CN103686917B - 非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于计算机网络技术领域的一种非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法。该方法设计了无中心管理服务器下的无线传感器网络分布式图路由计算方法；定义了图路由交互报文的格式；设计了非对称链路状态下行链路(DOWN‑LINK)、上行链路(UP‑LINK)、点到点(peer to peer,P2P)三种模式图路由的建立、交互、更新过程。该发明旨在解决无线传感器网络在非对称链路环境下建立路由时的路由不对称问题，同时，在缺少中心管理服务器的情况下，利用分布式路由计算方法，解决集中式图路由的硬件瓶颈问题。该发明提出的分布式图路由协议能够有效减少传统图路由的管理控制开销，增强网络的健壮性，整体优化了无线传感器网络路由性能。
Description
技术领域
本发明属于计算机网络技术领域。特别涉及一种非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法。
背景技术
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）技术是现代通信技术和计算机网络技术的重要组成部分，它是由分布在观测区域内的大量传感器节点组成，节点间通过无线通信技术构成一个多跳传输的自组织网络。各传感器节点感知的物理世界对象信息（如：温度、湿度、加速度、光强等），经过网络传输后，汇聚至网关、服务器以及观察者。
近年来，随着物联网的兴起和发展，无线传感器网络技术受到了更多的关注，其逐渐成为实现物理世界和信息世界相互融合的重要保障。目前无线传感器网络技术已广泛应用于智能交通、智能电网、智能家居、工业控制、环境监测、医疗保健、军事等领域。
随着无线传感器网络应用领域的扩展，无线传感器节点也呈现多样化趋势。这主要体现在两个方面，首先是节点功能的多样化，举例来说，采集温度、光强等简单信息只需要使用低处理能力、低功耗的单片机节点；而采集多媒体信息时则需要采用高处理能力的ARM节点。其次是生产厂家不同造成的节点异构性。不同厂家生产的传感器节点可能采用不同的通信标准和物理接口，从而导致设备之间的差异性。图1表示的是无线传感器网络系统的基本结构，一般包括：各种类型的传感器节点（sensor node）、汇聚节点（sink node）和服务管理设备。
无线传感器网络拥有数量众多、种类不同的节点设备，由于节点硬件资源受限，通常情况下，节点的无线信号覆盖范围较小(数十米至数百米)，数据包一般需要通过多跳中继传输，因此，路由协议的设计和实现直接关系到无线传感器网络的性能。
图路由协议是一种新型的二层路由协议，其具有转发迅速、节省路由存储空间、可控可管性高等优点，因而被许多标准推荐（如ISA-100.a、WirelessHART等）。以下是图路由的一个实例，以说明具体的路由过程。
图路由中的图是一系列路由信息的定向连接。每个图由一个图ID标识。图之间的链接由系统中心管理服务器设定。一个网络可能有很多种图，有些还可能重叠。每个设备可能有多个图通过，甚至通过同一个邻居节点。
如图2所示，Node20利用图路由(图ID=1)与Node25通信。Node20可能将它发送至Node21或Node22。从不同的中间设备出发，数据包可能通过几种不同的路径，但无论哪条路径，数据包都将到达Node25。同样的，要与Node24通信，Node20可以通过Node021或Node22按照图路由(图ID=2)传送数据包，任一条路径都会发送数据包至Node24。
为了使数据包按照图进行传输，路径上的每个设备都需要保存一个包含入口的图路由表，这些入口包括了图ID和邻居设备的地址。一个路由节点根据图ID进行查找然后将数据包送至任何一个合适的邻居设备。一旦邻居设备告知已收到数据包，源设备将从路由信息缓存中释放该数据包，反映了Node20图路由表内容。
然而图路由也有其局限性，一般来说，图路由采用集中式处理，路由建立、更新过程须交由中心管理服务器计算和维护。然而无线传感器网络在许多部署环境下并无中心基础设备，特别是在一些户外应用中。同时，采用集中式处理过程也会带来额外的数据传输开销和时延，这会对某些时间敏感的应用产生较大的影响。此外，传统的图路由未考虑链路的非对称性。链路的非对称性主要是指由于节点间相互通信时彼此的无线信号覆盖范围或者接收灵敏度不同引起的数据传输非对称现象。举例来说，节点A发送数据信息，节点B能侦听到，但节点B发送的数据，节点A却可能无法接收到。在实际环境中，这种链路非对称现象主要是由于节点的异构性所产生的，此外，物理环境的差异(如障碍物等)也可能造成这种现象的产生。非对称链路可能导致在传统图路由协议建立、交互、更新路由的过程中，产生无效图或路由，因此需要对其进行改进和优化。
发明内容
本发明的目的是提出一种非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，包括：
1）针对非对称链路的特殊性，重新定义四种路由交互报文，采用多次“握手”的方式，对上行链路（UP-LINK）和下行链路（DOWN-LINK）区分度量，最终建立、点对点（P2P）三种模式的路由图；
2）针对无中心管理服务器的条件，所有路由交互过程均采用分布式处理，无需借助服务器计算路由结果；其特征在于，具体方案如下：
（1）定义路由交互报文格式
1.1，路由对象请求报文的格式，000类型的表示ROS（Route ObjectSolicitation,ROS）报文；ROS报文用于主动路由请求和P2P图建立请求过程；该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制和图ID；
1.2.路由对象指示报文的格式：001类型的表示ROI（Route Object Indication,ROI）报文，用于广播网络路由信息和P2P图分配过程；该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、度量函数、等级、跳数限制、路由图ID和分配图ID；
1.3.下行链路确认报文的格式，010类型的表示DLA（DOWN-LINKAcknowledgement,DLA）报文；用于度量下行链路路由，该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制、UP-LINK图ID、子节点数量、子节点地址、DOWN-LINK图ID和路由度量值；即该DLA报文包括子节点的地址信息、路由图信息以及路由度量信息。
1.4上行链路确认报文，011类型的表示ULA（UP-LINK Acknowledgement,ULA）报文；用于度量上行链路路由，该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制和路由度量值；
（2）建立DOWN-LINK、UP-LINK、P2P三种模式的路由图
2.1.DOWN-LINK图建立
2.1.1网络初始化阶段，所有节点重新开启电源，此时所有节点均未建立路由；
2.1.2.以根节点开始，广播ROI报文，ROI报文包括源节点地址、路由度量函数、图ID和等级信息；该广播ROI报文的有效范围为一跳，即收到ROI报文的节点在处理该报文后应立即将其丢弃；
2.1.3.收到该ROI信息的节点，解析路由头部字段，并根据其中的信息组装DLA数据包，随后单播回复ROI报文源节点；ROI报文的源节点收到DLA后，根据路由度量函数和路由度量值计算最优下行链路，利用计算结果更新DOWN-LINK图路由表；
2.1.4，所有至子节点的路由都应利用DLA报文将信息传输至DOWN-LINK图的父节点，每当子节点路由信息改变时，则会触发DLA报文，向上进行路由更新；
,2.2.UP-LINK图建立
2.2.1.建立UP-LINK图即建立上行链路的过程，紧随在建立DOWN-LINK过程之后；在步骤2.1.3后，收到DLA数据报文的节点回复给产生该DLA报文的源节点一个ULA。收到ULA报文的节点经过路由度量函数的计算，选择最优上行链路，并更新UP-LINK图路由表；
2.2.2.只有建立了UP-LINK图，拥有了到根节点路由的节点才能发送ROI报文；
2.3.建立P2P图
2.3.1.P2P图是指两个非根节点之间的路由图；首先以数据包源节点为起始，单播一个的ROS报文，该报文沿UP-LINK图传输，目的地址字段填写数据包目的节点所对应的地址；
2.3.2.数据包向上传输，直至某一父节点拥有至目的节点的下行路由；
2.3.3.该父节点生成对应P2P图的图ID，并产生ROI报文，组播给P2P图中所有节点，随后，源节点和目的节点之间的数据包遵循该P2P图进行路由。
所述步骤2.1.3中如果存在次优节点，则次优节点作为备选节点；如果某节点长时间未收到ROI数据报文，则其主动发送ROS数据报文，收到ROS数据报文的节点应立即回应ROI数据报文；.
所述步骤2.2.1中如果存在次优节点，则次优节点作为备选父节点。
所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议的运行机制，具体采用三次“握手”机制：
1）第一次“握手”过程是已建立路由的节点广播ROI信息，收到ROI信息的节点以此获取网络的路由度量函数，节点等级等信息；
2）第二次“握手”过程是收到ROI信息的节点，回复DLA报文，收到DLA报文的节点可以度量下行链路路由，并以此建立DOWN-LINK图；
3）第三次“握手”过程是收到DLA报文的节点，回复ULA报文，收到ULA报文的节点可以度量上行链路路由，并以此建立UP-LINK图。
所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议的运行过程，包括：
1）ROS报文的主动路由请求功能用于节点长时间无可用路由，且未收到ROI报文的情况，此时节点主动广播ROS报文，该ROS报文的跳数限制为1跳，收到ROS报文的节点必须及时回复ROI报文；ROS报文的P2P图建立请求功能用于非根节点之间通信的情况，源节点单播ROS报文，请求父节点分配该节点至目的节点的P2P图；
2）ROI报文的广播网络路由信息功能用于按定时器设定或由ROS报文触发广播网络路由信息，如路由度量函数、等级等。ROI报文的P2P图分配功能用于非根节点之间通信的情况，父节点收到源节点的P2P通信请求，生成P2P图后，将路由信息分配给相关节点；
3）DLA报文的度量下行链路路由功能用于在非对称链路的条件下生成DOWN-LINK图。收到DLA报文的节点，可以确定其至DLA报文的源节点下行链路可达；
4)ULA报文的度量上行链路路由功能用于在非对称链路的条件下生成UP-LINK图。收到ULA报文的节点，可以确定其至ULA报文的源节点上行链路可达。
本发明的有益效果是本发明所适用的无线传感器网络中，包含汇聚节点和各种类型的传感器节点，其中节点之间可能存在非对称链路；该发明解决无线传感器网络在非对称链路环境下建立路由时的路由不对称问题，同时，在缺少中心管理服务器的情况下，利用分布式路由计算方法，解决集中式图路由的硬件瓶颈问题。该发明提出的分布式图路由协议能够有效减少传统图路由的管理控制开销，增强网络的健壮性，整体优化了无线传感器网络路由性能。
附图说明
图1为无线传感器网络结构；
图2为图路由示例；
图3为路由对象请求报文ROS的格式；
图4为路由对象指示报文ROI的格式；
图5为下行链路确认报文DLA的格式；
图6为上行链路确认报文ULA的格式；
图7为本发明应用场景示意图；
图8为应用场景DOWN-LINK图；
图9为应用场景UP-LINK图；
图10为应用场景P2P图。
具体实施方式
本发明提出一种非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，包括：针对非对称链路的特殊性，重新定义四种路由交互报文，采用多次“握手”的方式，对上行和下行链路区分度量，最终建立DOWN-LINK、UP-LINK、P2P三种模式的路由图；针对无中心管理服务器的条件，所有路由交互过程均采用分布式处理，无需借助服务器计算路由结果；下面现结合附图对本发明详细说明如下：
图3表示的是路由对象请求报文的格式：类型：000，表示ROS（Route ObjectSolicitation,ROS）报文；优先级：表示数据包的转发优先级别，数值越大优先级越高；地址压缩控制：根据IEEE802.15.4标准，无线传感器网络节点的地址通常分为长地址64bit和短地址16bit，字段00表示源节点和目的地址字段省略，即如果源节点和目的节点只有一跳，则地址信息已经包含在IEEE802.15.4的MAC头部中；字段01表示源地址和目的地址均采用16bit；字段10表示源地址和目的地址均采用64bit；字段11表示保留；源地址：产生数据包的源节点地址；目的地址：产生数据包的目的节点地址；序列号：用于标识数据包，每产生一个新数据包序列号加1；跳数限制：数据包被转发的最大次数，超过该最大转发次数的数据包应该被丢弃；图ID：用以进行路由的图标识，其中，图ID=0表示等待分配有效图。
图4表示的是.路由对象指示报文的格式：类型：001，表示ROI（Route ObjectIndication,ROI）报文。优先级：表示数据包的转发优先级别，数值越大优先级越高。地址压缩控制：根据IEEE802.15.4标准，无线传感器网络节点的地址通常分为长地址64bit和短地址16bit。该字段00表示源节点和目的地址字段省略（如果源节点和目的节点只有一跳，则地址信息已经包含在IEEE802.15.4的MAC头部中）；01表示源地址和目的地址均采用16bit；10表示源地址和目的地址均采用64bit；11保留。源地址：产生数据包的源节点地址。目的地址：产生数据包的目的节点地址。序列号：用于标识数据包，每产生一个新数据包序列号加1。度量函数：定义路由度量和选路方法，例如度量函数字段为0时表示以最小跳数计算路由。等级：度量函数计算出的结果，用来避免路由环路问题，数值越小表示等级越高。跳数限制：数据包被转发的最大次数，超过该最大转发次数的数据包应该被丢弃。路由图ID：该ROI报文进行路由的图标识。分配图ID：给节点分配的路由图ID。
图5表示的是下行链路确认报文报文的格式。类型：010，表示DLA（DOWN-LINKAcknowledgement,DLA）报文。优先级：表示数据包的转发优先级别，数值越大优先级越高。地址压缩控制：根据IEEE802.15.4标准，无线传感器网络节点的地址通常分为长地址64bit和短地址16bit。该字段00表示源节点和目的地址字段省略（如果源节点和目的节点只有一跳，则地址信息已经包含在IEEE802.15.4的MAC头部中）；01表示源地址和目的地址均采用16bit；10表示源地址和目的地址均采用64bit；11保留。源地址：产生数据包的源节点地址。目的地址：产生数据包的目的节点地址。序列号：用于标识数据包，每产生一个新数据包序列号加1。跳数限制：数据包被转发的最大次数，超过该最大转发次数的数据包应该被丢弃。UP-LINK图ID：该DLA数据包上行的路由图。子节点数量：该节点拥有子节点的数目，包含自身。子节点地址：子节点的地址，16bit/64bit。DOWN-LINK图ID：对应每一个子节点的下行路由图标识。路由度量值：进行路由计算时的度量。
图6表示的是上行链路确认报文（UP-LINK Acknowledgement,ULA）。类型：011，表示ULA报文。优先级：表示数据包的转发优先级别，数值越大优先级越高。地址压缩控制：根据IEEE802.15.4标准，无线传感器网络节点的地址通常分为长地址64bit和短地址16bit。该字段00表示源节点和目的地址字段省略（如果源节点和目的节点只有一跳，则地址信息已经包含在IEEE802.15.4的MAC头部中）；01表示源地址和目的地址均采用16bit；10表示源地址和目的地址均采用64bit；11保留。源地址：产生数据包的源节点地址。目的地址：产生数据包的目的节点地址。序列号：用于标识数据包，每产生一个新数据包序列号加1。跳数限制：数据包被转发的最大次数，超过该最大转发次数的数据包应该被丢弃。路由度量值：进行路由计算时的度量。
图7为本发明应用场景示意图。该示意图中，sink节点为汇聚节点，A，B，C，D，E，F，G，I，J，K为传感器节点。箭头表示节点之间的通信链路情况，例如A→B表示A可以发送数据包给节点B，但节点B发送的数据包，A无法直接接收到。同理，A←→B表示节点A与节点B之间能够直接互相通信。
本发明具体的实施步骤将分别以DOWN-LINK图、UP-LINK图、P2P图来说明：
1.DOWN-LINK路由具体实施步骤
以sink节点为根节点，其最先开始广播ROI报文。此时，因为其他节点还无法建立到根节点的路由，因此其他节点均保持沉默。
根节点的ROI数据报文的格式如下，类型：001。优先级：默认010。地址压缩控制：01，假设源地址和目的地址均采用16bit。源地址：sink节点地址。目的地址：0xFFFF，广播地址。序列号：00000001。度量函数：0，假设度量函数字段为0时表示以最小跳数计算路由。等级：0，对应至sink节点的最小跳数为0，表示等级最高。跳数限制：0001，ROI广播时有效范围只有一跳。路由图ID：0，无效路由，表示广播时不需要路由。分配图ID：0x0001，代表UP-LINK图ID，默认为1。
节点A、B、C在根节点的通信范围内，因此能收到该ROI数据报文。以节点A为例，在收到该报文后，A回复根节点DLA报文，该报文的格式为如下，类型：010，表示DLA报文。优先级：010。地址压缩控制：01。源地址：A的地址。目的地址：sink节点的地址。序列号：00000001。跳数限制：默认1111。UP-LINK图ID：0x0001，上行链路图默认为1。子节点数量：00000001，此时该节点只包含自身，并无其他子节点。子节点地址：节点A地址。DOWN-LINK图ID：0x0002。路由值度量：00000001，跳数为1跳。
Sink节点收到DLA报文后，更新DOWN-LINK图路由表。其他节点建立DOWN-LINK图的方式类似。当网络路由稳定后，DOWN-LINK图建立，如图8所示为根节点至节点G的下行图，对应的图路由表1所示（假设该下行图ID为0x0006）。
假如DOWN-LINK图的路由信息发生了变化，以H为例，如果有新节点M加入网络，并以H节点为DOWN-LINK图的上一跳。节点H应产生DLA报文发送给节点D，该DLA报文包含新的子节点路由信息，具体格式如下，类型：010，表示DLA报文。优先级：010。地址压缩控制：01。源地址：节点H的地址。目的地址：sink节点的地址。序列号：00000010。跳数限制：默认1111。UP-LINK图ID：0x0001，上行链路图默认为1。子节点数量：00000010，包括节点自身和节点M。子节点地址：节点A地址，节点M地址。图ID：0x0002，0x0003。路由值度量：00000000，00000001，表示节点H距自己0跳，距节点M1跳。节点收到该DLA报文后更新DOWN-LINK图，并沿UP-LINK图向上转发该DLA报文。
在路由更新的过程中，若发送ROI报文的节点等级大于收到该ROI报文的节点等级，则应丢弃该ROI报文，防止产生路由环路。
2.UP-LINK路由具体实施步骤
以根节点与节点A的上行路由建立过程为例，节点A收到根节点的ROI信息后，会回复根节点DLA报文，节点A收到DLA报文后，会回复A节点ULA报文，该报文的格式如下，类型：011，表示ULA报文。优先级：010。地址压缩控制：01。源地址：接收DLA报文的地址，即sink节点的地址。目的地址：发送DLA报文的地址，即A的地址。序列号：00000001。跳数限制：1111。路由度量值：0，sink节点距自己为0跳。
节点A收到ULA报文后，会根据最小跳数原则选择最优父节点（如果存在次优节点，次优节点作为备选节点），并更新图路由表。最终，当网络稳定后，整个网络的UP-LINK路由如图9所示，图路由表如表1所示。
表1UP-LINK图路由表
| 节点 | 图ID | 邻居地址 |
| A | 1 | Sink |
| B | 1 | Sink |
| C | 1 | Sink,B |
| D | 1 | A，E |
| E | 1 | A |
| F | 1 | B |
| G | 1 | F |
| H | 1 | D |
| I | 1 | E |
| J | 1 | G |
| K | 1 | G |
如果由于链路不对称等原因，节点A未收到根节点的ULA报文，则节点A会判定其与根节点的上行链路不可达。此时，节点A会等待其他邻居节点的ROI信息。
只有建立UP-LINK图路由的节点，才能开始发送ROI信息，因为此时说明它拥有至根节点的路由。
若新入网节点长时间未收到其他节点的ROI信息，则其可以主动广播ROS报文，收到ROS报文的节点必须及时回复ROI报文。该ROS报文格式如下，类型：000，表示ROS报文。优先级：010。地址压缩控制：01。源地址：发起ROS报文的源地址。目的地址：0xFFFF。序列号：00000011。跳数限制：0001。图ID：0，图ID=0表示等待分配有效图。
3.P2P路由具体实施步骤
以节点I至节点H通信为例，节点I先按照UP-LINK路由单播ROS报文给父节点，该报文格式如下，类型：000，表示ROS报文。优先级：010。地址压缩控制：01。源地址：节点I地址。目的地址：节点H地址。序列号：00000100。跳数限制：1111。图ID：0x0001。
节点E收到报文后，查询DOWN-LINK路由表是否有至节点H的路由，经过查询未发现至节点H的路由，则转发该ROS报文给其父节点A。
节点A收到ROS后，查询发现存在至节点H的下行路由，此时，节点A生成P2P图ID，并产生ROI数据包并组播给相关节点，此例子中，相关节点包括节点D、E、H、I。以发送至节点I的ROI报文为例，格式如下，类型：001。优先级：默认010。地址压缩控制：01。源地址：节点A地址。目的地址：节点I地址。序列号：00000101。度量函数：0，假设度量函数字段为0时表示以最小跳数计算路由。等级：1，对应节点A至sink节点的最小跳数为1。跳数限制：1111。路由图ID：0x0004，表示DOWN-LINK至节点I的图号。分配图ID：0x0005，代表节点I至节点H的路由图号被分配为5。
收到ROI报文的节点更新路由表，以节点I为例，图路由表1所示。最终节点I至节点H的图路由建立，如图10所示。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (5)
1.一种非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，包括：
1)针对非对称链路的特殊性，重新定义四种路由交互报文，采用多次“握手”的方式，对上行UP-LINK链路和下行链路DOWN-LINK区分度量，最终建立DOWN-LINK、UP-LINK、点对点P2P三种模式的路由图；
2)针对无中心管理服务器的条件，所有路由交互过程均采用分布式处理，无需借助服务器计算路由结果；其特征在于，具体方案如下：
(1)定义路由交互报文格式
1.1.路由对象请求报文的格式，000类型的表示ROS报文；ROS报文用于主动路由请求和P2P图建立请求过程；该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制和图ID；其中ROS为Route Object Solicitation的缩写，即ROS报文为路由器征寻报文；
1.2.路由对象指示报文的格式：001类型的表示ROI报文，用于广播网络路由信息和P2P图分配过程；该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、度量函数、等级、跳数限制、路由图ID和分配图ID；其中，ROI为Route Object Indication的缩写，即ROI为路由对象指示；
1.3.下行链路确认报文的格式，010类型的表示DLA报文；用于度量下行链路路由，该报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制、UP-LINK图ID、子节点数量、子节点地址、DOWN-LINK图ID和路由度量值；该DLA报文包括子节点的地址信息、路由图信息以及路由度量信息其中，DLA为DOWN-LINK Acknowledgement的缩写，即DLA报文为下行链路确认报文；
1.4.上行链路确认报文，011类型的表示ULA报文；用于度量上行链路路由，该ULA报文包括以下字段：类型、优先级、地址压缩控制、地址信息、序列号、跳数限制和路由度量值；其中ULA报文为UP-LINK Acknowledgement的缩写，即 ULA报文为上行链路确认报文；
(2)建立DOWN-LINK、UP-LINK、P2P三种模式的路由图
2.1.DOWN-LINK图建立，
2.1.1.网络初始化阶段，所有节点重新开启电源，此时所有节点均未建立路由；
2.1.2.以根节点开始，广播ROI报文，ROI报文包括源节点地址、路由度量函数、图ID和等级信息；该广播ROI报文的有效范围为一跳，即收到ROI报文的节点在处理该报文后应立即将其丢弃；
2.1.3.收到该ROI信息的节点，解析路由头部字段，并根据其中的信息组装DLA数据包，随后单播回复ROI报文源节点；ROI报文的源节点收到DLA后，根据路由度量函数和路由度量值计算最优下行链路，利用计算结果更新DOWN-LINK图路由表；
2.1.4.所有至子节点的路由都应利用DLA报文将信息传输至DOWN-LINK图的父节点，每当子节点路由信息改变时，则会触发DLA报文，向上进行路由更新；
2.2.UP-LINK图建立，
2.2.1.建立UP-LINK图即建立上行链路的过程，紧随在建立DOWN-LINK过程之后；在步骤2.1.3后，收到DLA数据报文的节点回复给产生该DLA报文的源节点一个ULA，收到ULA报文的节点经过路由度量函数的计算，选择最优上行链路，并更新UP-LINK图路由表；
2.2.2.只有建立了UP-LINK图，拥有了到根节点路由的节点才能发送ROI报文；
2.3.建立P2P图，
2.3.1.P2P图是指两个非根节点之间的路由图；首先以数据包源节点为起始，单播一个的ROS报文，该报文沿UP-LINK图传输，目的地址字段填写数据包目的节点所对应的地址；
2.3.2.数据包向上传输，直至某一父节点拥有至目的节点的下行路由；
2.3.3.该父节点生成对应P2P图的图ID，并产生ROI报文，组播给P2P图中所有节点，随后，产生数据包的源节点和数据包需要到达的目的节点之间的数据包遵循该P2P图进行路由。
2.根据权利要求1所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，其特征在于，所述步骤2.1.3中如果存在次优节点，则次优节点作为备选节点；如果某节点长时间未收到ROI数据报文，则其主动发送ROS数据报文，收到ROS数据报文的节点应立即回应ROI数据报文。
3.根据权利要求1所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，其特征在于，所述步骤2.2.1中如果存在次优节点，则次优节点作为备选父节点。
4.根据权利要求1所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，其特征在于，非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议的运行机制，具体采用三次“握手”机制：
1)第一次“握手”过程是已建立路由的节点广播ROI信息，收到ROI信息的节点以此获取网络的路由度量函数，节点等级等信息；
2)第二次“握手”过程是收到ROI信息的节点，回复DLA报文，收到DLA报文的节点可以度量下行链路路由，并以此建立DOWN-LINK图；
3)第三次“握手”过程是收到DLA报文的节点，回复ULA报文，收到ULA报文的节点可以度量上行链路路由，并以此建立UP-LINK图。
5.根据权利要求1所述非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法，其特征在于，非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议的运行过程，包括：
1)ROS报文的主动路由请求功能用于节点长时间无可用路由，且未收到ROI报文的情况，此时节点主动广播ROS报文，该ROS报文的跳数限制为1跳，收到 ROS报文的节点必须及时回复ROI报文；ROS报文的P2P图建立请求功能用于非根节点之间通信的情况，源节点单播ROS报文，请求父节点分配该节点至目的节点的P2P图；
2)ROI报文的广播网络路由信息功能用于按定时器设定或由ROS报文触发广播网络路由信息，如路由度量函数、等级等，ROI报文的P2P图分配功能用于非根节点之间通信的情况，父节点收到源节点的P2P通信请求，生成P2P图后，将路由信息分配给相关节点；
3)DLA报文的度量下行链路路由功能用于在非对称链路的条件下生成DOWN-LINK图，收到DLA报文的节点，可以确定其至DLA报文的源节点下行链路可达；
4)ULA报文的度量上行链路路由功能用于在非对称链路的条件下生成UP-LINK图；收到ULA报文的节点，可以确定其至ULA报文的源节点上行链路可达。
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|---|---|---|---|
| CN201310615653.6A CN103686917B (zh) | 2013-11-26 | 非对称链路下无线传感器网络分布式图路由协议建立方法 |
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| CN103686917A CN103686917A (zh) | 2014-03-26 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101179466A (zh) * | 2007-10-15 | 2008-05-14 | 北京交通大学 | 一种基于集中服务的分布式对等网络的实现方法及系统 |
| CN101217381A (zh) * | 2008-01-18 | 2008-07-09 | 北京航空航天大学 | 基于跨层的无线传感器网络节能方法 |
| WO2009078525A1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-06-25 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method and apparatus for setting routing path in wireless sensor network |
| CN102246467A (zh) * | 2008-12-15 | 2011-11-16 | 图形科技公司 | 非对称网络中的路由方法 |
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20140326 Assignee: Beijing Sheenline Technology Co., Ltd. Assignor: Beijing Jiaotong University Contract record no.: 2016990000185 Denomination of invention: Wireless sensor distributed graph routing protocol building method under asymmetrical link License type: Common License Record date: 20160505 |
|
| GR01 | Patent grant |