由信息。当节点接收某组汇聚节点的路由信息时，它必须等待平均时间：

以等到该节点用于发送该组汇聚节点的路由信息的周期性间隔的到来。该等待时间在本文中称为“组等待时间”，组等待时间与节点等待时间相似。最小组等待时间接近0，最大组等待时间接近kp。

与上文中描述的每个节点偏离平均节点等待时间相似，在每个节点，相对等式121.1的平均组等待时间的偏离也可以作为随机事件处理。这是因为组的发射在节点间并不同步。即，已知发射组的顺序，但是节点首先接收哪个组的路由信息可以是随机的。因此，可以计算已知数量的节点的子集的组等待时间全部偏离等式121.1给出的平均组等待时间的概率。更具体地，当平均组等待时间小于时，它将落入0至之间的范围，其中平均组等待时间为当平均组等待时间大于时，它将落入至kp之间的范围，其中平均组等待时间为一些节点在同一方向偏离平均组等待时间将导致通过路由的旅程时间的增长或缩短。

与节点等待时间的内容类似，图9的表格可以用于说明根据累积二项式概率计算的结果。该表格显示了路由上的1个或更多至6个或更多(917)节点在同一方向上偏离平均组等待时间的概率，其中路由长度的范围从12个节点到30个节点。

参考图9的例子，对于长度为30个节点的路由，4个或更多节点在同一方向上偏离平均组等待时间的概率为0.1002(919)。同样地，对于长度为16个节点的路由，3个或更多节点在同一方向上偏离平均组等待时间的相对类似的概率为0.1052(921)。

可以使用基于图9提供的累积二项式概率计算得到的概率来确定给定路由承受这些偏离的整体概率。更具体地，对于没有应用汇聚节点分组的网络(即，k＝1)，以及对于由16个节点构成的路由，根据累积二项式分布，结果是组等待时间增加至少的概率为0.11。

但是，对于将汇聚节点分为8组的网络(即k＝8)，以及对于由16个节点构成的路由，根据累积二项式分布，结果是组等待时间增加至少的概率为0.11。

实际上，当没有使用分组时，如上所述，节点等待时间相对平均值的偏离没有明显影响通过该路由的旅程时间。但是，当使用分组时，应当理解，由于相对平均组等待时间的偏离而导致的对穿过节点的旅程时间的影响要重要得多。

汇聚节点组的使用具有以因子k减慢速率的效果，其中每个汇聚节点以该速率发送更新近的路由信息。相应地，节点更新它们所存储的路由信息以指示用于代表通向特定汇聚节点的最快路由的相邻节点的速率也减慢了。类似地，如上所述，竞赛号码的重复也减慢了发送更新近路由信息的速率。优选地，使用汇聚节点的分组，并结合竞赛号码的重复，不会叠加地减慢发送和接收更新近路由信息的总速率。但是需要注意，为了高效，重复次数应该至少等于所使用的页面数，或是它的倍数。

例如，在网络的汇聚节点不重复竞赛号码但是汇聚节点分成k组的情形中，与该汇聚节点直接相连的非汇聚节点可以接收所接收的路由信息中包含的每个竞赛号码，但是将仍然只在每k个周期性间隔发送给定汇聚节点的路由信息。因此，来自非汇聚节点的每个路由周期的发射将只包含每第k个竞赛号码。该汇聚节点在发送所述竞赛号码之间可能对自己的路由表进行的对自己的竞赛号码的所有其它更新都被丢弃。此时，即使重复率最小从而允许更快的更新，这些更新仍将通过使用分页而减慢。类似地，若重复率r大于页面数，即使给定汇聚节点的路由信息可能在每k个周期性间隔发送，相同的竞赛号码仍可以发送两次。因此，一个实施例中，选择重复率和页面数相等，使得上述任意机制都不会比另一机制更加减慢发送更新近路由信息的速率。

如所讨论的没有使用分页的实施例，随机选择用于发射路由信息的周期的起始时间的事实会引起旅程时间相对平均旅程时间的偏离。这看作导致在比较经过大量节点传播的两个竞赛号码时竞赛号码的不确定性存在的潜力。当使用分页时，会承受相似但放大的效果。由于组等待时间导致用于路由信息以通过给定路由传播的时间进一步增加，在比较路由信息时竞赛号码存在不确定性的可能变得更大。但是，若竞赛号码重复的次数与页面数相同，那么可以完全消除由于使用分页而产生的效果。应当理解，还可以根据期望的网络运行来选择组数。即，若期望网络拓扑相对动态，可以选择较少组1110，以便在更大聚合路由消息的代价下提供更快的路由更新。相反地，若已知非汇聚节点的部署相对静态(即它们可能不很移动)，那么可以选择较多组，以便可能地减缓路由更新的速率，同时允许聚合路由信息1110的更短发射。一般而言，最优参数选择依赖于考虑可用计算和能量资源在使用的组数与路由更新的频率之间寻求平衡。考虑这些因素的各种配置都在主要实施例的意图范围内。

可以通过在硬件或软件或两者组合中实现的系统来执行上述步骤。每个节点分别包括节点存储器，节点存储器存储了该节点的存储路由信息。每个节点还分别包括一个节点处理器，该节点处理器配置用于接收从相邻节点发送的路由信息，确定该路由信息是否比该节点的存储路由信息更新近，存储所接收的路由信息，并根据节点存储器中存储的存储路由信息在周期性间隔发送更新的路由信息。

每个节点配置为在周期性间隔发送路由信息。该路由信息包括新近度标记，并允许对汇聚节点的标识。当节点是汇聚节点时，该节点还配置用于在发送路由信息时更新对应于它自己的新近度的标记。每周期或每第r个周期进行更新，r是大于1的自然数并表示竞赛号码的重复率。

还应理解，可以在协议栈的任意应用层发送该路由信息。借用本领域中已知的开放系统互联(OSI)模型的术语，可以在数据链路层(例如在媒体访问控制(MAC)层)或网络层(例如使用因特网协议(IP)地址)中发送该消息。

可以通过重新配置系统的组件来实现本申请的系统和方法的其他实施例，而不需另外的组件。

尽管以上描述提供了一些实施例的实例，应当理解，可以轻易地修改所描述的实施例的一些特征和/或功能而不脱离本发明的精神和操作原则。因此，以上描述仅仅是为了说明本发明，而不用于限制，本领域技术人员应当理解，还可以做出其它变化和修改而不脱离权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于在网络中确定路由的方法，其特征在于，所述方法包括：

在周期性间隔从汇聚节点发送路由信息，所述路由信息包括新近度标记并允许对所述汇聚节点的标识；

在周期性间隔从多个节点中的每个节点发送路由信息，所述路由信息基于所述多个节点中每个节点存储的路由信息；

在能够接收路由信息的任意节点重复地接收路由信息；

在每个接收路由信息的节点确定所接收的路由信息是否比所述节点存储的路由信息更新近；以及

若节点所接收的路由信息比所述存储的路由信息更新近，那么在所述节点存储所接收的路由信息；

所述路由信息包括竞赛号码；所述竞赛号码属于整数子集；

在发送自所述汇聚节点的路由信息的连续更新中重复相同的竞赛号码至少一次；

所述子集的大小是基于所述竞赛号码的重复率和网络拓扑的最长无线周期的长度进行选择的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述竞赛号码由一比特表示。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

若在从所述一个或多个相邻节点中的每一个接收相同的竞赛号码后，所述节点从第一个相邻节点接收的路由信息中包含改变的竞赛号码，那么确定所接收的路由信息是更新近的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在每个节点存储从每个节点的一个或多个相邻节点中的每一个接收的最后的竞赛号码。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，从多个节点中的每一个发送的所述路由信息包括对应于多个汇聚节点的多个新近度标记。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在任何节点的所述路由信息进一步包括识别发送所述路由信息的相邻节点。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子集的大小是根据以下公式选择的：

和

其中，r表示的竞赛号码的重复率，c是补偿因子，h是网络拓扑中最长无线周期的长度，N是整数子集的大小。

8.一种用于在网络中建立路由的系统，其特征在于，所述系统包括：

多个节点，每个节点分别包括：

节点存储器；以及

节点处理器，所述节点处理器配置用于：

在周期性间隔发送路由信息，所述路由信息基于所述节点存储器中存储的信息；

接收路由信息；

确定所接收的路由信息是否比所述节点存储的路由信息更新近；以及

若所接收的路由信息比所存储的路由信息更新近，那么在所述节点存储器中存储所接收的路由信息；

其中所述节点中至少一个节点是汇聚节点，所述汇聚节点的处理器还配置用于：

在周期性间隔发送路由信息，所述路由信息包括新近度标记并允许对所述汇聚节点的标识；

所述路由信息包括竞赛号码；所述竞赛号码属于整数子集；

在发送自所述汇聚节点的路由信息的连续更新中重复相同的竞赛号码至少一次；

所述子集的大小是基于所述竞赛号码的重复率和网络拓扑的最长无线周期的长度进行选择的。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述竞赛号码由一比特表示。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

若在从所述一个或多个相邻节点中的每一个接收相同的竞赛号码后，所述节点从第一个相邻节点接收的路由信息中包含改变的竞赛号码，那么确定所接收的路由信息是更新近的。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述节点处理器还配置用于在每个节点存储从每个节点的一个或多个相邻节点中的每一个接收的最后的竞赛号码。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其特征在于，节点处理器还配置用于在周期性间隔发送路由信息，所述路由信息包括对应于多个汇聚节点的多个新近度标记。

13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个节点的每个节点的所述节点处理器还配置用于在任何节点的所述路由信息进一步包括识别发送所述路由信息的相邻节点。

14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述子集的大小是根据以下公式选择的：

和

其中，r表示的竞赛号码的重复率，c是补偿因子，h是网络拓扑中最长无线周期的长度，N是整数子集的大小。