CN103209133A - 一种基于dfm策略的组播树长寿命调整方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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（efficient multicast routingprotocol for wireless sensor networks）、VLM2（a very lightweight mobilemulticast system for wireless sensor networks）和DPTB（Dynamic proxytree-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；

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,…,E_e}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＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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＝{E₁,E₂,…,E_e}中的任意一个共享节点E_e，并记录下E_e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DE_e，且2≤DE_e≤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＝{E₁,E₂,…,E_e}进行排序，得到排序后的共享节点，记为节点—组播序列 $\mathrm{SEB}=[E_e^{\′},\·\·\·E_1^{\′},E_2^{\′},\·\·\·];$

在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E_e记录下在无线传感器网络的组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的参与组播树，记为

若参与组播树是组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的T_k和T_j，则

分别记为用集合表达为参与组播树集 ${\mathrm{LT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=\{{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e},{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e}\};$

所述参与组播树是指任意一共享节点在组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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E_e在参与组播树集

中的

树上的子节点个数，记为

且

步骤203：记录共享节点E_e在参与组播树集中的树上的子节点个数，记为

且

步骤204：依据步骤202、步骤203得到的子节点个数的大小，并由小至大对参与组播树集

进行排序，得到排序后的参与组播树，记为节点—参与组播序列 ${\mathrm{SLT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=[{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e^{\′}},{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e^{\′}}];$

在

中排在最前面的参与组播树的子节点个数为最小；

步骤205：选择

中子节点个数最小的参与组播树，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最小的参与组播树进行分离；

步骤206：然后选择中子节点个数次小的参与组播树，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数次小的参与组播树进行分离；

步骤207：最后选择

中子节点个数最大的参与组播树，若共享节点E_e拥有多于一个以上参与组播树时，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最大的参与组播树进行分离，结束长寿命的组播树调整；

否则，若共享节点E_e拥有一个参与组播树时，结束长寿命的组播树调整。

本发明的DFM策略的具体处理为：

步骤301：共享节点E_e记录在T_k组播树中的子节点集为所述

中的任意一个子节点发送备用父节点请求报文 $\mathrm{BRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{}),$ 执行步骤302；

所述中的

表示共享节点E_e在T_k组播树中的第一个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的第二个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的最后一个子节点，为了方便说明，

也称为共享节点E_e在T_k组播树中的任意一个子节点；

所述

中的TYPE_BRQ表示请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤302：对于T_k组播树上的任意节点N_n，若收到所述备用父节点请求报文

但任意节点N_n不在

的通信路径里，且任意节点N_n也不是共享节点，则任意节点N_n向发送备用父节点应答报文 $\mathrm{BRS}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRS}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{N_n}),$ 执行步骤303；

所述

中的TYPE_BRS表示应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送应答报文的节点标识；

所述

的通信路径是指从T_k组播树中的根节点到子节点

所经过的节点；

步骤303：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点

收到应答报文，则将发送应答报文的节点保存到子节点在T_k组播树中的备用父节点集合 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中，执行步骤304；

若子节点

没有收到应答报文，则备用父节点集合

为空集，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中的表示子节点

在T_k组播树中的第一个备用父节点，

表示子节点

在T_k组播树中的第二个备用父节点，

表示子节点在T_k组播树中的最后一个备用父节点，为了方便说明，

也称为子节点

在T_k组播树中的任意一个备用父节点；

步骤304：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点

具有备用父节点，则向T_k组播树上的自身父节点发送发现备用父节点报文执行步骤305；

所述

中的TYPE_BPD表示发现报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤305：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e收到发现备用父节点报文

后，则E_e将

标记为可释放状态，执行步骤306；

步骤306：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e在T_k组播树中的所有子节点均处于可释放状态，则E_e向它的所有子节点发送释放请求报文

且E_e进入等待释放状态，执行步骤307；

若共享节点E_e在T_k组播树中存在某一个子节点不处于可释放状态，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述中的TYPE_RRQ表示释放请求报文类型，

是参与组播树的标识，是发送释放请求报文的共享节点的标识；

步骤307：在报文收集第二时间t_RRQ内，若子节点

收到共享节点E_e所发送的释放请求报文RRQ后，则向备用父节点集

中的所有备用父节点发送父请求报文 $\mathrm{PRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{PRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{{E_e}^q}^{T_k}}),$ 执行步骤308；

所述

中的TYPE_PRQ表示父请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤308：对于子节点

的任意备用父节点

若

收到

发送的父请求报文PRQ，且

未处于等待释放状态，则向子节点

回复父应答报文否则，向子节点

回复否定回答报文 $\mathrm{NAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{NAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}});$ 执行步骤309；

所述

中的TYPE_ACK表示父应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是任意备用父节点

的标识；

所述

中的TYPE_NAK表示否定回答报文类型，是参与组播树的标识，

是任意备用父节点

的标识；

步骤309：在报文收集第三时间t_ACK内，若子节点

收到

发送的父应答报文ACK；

然后一方面向

的父节点E_e发送允许释放报文 $\mathrm{RAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤310，

另一方面对发送第一个ACK的备用父节点进行标记，记为

所述第一个ACK是指子节点

第一个收到的父应答报文ACK；

若子节点收到了所有备用父节点发送的否定回答报文NAK，则

向E_e发送拒绝释放报文

执行步骤310；

所述

中的TYPE_RAK表示允许释放报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

所述

中的TYPE_RNK表示拒绝释放报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤310：在报文应答第二时间t_RAK内，若共享节点E_e收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则向所有子节点发送释放子节点报文 $\mathrm{RCD}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RCD}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{E_e}),$ 执行步骤311；

若共享节点E_e没有收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述

中的TYPE_RCD表示释放子节点报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送释放子节点报文的节点E_e的标识；

步骤311：在报文收集第四时间t_RCD内，若子节点收到E_e发送的释放子节点报文RCD，则子节点

标记备用父节点

为它的新的父节点，并向

发送父子关系建立报文 $\mathrm{FCC}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{FCC}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}});$ 然后，向共享节点E_e发送释放子节点应答报文

执行步骤312；

所述

中的TYPE_FCC表示父子关系建立报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

所述

中的TYPE_RCR表示释放子节点应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤312：若备用父节点

收到子节点发送的父子关系建立报文FCC，则备用父节点

标记子节点为它的一个新的子节点，并且

成为T_k组播树中非叶节点，执行步骤313；

步骤313：若共享节点E_e收到子节点

发送的释放子节点应答报文RCR，则E_e将

从E_e的子节点集中去除；

若共享节点E_e将在T_k组播树中的所有子节点都从E_e的子节点集中去除，则共享节点E_e更替为T_k组播树中的一个叶节点；

若叶节点E_e不是T_k组播树的数据接收方，则将叶节点E_e从T_k组播树中释放；

否则，叶节点E_e保持与它在T_k组播树中的父节点的通信。

本发明基于DFM策略的组播树长寿命调整方法的优点在于：

（1）在组播树调整过程中，对已经建立的多个组播树利用DFM策略，将存在的共享节点从组播树中分离，实现了节点之间的能耗均衡，从而增加了整个网络的存活时间。

（2）在多个组播数据传输任务并存的场景中，每个组播任务建立一个组播树，导致共享节点的存在，本发明的DFM策略通过共享节点的身份更替，避免共享节点能耗过快，延长了多任务的组播数据传输时间。

附图说明

图1是通过组播路由建立的具有多个组播树的无线传感器网络的结构示意图。

图2是经本发明DFM策略调整后的具有多个组播树的无线传感器网络的结构示意图。

图3是本发明共享节点进行身份更替（ＤＦＭ策略）的流程示意图。

图4是经本发明DFM策略调整前后的具有多个组播树的无线传感器网络的另一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明是一种适用于无线传感器网络的基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，该方法使用DFM策略来分离组播树中已经存在的共享节点，实现各个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。

在多个组播树建立完成后，仍然存在一些共享节点，本发明使用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。

参见图1所示，在一个无线传感器网络中，包括有多个组播树和多个共享节点；每个组播树中包括有根节点、叶节点和非叶节点。一般地，所述共享节点为非叶节点。

在本发明中，多个组播树采用集合的表达形式为TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}，其中，T₁表示第一个组播树、T₂表示第二个组播树、T_j表示第j个组播树，也称为前组播树、T_k表示第k个组播树，也是无线传感器网络的最后一个组播树，k表示组播树的标识。为了方便说明，T_k也称为后组播树。

在本发明中，共享节点采用集合的表达形式为EB＝{E₁,E₂,…,E_e}，其中，E₁表示第一个共享节点、E₂表示第二个共享节点、E_e表示第e个共享节点，也是无线传感器网络的最后一个共享节点，e表示共享节点的标识。为了方便说明，E_e也称为任意一共享节点。

本发明的一种基于DFM策略的组播树长寿命调整方法，该方法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。所述DFM策略是指通过报文收发实现对共享节点的身份更替。

在本发明第一步骤“依据占有组播树个数选取所需分离的共享节点”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；

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,…,E_e}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＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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＝{E₁,E₂,…,E_e}中的任意一个共享节点E_e，并记录下E_e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DE_e，且2≤DE_e≤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＝{E₁,E₂,…,E_e}进行排序，得到排序后的共享节点，记为节点—组播序列SEB＝[E_e′,…,E₁′,E₂′,…]；

在SEB＝[E_e′,…,E₁′,E₂′,…]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SEB＝[E_e′,…,E₁′,E₂′,…]中占有组播树个数最大至最小的共享节点，随后分别执行第二步骤。

在本发明中，共享节点集EB＝{E₁,E₂,…,E_e}依据占有组播树个数的多少进行排序后，为了区别说明，SEB＝[E_e′,…,E₁′,E₂′,…]代替了EB＝{E₁,E₂,…,E_e}，带有排序形式的共享节点E_e′在组播树中就是共享节点E_e；同理可得，E′就是E₁，E₂′就是E₂。

在本发明中，通过第一步骤的处理首先选取出占有组播树个数最多的那个共享节点，然后依次选出占有组播树个数次之的共享节点。由于占有组播树个数越多的共享节点参与组播数据传输量越大，能量消耗赶快，因而需要优先进行身份更替，以延长无线传感器网络的工作时间。对于节点—组播序列SEB＝[E_e′,…,E₁′,E₂′,…]中的共享节点是要全部进行第二步骤的处理的。

参见图1所示的一个具有多组播树的无线传感器网络，图中有k个组播树，用集合形式表达组播树集记为TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}。

在第一个组播树T₁中：

B节点是第一个组播树T₁的根节点（代表组播数据的发送节点），

节点和

节点分别为B节点在第一个组播树T₁中的子节点，相应地，B节点就是

节点和

节点在第一个组播树T₁中的父节点。

节点和

节点在第一个组播树T₁中都没有子节点，则它们是第一个组播树T₁中的叶节点。

在前组播树T_j中：

A节点是前组播树T_j的根节点（代表组播数据的发送节点），

节点、……、

节点分别为A节点在前组播树T_j中的子节点，相应地，A节点就是

节点、……、节点在前组播树T_j中的父节点；

N_i节点是

节点在前组播树T_j中的子节点，相应地，

节点就是N_i节点在组播树T_j中的父节点；

E_e节点是

节点在前组播树T_j中的子节点，相应地，节点就是E_e节点在组播树T_j中的父节点；

节点、

节点、……、节点分别是N_i节点在前组播树T_j中的子节点，相应地，N_i节点就是

节点、节点、……、

节点在前组播树T_j中的父节点；

节点和

节点是E_e节点在组播树T_j中的子节点，相应地，E_e节点就是

节点和节点在前组播树T_j中的父节点；

节点、

节点、……、

节点、

节点、

节点在前组播树T_j中都没有子节点，则它们是前组播树T_j中的叶节点；

节点、……、

节点、N_i节点、E_e节点在前组播树T_j中都有一个或多个子节点，则它们是前组播树T_j中的非叶节点。

在后组播树T_k中：

S节点是后组播树T_k的根节点（代表组播数据的发送节点），

节点、……、

节点分别为S节点在后组播树T_k中的子节点，相应地，S节点就是

节点、……、节点在后组播树T_k中的父节点；

E_e节点是节点在后组播树T_k中的子节点，相应地，

节点就是E_e节点在后组播树T_k中的父节点；

N_n节点是

节点在后组播树T_k中的子节点，相应地，

节点就是N_n节点在后组播树T_k中的父节点；

节点是E_e节点在后组播树T_k中的子节点，相应地，E_e节点就是节点在后组播树T_k中的父节点；

节点、

节点、……、节点分别是N_n节点在后组播树T_k中的子节点，相应地，N_n节点就是

节点、

节点、……、

节点在后组播树T_k中的父节点；

节点、

节点、节点、……、

节点在后组播树T_k中都没有子节点，则它们是后组播树T_k中的叶节点；

节点、……、

节点、E_e节点、N_n节点在后组播树T_k中都有一个或多个子节点，则它们是后组播树T_k中的非叶节点。

从图1中可以看出，E_e节点存在于前组播树T_j和后组播树T_k中，则E_e节点为共享节点，该共享节点E_e占有组播树个数为2。共享节点E_e有

节点和节点两个父节点，

节点、

节点和

节点三个子节点。节点、

节点和

节点属于前组播树T_j。

节点和

节点属于后组播树T_k。为了实现无线传感器网络的长寿命，则需要对共享节点E_e进行分离，达到能量均衡。

从图4（a）中可以看出，所示无线传感器网络中存在三个组播树，根节点分别为G1、G2、G3，记这三个组播树为T_G1、T_G2、T_G3，节点E_e是三个组播树的共享节点，该共享节点E_e占有组播树个数为3。共享节点E_e有F2节点、G1节点和F3节点三个父节点，C1节点、C2节点、C3节点和C4节点四个子节点。F2节点和C1节点属于组播树T_G3；G1节点、C2节点和C3节点属于组播树T_G1；F3节点和C4节点属于组播树T_G2。在图4中，C5节点是F2节点的子节点，F2节点是G3根节点的子节点，C6节点是F3节点的子节点，F1节点是F3节点的父节点，且是G2根节点的子节点。为了实现无线传感器网络的长寿命，则需要对共享节点E_e进行分离，达到能量均衡。

在本发明中，所述第二步骤“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”的具体操作为：

步骤201：共享节点E_e′记录下在无线传感器网络的组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的参与组播树，记为

若参与组播树是组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的T_k和T_j，则

分别记为

用集合表达为参与组播树集 ${\mathrm{LT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=\{{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e},{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e}\};$

所述参与组播树是指任意一共享节点在组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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E_e在参与组播树集

中的

树上的子节点个数，记为且

步骤203：记录共享节点E_e在参与组播树集中的

树上的子节点个数，记为

且

步骤204：依据步骤202、步骤203得到的子节点个数的大小，并由小至大对参与组播树集

进行排序，得到排序后的参与组播树，记为节点—参与组播序列 ${\mathrm{SLT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=[{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e^{\′}},{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e^{\′}}];$

在

中排在最前面的参与组播树的子节点个数为最小；

在本发明中，参与组播树集

依据拥有子节点个数的多少进行排序后，为了区别说明， ${\mathrm{SLT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=[{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e^{\′}},{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e^{\′}}];$ 代替了 ${\mathrm{SLT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=\{{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e},{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e}\};$ 带有排序形式的参与组播树

在无线传感器网络中就是组播树T_k；同理可得，就是T_j。

步骤205：选择

中子节点个数最小的参与组播树（即T_k组播树），采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最小的参与组播树进行分离；

步骤206：然后选择

中子节点个数次小的参与组播树（即T_j组播树），采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数次小的参与组播树进行分离；

步骤207：最后选择

中子节点个数最大的参与组播树，若共享节点E_e拥有多于一个以上参与组播树时，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最大的参与组播树进行分离，结束长寿命的组播树调整；

否则，若共享节点E_e拥有一个参与组播树时，结束长寿命的组播树调整。

在本发明中，通过第二步骤的处理首先选取出子节点个数最小的参与组播树，然后依次选出子节点个数次之的参与组播树。由于子节点个数越小的参与组播树越容易为子节点找到备用父节点，从而将共享节点从该参与组播树中分离，实现对共享节点的能量均衡，以延长无线传感器网络的工作时间。

从图1中可以看出，共享节点E_e在参与组播树中需要进行分离，共享节点E_e在

参与组播树中的子节点个数为1，共享节点E_e在

参与组播树中的子节点个数为2；采用ＤＦＭ策略先对子节点个数为1的参与组播树进行共享节点E_e的先分离；然后才对子节点个数为2的

参与组播树进行共享节点E_e的分离，分离后共享节点E_e只属于前组播树T_j中。

经过DFM策略调整后，图1中的具有多个组播树的无线传感器网络结构示意图变化为如图2所示。节点E_e不再是后组播树T_k上的节点，从而节点E_e不再是共享节点。具体地，在后组播树T_k中，节点E_e不再是节点

的子节点，从而节点

变为叶节点（即非叶更替节点，如图2所示）；节点E_e不再是节点

的父节点，节点

成为节点

的新的父节点，从而

变为非叶节点（即叶更替节点，如图2所示）。从图2中可以看出本发明的组播树调整方法减少了共享节点的个数，使得各组播树上的各节点的能耗分配更加均衡，从而延长了无线传感器网络的工作时间。

从图4（a）中可以看出，在DFM策略调整前，节点E_e是三个组播树的共享节点，即共享节点E_e的参与组播树集为

共享节点E_e在参与组播树

中需要进行分离，共享节点E_e在

参与组播树中的子节点个数为2，共享节点E_e在

参与组播树中的子节点个数为1，共享节点E_e在

参与组播树中的子节点个数为1；采用ＤＦＭ策略先对子节点个数为1的

参与组播树进行共享节点E_e的先分离；然后才对子节点个数为1的

参与组播树进行共享节点E_e的分离，最后对子节点个数为2的

参与组播树进行共享节点E_e的分离，分离后共享节点E_e只属于组播树中。

经过DFM策略调整后，图4（a）中的具有多个组播树的无线传感器网络另一结构示意图变化为如图4（c）所示。共享节点E_e在组播树T_G1中的子节点集为共享节点E_e在组播树T_G2中的子节点集为

共享节点E_e在组播树T_G3中的子节点集为

依据第二步骤得到节点—参与组播序列

首先采用DFM策略将共享节点E_e从组播树G₂中进行分离，分离后的结果如图4（b）所示，即在组播树G₂中，节点E_e不再是节点F₃的子节点，节点E_e不再是节点C₄的父节点，节点C₆成为节点C₄的新的父节点，从而节点C₆变为非叶节点。然后采用DFM策略将共享节点E_e从组播树T_G3中进行分离，分离后的结果如图4（c）所示，即在组播树T_G3中，节点E_e不再是节点F₂的子节点，节点E_e不再是节点C₁的父节点，节点C₅成为节点C₁的新的父节点，从而节点C₅变为非叶节点。此时，节点E_e只拥有一个组播树T_G1，结束长寿命的组播树调整。

在本发明中，参见图3所示，所述ＤＦＭ策略的具体操作为：

步骤301：共享节点E_e（即第一个排序后的共享节点E_e′）记录下在T_k组播树（即第一个排序后的参与组播树）中的子节点集为

所述中的任意一个子节点发送备用父节点请求报文 $\mathrm{BRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤302；

所述

中的表示共享节点E_e在T_k组播树中的第一个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的第二个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的最后一个子节点，为了方便说明，

也称为共享节点E_e在T_k组播树中的任意一个子节点；

所述 $\mathrm{BRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}})$ 中的

表示请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤302：对于T_k组播树上的任意节点N_n，若收到所述备用父节点请求报文

但任意节点N_n不在

的通信路径里，且任意节点N_n也不是共享节点，则任意节点N_n向

发送备用父节点应答报文 $\mathrm{BRS}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRS}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{N_n}),$ 执行步骤303；

所述

中的TYPE_BRS表示应答报文类型，是参与组播树的标识，

是发送应答报文的节点标识；

所述

的通信路径是指从T_k组播树中的根节点到子节点

所经过的节点；

步骤303：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点

收到应答报文，则将发送应答报文的节点保存到子节点在T_k组播树中的备用父节点集合 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中，执行步骤304；

若子节点

没有收到应答报文，则备用父节点集合

为空集，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中的

表示子节点

在T_k组播树中的第一个备用父节点，

表示子节点

在T_k组播树中的第二个备用父节点，

表示子节点在T_k组播树中的最后一个备用父节点，为了方便说明，

也称为子节点

在T_k组播树中的任意一个备用父节点；

步骤304：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点具有备用父节点，则向T_k组播树上的自身父节点发送发现备用父节点报文

执行步骤305；

所述

中的TYPE_BPD表示发现报文类型，是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤305：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e收到发现备用父节点报文

后，则E_e将

标记为可释放状态，执行步骤306；

步骤306：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e在T_k组播树中的所有子节点均处于可释放状态，则E_e向它的所有子节点发送释放请求报文

且E_e进入等待释放状态，执行步骤307；

若共享节点E_e在T_k组播树中存在某一个子节点不处于可释放状态，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述

中的TYPE_RRQ表示释放请求报文类型，

是参与组播树的标识，是发送释放请求报文的共享节点的标识；

步骤307：在报文收集第二时间t_RRQ内，若子节点

收到共享节点E_e所发送的释放请求报文RRQ后，则向备用父节点集

中的所有备用父节点发送父请求报文 $\mathrm{PRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{PRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤308；

所述

中的TYPE_PRQ表示父请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤308：对于子节点

的任意备用父节点若

收到

发送的父请求报文PRQ，且

未处于等待释放状态，则向子节点回复父应答报文 $\mathrm{ACK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{ACK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}});$ 否则，向子节点

回复否定回答报文 $\mathrm{NAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{NAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}});$ 执行步骤309；

所述 $\mathrm{ACK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{ACK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}})$ 中的TYPE_ACK表示父应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是任意备用父节点

的标识；

所述 $\mathrm{NAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{NAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}})$ 中的TYPE_NAK表示否定回答报文类型，

是参与组播树的标识，

是任意备用父节点

的标识；

步骤309：在报文收集第三时间t_ACK内，若子节点

收到

发送的父应答报文ACK；

然后一方面向

的父节点E_e发送允许释放报文 $\mathrm{RAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{}),$ 执行步骤310，

另一方面对发送第一个ACK的备用父节点进行标记，记为

所述第一个ACK是指子节点

第一个收到的父应答报文ACK；

若子节点

收到了所有备用父节点发送的否定回答报文NAK，则向E_e发送拒绝释放报文 $\mathrm{RNK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RNK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{}),$ 执行步骤310；

所述 $\mathrm{RAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{})$ 中的TYPE_RAK表示允许释放报文类型，是参与组播树的标识，是子节点的标识；

所述 $\mathrm{RNK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RNK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{})$ 中的TYPE_RNK表示拒绝释放报文类型，

是参与组播树的标识，是子节点的标识；

步骤310：在报文应答第二时间t_RAK内，若共享节点E_e收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则向所有子节点发送释放子节点报文 $\mathrm{RCD}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RCD}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{E_e}),$ 执行步骤311；

若共享节点E_e没有收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述

中的TYPE_RCD表示释放子节点报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送释放子节点报文的节点E_e的标识；

步骤311：在报文收集第四时间t_RCD内，若子节点

收到E_e发送的释放子节点报文RCD，则子节点

标记备用父节点

为它的新的父节点，并向

发送父子关系建立报文 $\mathrm{FCC}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{FCC}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}}_{});$ 然后，向共享节点E_e发送释放子节点应答报文执行步骤312；

所述

中的TYPE_FCC表示父子关系建立报文类型，是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

所述

中的TYPE_RCR表示释放子节点应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤312：若备用父节点

收到子节点

发送的父子关系建立报文FCC，则备用父节点标记子节点

为它的一个新的子节点，并且

成为T_k组播树中非叶节点（即叶更替节点，图2中所示），执行步骤313；

步骤313：若共享节点E_e收到子节点

发送的释放子节点应答报文RCR，则E_e将

从E_e的子节点集中去除；

若共享节点E_e将在T_k组播树中的所有子节点都从E_e的子节点集中去除，则共享节点E_e更替为T_k组播树中的一个叶节点；

若叶节点E_e不是T_k组播树的数据接收方，则将叶节点E_e从T_k组播树中释放；

否则，叶节点E_e保持与它在T_k组播树中的父节点的通信。

在本发明中，DFM策略以报文收发时间进行报文的请求、应答，为共享节点的子节点找到备用父节点，从而将子节点与共享节点进行身份更替，实现无线传感器网络中共享节点的分离，延长网络的寿命。

Claims (6)

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＝{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；

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,…,E_e}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＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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＝{E₁,E₂,…,E_e}中的任意一个共享节点E_e，并记录下E_e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DE_e，且2≤DE_e≤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＝{E₁,E₂,…,E_e}进行排序，得到排序后的共享节点，记为节点—组播序列 $\mathrm{SEB}=[E_e^{\′},\·\·\·E_1^{\′},E_2^{\′},\·\·\·];$

在

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。

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E_e记录下在无线传感器网络的组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的参与组播树，记为

若参与组播树是组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}中的T_k和T_j，则

分别记为

用集合表达为参与组播树集 ${\mathrm{LT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=\{{\mathrm{LT}}_{T_j}^{E_e},{\mathrm{LT}}_{T_k}^{E_e}\};$

所述参与组播树是指任意一共享节点在组播树集TA＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_k}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E_e在参与组播树集

中的

树上的子节点个数，记为

且

步骤203：记录共享节点E_e在参与组播树集

中的

树上的子节点个数，记为且

步骤204：依据步骤202、步骤203得到的子节点个数的大小，并由小至大对参与组播树集

进行排序，得到排序后的参与组播树，记为节点—参与组播序列 ${\mathrm{SLT}}_{\mathrm{TA}}^{E_e}=[{\mathrm{LT}}_{T_k}^{{E_e}^{\′}},{\mathrm{LT}}_{T_j}^{{E_e}^{\′}}];$

在

中排在最前面的参与组播树的子节点个数为最小；

步骤205：选择

中子节点个数最小的参与组播树，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最小的参与组播树进行分离；

步骤206：然后选择

中子节点个数次小的参与组播树，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数次小的参与组播树进行分离；

步骤207：最后选择

中子节点个数最大的参与组播树，若共享节点E_e拥有多于一个以上参与组播树时，采用DFM策略将共享节点E_e从子节点个数最大的参与组播树进行分离，结束长寿命的组播树调整；

否则，若共享节点E_e拥有一个参与组播树时，结束长寿命的组播树调整。

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E_e记录在T_k组播树中的子节点集为所述

中的任意一个子节点发送备用父节点请求报文 $\mathrm{BRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤（302）；

所述 ${\mathrm{Cld}}_{E_e}^{T_k}=\{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}1}^{T_k},{\mathrm{Cld}}_{E_{e}2}^{T_k},\·\·\·{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}\}$ 中的

表示共享节点E_e在T_k组播树中的第一个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的第二个子节点，

表示共享节点E_e在T_k组播树中的最后一个子节点，为了方便说明，

也称为共享节点E_e在T_k组播树中的任意一个子节点；

所述中的TYPE_BRQ表示请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤302：对于T_k组播树上的任意节点N_n，若收到所述备用父节点请求报文但任意节点N_n不在的通信路径里，且任意节点N_n也不是共享节点，则任意节点N_n向

发送备用父节点应答报文 $\mathrm{BRS}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{BRS}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{N_n}),$ 执行步骤（303）；

所述

中的TYPE_BRS表示应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送应答报文的节点标识；

所述

的通信路径是指从T_k组播树中的根节点到子节点

所经过的节点；

步骤303：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点

收到应答报文，则将发送应答报文的节点保存到子节点在T_k组播树中的备用父节点集合 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中，执行步骤（304）；

若子节点

没有收到应答报文，则备用父节点集合

为空集，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述 ${\mathrm{LBP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}^{T_k}=\{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}1}^{T_k},{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}2}^{T_k},\·\·\·,{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}\}$ 中的

表示子节点

在T_k组播树中的第一个备用父节点，

表示子节点

在T_k组播树中的第二个备用父节点，

表示子节点

在T_k组播树中的最后一个备用父节点，为了方便说明，

也称为子节点

在T_k组播树中的任意一个备用父节点；

步骤304：在报文收集第一时间t_BRS内，若子节点

具有备用父节点，则向T_k组播树上的自身父节点发送发现备用父节点报文执行步骤（305）；

所述

中的TYPE_BPD表示发现报文类型，

是参与组播树的标识，是子节点的标识；

步骤305：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e收到发现备用父节点报文后，则E_e将

标记为可释放状态，执行步骤（306）；

步骤306：在报文应答第一时间t_BPD内，若共享节点E_e在T_k组播树中的所有子节点均处于可释放状态，则E_e向它的所有子节点发送释放请求报文

且E_e进入等待释放状态，执行步骤（307）；

若共享节点E_e在T_k组播树中存在某一个子节点不处于可释放状态，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述

中的TYPE_RRQ表示释放请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送释放请求报文的共享节点的标识；

步骤307：在报文收集第二时间t_RRQ内，若子节点收到共享节点E_e所发送的释放请求报文RRQ后，则向备用父节点集中的所有备用父节点发送父请求报文 $\mathrm{PRQ}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{PRQ}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤（308）；

所述

中的TYPE_PRQ表示父请求报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤308：对于子节点

的任意备用父节点

若

收到发送的父请求报文PRQ，且

未处于等待释放状态，则向子节点

回复父应答报文 $\mathrm{ACK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{ACK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}});$ 否则，向子节点

回复否定回答报文 $\mathrm{NAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{NAK}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{BP}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}p}^{T_k}});$ 执行步骤（309）；

所述

中的TYPE_ACK表示父应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是任意备用父节点

的标识；

所述

中的TYPE_NAK表示否定回答报文类型，是参与组播树的标识，

是任意备用父节点的标识；

步骤309：在报文收集第三时间t_ACK内，若子节点

收到

发送的父应答报文ACK；

然后一方面向

的父节点E_e发送允许释放报文 $\mathrm{RAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RAK}},{\mathrm{ID}}_{T_e},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤（310），

另一方面对发送第一个ACK的备用父节点进行标记，记为

所述第一个ACK是指子节点

第一个收到的父应答报文ACK；

若子节点

收到了所有备用父节点发送的否定回答报文NAK，则

向E_e发送拒绝释放报文 $\mathrm{RAK}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RAK}},{\mathrm{ID}}_{T_e},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}}),$ 执行步骤（310）；

所述

中的TYPE_RAK表示允许释放报文类型，是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

所述

中的TYPE_RNK表示拒绝释放报文类型，

是参与组播树的标识，是子节点的标识；

步骤310：在报文应答第二时间t_RAK内，若共享节点E_e收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则向所有子节点发送释放子节点报文 $\mathrm{RCD}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{RCD}},{\mathrm{ID}}_{T_k},{\mathrm{ID}}_{E_e}),$ 执行步骤（311）；

若共享节点E_e没有收到在T_k组播树中的所有子节点的允许释放报文RAK，则共享节点E_e放弃节点身份更替；

所述

中的TYPE_RCD表示释放子节点报文类型，

是参与组播树的标识，

是发送释放子节点报文的节点E_e的标识；

步骤311：在报文收集第四时间t_RCD内，若子节点

收到E_e发送的释放子节点报文RCD，则子节点

标记备用父节点

为它的新的父节点，并向发送父子关系建立报文 $\mathrm{FCC}=({\mathrm{TYPE}}_{\mathrm{FCC}},{\mathrm{ID}}_{T_e},{\mathrm{ID}}_{{\mathrm{Cld}}_{E_{e}q}^{T_k}});$ 然后，向共享节点E_e发送释放子节点应答报文

执行步骤（312）；

所述中的TYPE_FCC表示父子关系建立报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

所述

中的TYPE_RCR表示释放子节点应答报文类型，

是参与组播树的标识，

是子节点的标识；

步骤312：若备用父节点

收到子节点

发送的父子关系建立报文FCC，则备用父节点

标记子节点

为它的一个新的子节点，并且成为T_k组播树中非叶节点，执行步骤（313）；

步骤313：若共享节点E_e收到子节点

发送的释放子节点应答报文RCR，则E_e将

从E_e的子节点集中去除；

若共享节点E_e将在T_k组播树中的所有子节点都从E_e的子节点集中去除，则共享节点E_e更替为T_k组播树中的一个叶节点；

若叶节点E_e不是T_k组播树的数据接收方，则将叶节点E_e从T_k组播树中释放；

否则，叶节点E_e保持与它在T_k组播树中的父节点的通信。

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。

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