CN106059861B - 一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法，实现信源节点通过汇聚树与汇聚节点的数据通信，信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包来发现距离其最近的汇聚树上的节点作为其接入点，物联网中的每一个节点在收到汇聚树加入请求包后，检查包中的汇聚应用标识，验证自己是否为该汇聚树中的一个节点，如果是，则检查自己的数据处理能力以及从父节点到汇聚节点沿途各节点的处理能力，如果满足需求，则向发出此请求包的信源节点发送响应包。本发明能够充分利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据发送到数据中心之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可以有效降低网络通信开销和系统建设成本，使数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小。

Description

一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法
技术领域
本发明涉及物联网的技术领域，具体涉及一种分布式构建物联网最小动态汇聚树的系统及方法，根据数据的处理需求在物联网中选择适当的网络节点，使数据流通过这些网络节点，得到所需的服务后，再被传送到目的地。
背景技术
随着物联网概念的提出及相关技术的逐渐成熟，开发设计基于物联网的自动信息采集分析系统已成为可能。例如，要跟踪某类商品在全国各地的销售情况，则可通过商品上的射频识别(RFID)标签在全国各地的超市自动收集商品的销售情况，各超市自动收集的商品销售信息通过Internet汇聚到数据处理中心。这类系统的设计主要涉及到两个方面的技术，一是末端信息采集技术，二是信息的传输汇聚技术。
由于这类系统采集的数据量往往很大并且有大量冗余，因此将所有收集到的数据都传输到汇聚中心后再集中处理将导致两大缺陷，一是集中处理大量数据对汇聚中心节点的计算能力要求很高，使系统整体成本增大；二是传输大量冗余数据也会对整个网络的资源造成不必要的浪费，进而影响整个系统的效率。因此，各采集点的数据在向汇聚节点传输路径上所经过的网络节点，逐级进行过滤、汇总等处理不仅可以减少网络带宽需求，还可以分散对最终汇聚节点的处理压力。
物联网汇聚路由作为一种高效的数据传输汇聚方式，能够充分利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据发送到数据中心之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可以有效降低网络通信开销和网络建设成本。
物联网上有众多用户，其所产生的每一个数据流往往源和目的都不是唯一的。根据数据流的源和目的个数的不同，将物联网的数据传输路由分为以下3种：
(1)单播路由：源节点和目的节点都是唯一的，即原始数据由一个用户节点流入物联网，在被单个或多个网络节点处理后，处理结果传送至另外的唯一用户节点。
(2)组播路由：源节点只有一个，目的节点却有多个，即原始数据由一个用户节点流入物联网，网络节点处理数据并将处理结果转发给另外的多个网络节点或用户节点。
(3)汇聚路由：源节点有多个，目的节点只有一个，即原始数据由多个不同的客户节点流入物联网，网络节点接收多路原始数据，处理合并后的结果转发给唯一一个后续网络节点，后续网络节点再将它与其它数据进行进一步的合并处理后，转发给下一网络节点继续进行合并处理，一直到最终的目的节点。
在物联网汇聚路由中，数据源节点有多个，即多个数据采集节点，而目的节点只有一个，即汇聚节点。原始数据由多个不同的客户节点流入物联网，网络节点接收多路原始数据，处理合并后的结果转发给唯一一个后续网络节点，后续网络节点再将它与其它数据进行进一步的合并处理后，转发给下一个网络节点继续进行合并处理，一直到最终的汇聚节点。因此，物联网汇聚路由问题要解决的是如何在物联网中选取一定数量的网络节点并将其组织成一棵汇聚树，使数据通过该树进行传输汇总所花费的代价最小。当然，汇聚树的构造是需要满足每个网络节点处理能力约束的，即每个网络节点由于处理能力有限，只能汇聚处理有限的几路数据，而不是任意多。
现有技术从理论上给出了求解最小汇聚树问题的方法，但用于解决实际问题时还存在许多问题：集中式算法的节点必须清楚整个网络的拓扑结构；实际的网络是动态变化的，物联网中逻辑链路的传输成本会随着网络状况的变化而不断变化；最小汇聚树的权重设置只考虑了单位数据传输成本，并没有考虑到数据汇聚传输中数据流量分布的不均衡性，即越靠近汇聚节点的链路其传输的数据量越大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明一是提出了网络中间节点参与数据处理的机制，利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据(信源节点)发送到数据中心(汇聚节点)之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理(分类、合并)，有效降低网络通信开销和系统建设成本；二是提出了一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统及方法，物联网汇聚路由解决了在物联网中选取一定数量的网络节点并将其组织成一棵汇聚树，信源节点和汇聚节点通过汇聚树相连接，实现信源节点与汇聚节点的数据通信，使数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，包括信源节点和汇聚树，所述信源节点和汇聚树相连接。
所述信源节点包括数据采集单元、控制器、数据处理器、第一网络处理器、网络发送器和网络接收器，数据采集单元和数据处理器相连接，控制器分别与数据处理器、第一网络处理器相连接，第一网络处理器分别与网络发送器、网络接收器相连接。
所述汇聚树包括至少三个具有相同结构的汇聚节点，汇聚树包括汇聚节点Ⅰ、汇聚节点Ⅱ和汇聚节点Ⅲ，汇聚节点Ⅲ分别与汇聚节点Ⅰ和汇聚节点Ⅱ相连接，汇聚节点Ⅱ与汇聚节点Ⅰ相连接；所述汇聚节点Ⅲ是汇聚节点Ⅰ或汇聚节点Ⅱ的父节点，汇聚节点Ⅰ或汇聚节点Ⅱ是汇聚节点Ⅲ的子节点。
所述汇聚节点包括数据接收器、数据发送器、数据融合单元、第二网络处理器、网络处理单元和中继路由器，第二网络处理器分别与数据接收器、数据发送器、数据融合单元、网络处理单元、中继路由器相连接。
所述计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下：
步骤一：给起始节点s标号(0,0)，并令T0＝{s}，标号中的第二个数值表示从起始节点s到该节点的最小传输代价P(s)＝0，寻找从节点s发出的所有路径上的下一个节点，求出节点s到这些节点的传输代价与P(s)之和的最小值：其中，j为从节点s出发的所有路径上的任意一个节点，wsj表示节点s到节点j路径的传输代价；对最小值所对应的节点进行标号为T1；
步骤二：探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的P值与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2；
步骤三：直到找不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始节点s到各个节点的最短距离。
所述汇聚树中的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构信息主要包括：
汇聚应用标识，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可由数据汇聚点的地址及应用程序的传输层端口组成；
父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输方向的下一跳节点，父节点是唯一的；
子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包括子节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。
所述信源节点加入汇聚树的过程步骤如下：
步骤一：信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点的最短路径代价信息；
步骤二：信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇聚树上的节点作为接入点；
步骤三：物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传输代价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包；
步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标识，验证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发送响应包；
步骤五：发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传输代价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接到请求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点，沿途的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。
所述信源节点的离开及汇聚树的维护方法为：任何节点通过发送Hello消息确定其父节点或子节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节点发送退出消息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除；如果一个子节点发现其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入过程加入汇聚树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出消息并退出汇聚树。
每个节点都周期性地向其子节点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到该标量后取该标量值与自己处理能力值的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有自己的子节点。
本发明解决了在物联网中选取一定数量的网络节点并将其组织成一棵汇聚树，提出了汇聚树的具体构造方法及算法，使数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小。物联网最小汇聚树路由作为一种高效的数据汇聚方式，能够充分利用网络节点的本地处理能力，在将原始数据发送到数据中心之前，在网络中间节点对数据进行汇聚处理，可以有效降低网络通信开销和系统建设成本。
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他的附图。
图1为本发明信源节点和汇聚树的原理框图。
图2为本发明信源节点的原理框图。
图3为本发明汇聚树的原理框图。
图4为本发明汇聚节点的原理框图。
图5为本发明信源节点加入汇聚树的过程流程图。
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付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。
一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，如图1所示，包括信源节点10和汇聚树20，所述信源节点10和汇聚树20相连接。信源节点10把需要传输的信息传输到汇聚树20中去。
如图2所示，信源节点10包括数据采集单元101、控制器102、数据处理器103、第一网络处理器104、网络发送器105和网络接收器106，数据采集单元101和数据处理器103相连接，控制器102分别与数据处理器103、第一网络处理器104相连接，第一网络处理器104分别与网络发送器105、网络接收器106相连接。信源节点10使用数据采集单元101采集外界数据，采集的数据送到数据处理器103进行一些如滤波、去除不可信数据等处理，控制器102控制数据处理器103的数据处理，比如处理算法的选择、处理数据向第一网络处理器104的输出等，第一网络处理器104负责网络协议栈的处理，应用层的数据来自数据处理器103，受到控制器102的控制，第一网络处理器104通过网络发送器105向外部网络发送信息，通过网络接收器106接收外部网络发来的信息。
汇聚树20包括至少三个具有相同结构的汇聚节点，如图3所示，汇聚树20包括汇聚节点Ⅰ201、汇聚节点Ⅱ202和汇聚节点Ⅲ203，汇聚节点Ⅲ203分别与汇聚节点Ⅰ201和汇聚节点Ⅱ202相连接，汇聚节点Ⅱ202与汇聚节点Ⅰ201相连接；所述汇聚节点Ⅲ203是汇聚节点Ⅰ201或汇聚节点Ⅱ202的父节点，汇聚节点Ⅰ201或汇聚节点Ⅱ202是汇聚节点Ⅲ203的子节点。
以汇聚节点Ⅰ201为例，如图4所示，汇聚节点包括数据接收器2011、数据发送器2012、数据融合单元2013、第二网络处理器2014、网络处理单元2015和中继路由器2016，第二网络处理器2014分别与数据接收器2011、数据发送器2012、数据融合单元2013、网络处理单元2015、中继路由器2016相连接。数据接收器2011用于从外部网络或者信源节点接收信息，数据发送器2012用于向外部网络或者信源节点发送信息，数据融合单元2013用于识别可以融合的数据版本，并完成数据的融合，第二网络处理器2014用于处理网络协议，并控制数据接收器2011、数据发送器2012、数据融合单元2013、网络处理单元2015和中继路由器2016的工作，网络处理单元2015用于网络的建立，包括汇聚树的产生、信源节点的加入和离开、父节点和子节点列表信息的维护、最短路径或最小代价路径的计算等，中继路由器2016负责建立下一跳的路由。
物联网中的每个节点都参与数据的汇聚传输，并非仅仅是信源节点10，每个节点都运行相关的数据汇聚传输协议，数据汇聚传输的发起既可以是信源节点10，也可以是汇聚节点Ⅰ201或汇聚节点Ⅱ202或汇聚节点Ⅲ203，无论是哪一方发起，信源节点10、汇聚节点Ⅰ201、汇聚节点Ⅱ202或汇聚节点Ⅲ203都首先要通过单播通信交换一些必要的参数，然后信源节点10运行加入算法程序加入到汇聚树20中，并开始数据传输，数据通过最小汇聚树进行传输汇总所花费的代价最小，传输代价是单位数据传输代价和传输数据量的乘积，汇聚树满足每个网络节点处理能力约束。
汇聚树的构造是需要满足每个网络节点处理能力约束的，即每个网络节点由于处理能力有限，只能汇聚处理有限的几路数据，而不是任意多。该问题可抽象为如下的图论问题。用图G＝(V,E)表示物联网网络的逻辑拓扑结构，其中，V表示物联网网络节点的集合，E表示物联网所有逻辑链路的集合。信息源节点集合的节点负责收集其所属客户机所采集的信息，进行初步处理后周期性地通过物联网网络向汇聚节点t∈V发送。
设边e(u,v)∈E的起点为u，终点为v，其权w(e)定义为u向v传输的数据量w(u)，即w(e)＝w(u)。每条边的单位数据传输代价记为c(e)，则边e(u,v)∈E上的传输费用t(e)＝w(e)×c(e)。
设多路数据汇聚后的数据流率系数ρ∈(0,1)定义为汇聚后的数据流量与汇聚前数据流量比值的平均值，则
其中，Ei(u)表示以u为终点的边的集合，表示节点u自己所属客户采集的数据量。
物联网的数据传输汇聚路由问题就是求图G的一棵子树T＝(V′,E′)，满足t∈V′，使/>最小，且满足：
p(u)为节点u的最大数据处理能力。
综上，物联网的数据传输汇聚路由问题可以形式化描述为以下多约束的优化问题：
T＝(V′,E′)为汇聚树
s.t.
其中，目标函数是数据通过汇聚树进行传输所花费的代价最小；上述第一个约束条件表示汇聚节点u的数据处理能力约束；第二个约束条件表示汇聚节点u的上下游数据流量的关系，ρ为数据流量变化系数。
对图G中的汇聚节点t和信源节点集合S，按照如下步骤可求得信源节点集S到汇聚节点t的最小汇聚树。
①求出节点集合中各节点两两之间的最短路径；
②将求得的各最短路径上的节点和边合并成图G的一个子图G′；
③求G′的最小支撑树T，T即为所求最小汇聚树。
计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下：
步骤一：给起始节点s标号(0,0)，并令T0＝{s}，标号中的第二个数值表示从起始节点s到该节点的最小传输代价P(s)＝0，寻找从节点s发出的所有路径上的下一个节点，求出节点s到这些节点的传输代价与P(s)之和的最小值：其中，j为从节点s出发的所有路径上的任意一个节点，wsj表示节点s到节点j路径的传输代价；对最小值所对应的节点进行标号为T1。
汇聚节点首先给一个新的节点u进行标号，标号分为两部分，其中标号中的第二个数值表示从起始节点s到该节点的最小传输代价P，第一个数值表示从起始节点到该节点的最小传输代价路线上的前一个节点。用λ(ui)表示从节点s到u的最小传输代价路线上的前一个节点的下标。用Ti表示进行到第i步时，已经被标号的节点的集合。
步骤二：探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的P值与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2。
步骤三：直到找不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始节点s到各个节点的最短距离。
物联网中的每个节点都可以参与数据的汇聚传输，并非仅仅是信源节点，因此每个节点都应运行相关的数据汇聚传输协议。数据汇聚传输的发起既可以是信源节点，也可以是汇聚节点，无论是哪一方发起，信源节点和汇聚节点都首先要通过单播通信交换一些必要的参数，然后信源节点运行加入算法程序加入到汇聚树中，并开始数据传输。汇聚树中的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构信息主要包括：
汇聚应用标识(APID)，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可由数据汇聚点的地址及应用程序的传输层端口组成；
父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输方向的下一跳节点，父节点是唯一的；
子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包括子节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。
如图5所示，信源节点加入汇聚树的过程步骤如下：
步骤一：信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点的最短路径代价信息。
步骤二：信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇聚树上的节点作为接入点。
汇聚树加入请求包包括本节点地址、汇聚应用标识(APID)、以及传输代价限制等信息。传输代价限制主要是为了限制广播包在物联网中的传播范围，其初值设为该信源节点到汇聚节点的最短路径代价。
步骤三：物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传输代价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包。
步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标识，验证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发送响应包。
汇聚节点检查包中的APID，验证自己是否为该汇聚树中的一个节点，如果不是，则将传输代价限制减去一个值向除发送此包的其它物联网中的邻居转发此包，减去的值的大小为本节点到转发此包给自己的上一跳节点的传输代价。
当节点处理能力受限制时，要求在节点查找接入点的过程中，树中的节点在收到接入请求后，不仅要检查距离限制，还要检查自己的数据处理能力以及从父节点到汇聚节点沿途各节点的处理能力，如果各级节点的处理能力都满足需求，就发送响应包，否则不发送并继续转发。汇聚节点的处理能力应设为无限，理论上它应该能处理所有信源节点通过汇聚树发送给它的数据。由于汇聚节点的存在，并且汇聚节点处于传输代价限制范围之内，因此，发送请求的汇聚节点至少能收到一个响应包。
为了便于实时检查父节点及以上节点的处理能力，每个节点都周期性地向其子节点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到该标量后取该标量值与自己处理能力值的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有自己的子节点。
步骤五：发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传输代价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接到请求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点，沿途的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。
信源节点的离开及汇聚树的维护方法为：任何节点通过发送Hello消息确定其父节点或子节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节点发送退出消息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除；如果一个子节点发现其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入过程加入汇聚树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出消息并退出汇聚树。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，包括信源节点（10）和汇聚树（20），所述信源节点（10）和汇聚树（20）相连接；
汇聚树（20）包括至少三个具有相同结构的汇聚节点；
计算信源节点和汇聚节点之间的最短路径的步骤如下：
步骤一：给起始节点s标号(0,0)，并令T0={s}，标号中的第二个数值表示从起始节点s到该节点的最小传输代价P(s)=0，寻找从节点s发出的所有路径上的下一个节点，求出节点s到这些节点的传输代价与最小传输代价P(s)之和的最小值： ，其中，j为从节点s出发的所有路径上的任意一个节点，w sj 表示节点s到节点j路径的传输代价；对最小值所对应的节点进行标号为T1；
传输代价是单位数据传输代价和传输数据量的乘积；
步骤二：探寻从已标号的节点出发、终点为未标号节点的路径，求出已标号节点的P值与相应路径的传输代价之和，对其中最小值所对应的节点进行标号为T2；已标号节点的P值为起始节点到当前节点的最小传输代价，相应路径的传输代价为已标号节点到从已标号节点出发的所有路径上的任意一个节点的传输代价；
步骤三：直到找不到从已标号节点出发、终点为未标号节点的路径时，得到从起始节点s到各个节点的最短距离；
所述信源节点（10）包括数据采集单元（101）、控制器（102）、数据处理器（103）、第一网络处理器（104）、网络发送器（105）和网络接收器（106），数据采集单元（101）和数据处理器（103）相连接，控制器（102）分别与数据处理器（103）、第一网络处理器（104）相连接，第一网络处理器（104）分别与网络发送器（105）、网络接收器（106）相连接；
所述汇聚树（20）包括汇聚节点Ⅰ（201）、汇聚节点Ⅱ（202）和汇聚节点Ⅲ（203），汇聚节点Ⅲ（203）分别与汇聚节点Ⅰ（201）和汇聚节点Ⅱ（202）相连接，汇聚节点Ⅱ（202）与汇聚节点Ⅰ（201）相连接；所述汇聚节点Ⅲ（203）是汇聚节点Ⅰ（201）或汇聚节点Ⅱ（202）的父节点，汇聚节点Ⅰ（201）或汇聚节点Ⅱ（202）是汇聚节点Ⅲ（203）的子节点；
所述汇聚节点包括数据接收器（2011）、数据发送器（2012）、数据融合单元（2013）、第二网络处理器（2014）、网络处理单元（2015）和中继路由器（2016），第二网络处理器（2014）分别与数据接收器（2011）、数据发送器（2012）、数据融合单元（2013）、网络处理单元（2015）、中继路由器（2016）相连接。
2.根据权利要求1所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述汇聚树中的汇聚节点均需要维护本地汇聚路由结构信息，本地汇聚路由结构信息主要包括：
汇聚应用标识，用于标明本节点参与了哪种汇聚应用的汇聚传输工作，可由数据汇聚点的地址及应用程序的传输层端口组成；
父节点相关信息，主要包括父节点的地址信息，用于指明在汇聚树中沿数据传输方向的下一跳节点，父节点是唯一的；
子节点列表，指在汇聚树中向自己发送数据的那些节点，除子节点的地址之外，包括子节点到父节点的逻辑链路的传输代价信息。
3.根据权利要求2所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述信源节点加入汇聚树的过程步骤如下：
步骤一：信源节点与汇聚节点直接通信，获取汇聚应用标示、信源节点到汇聚节点的最短路径代价信息；
步骤二：信源节点在物联网中广播一个汇聚树加入请求包，寻找距离其最近的汇聚树上的节点作为接入点；
步骤三：物联网中的每个节点收到一个汇聚树加入请求包，节点检查是重复包、传输代价限制小于零或自己的数据处理能力不满足需求，则节点丢弃汇聚树加入请求包；
步骤四：收到汇聚树加入请求包的节点，检查汇聚树加入请求包中的汇聚应用标识，验证自己是否是该汇聚树中的节点，如果是，向发出此汇聚树加入请求包的信源节点发送响应包；
步骤五：发送请求的信源节点根据收到的响应包，检查自己到每个响应节点的传输代价，选择代价最小的响应节点作为接入点，信源节点向接入点发送接入请求，接入点接到请求后向信源节点发送接入确认并将沿最短路径的第一个节点记为自己的一个子节点，沿途的各节点在收到确认后记录其父节点和子节点的信息。
4.根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，所述信源节点的离开及汇聚树的维护方法为：任何节点通过发送Hello消息确定其父节点或子节点是否退出，如果一个节点是正常退出，在退出前向其父节点和所有子节点发送退出消息，父节点在发现子节点退出后，将该子节点列表中的相应记录删除；如果一个子节点发现其父节点离开，如果该子节点是一个信源节点，则该信源节点重新运行加入过程加入汇聚树，如果该子节点是一个非信源节点，则该子节点向其所有子节点发送退出消息并退出汇聚树。
5.根据权利要求3所述的分布式动态构建物联网最小汇聚树的系统，其特征在于，每个节点都周期性地向其子节点发送一个分支空闲处理能力标量，每个节点收到该标量后取该标量值与自己处理能力值的最小者作为新的处理能力，并将该值发送给所有自己的子节点。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108762953B (zh) * 2018-05-25 2022-03-15 连云港杰瑞电子有限公司 一种消息队列实现方法
CN108769985B (zh) * 2018-06-14 2021-02-02 杭州电子科技大学 一种用于物联网传感信息虚拟服务的网络入侵检测方法
CN111241348B (zh) * 2019-12-31 2024-03-01 浙江华云信息科技有限公司 一种基于Walker’s Tree动态调整树间距的方法
CN111245941B (zh) * 2020-01-13 2022-09-30 暨南大学 一种面向大规模可充电物联网的监测系统及分布式协议
CN111355824B (zh) * 2020-02-21 2023-12-15 上海奇频信息科技有限公司 终端号码翻译方法、近端、远端翻译设备与翻译系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527680A (zh) * 2009-02-20 2009-09-09 西部矿业股份有限公司 基于ddmc的时延约束组播路由的方法
CN102821434A (zh) * 2012-07-24 2012-12-12 南京邮电大学 一种基于无线多媒体传感器网络的多路径路由方法
CN104066142A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 中国移动通信集团湖南有限公司 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7280481B2 (en) * 2002-10-10 2007-10-09 Guangyi David Rong Shortest path search method “Midway”

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527680A (zh) * 2009-02-20 2009-09-09 西部矿业股份有限公司 基于ddmc的时延约束组播路由的方法
CN102821434A (zh) * 2012-07-24 2012-12-12 南京邮电大学 一种基于无线多媒体传感器网络的多路径路由方法
CN104066142A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 中国移动通信集团湖南有限公司 一种确定无线传感器网络中数据传输路径的方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"无线传感器网络的数据汇聚机制";彭刚等;《计算机工程》;全文 *
数据中心网络高效数据汇聚传输算法;陆菲菲等;《计算机学报》;20151103(第09期);第2节-第3节，图2、图3 *

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