CN106162781A - 路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络，其中，所述方法包括：路由节点广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表；所述路由节点根据叶子节点上报的邻居列表确定本地的替换节点；所述路由节点在确定了本地的替换节点后切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示本地的替换节点。本发明实施例的方法，通过使路由节点和叶子节点主动的相互切换，使网络负载均衡，延长网络寿命。

Description

路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络。

背景技术

无线传感网络中，每个节点有自己的功能和任务。有的负责发送传感数据，有的负责路由和转发。由于功能不同，造成每个节点在能量消耗等状态的不同，会造成网络寿命的下降。

发明内容

为了解决背景技术指出的问题，本发明实施例提供了一种路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由节点，其中，所述装置包括：

广播单元，其广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表；

确定单元，其根据叶子节点上报的邻居列表确定所述路由节点的替换节点；

切换单元，其在所述确定单元确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示所述路由节点的替换节点。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，所述装置包括：

接收单元，其接收路由切换信息和路由替换信息；

发送单元，其在所述接收单元接收到路由切换信息后上报所述叶子节点的邻居列表；

确定单元，其在所述接收单元接收到路由替换信息后根据所述路由替换信息确定所述叶子节点是否为替换节点；

切换单元，其在所述叶子节点是替换节点时将所述叶子节点切换为路由节点，并记录发起路由切换信息的路由节点的地址。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由站点，其中，所述装置包括：

广播单元，其广播发送所述路由节点的子节点列表以及父节点标识；

判断单元，其判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点；

确定单元，其在所述判断单元判断为存在满足路由切换条件的叶子节点时，根据满足路由切换条件的叶子节点的度量值确定所述路由节点的替换节点；

切换单元，其在所述确定单元确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，所述装置包括：

比较单元，其在所述叶子节点接收到路由切换信息后，将所述叶子节点的邻居列表与所述路由切换信息所指示的路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较；

计算单元，其在所述路由节点的子节点和父节点都位于所述叶子节点的邻居列表中时，计算所述叶子节点的度量值；

上报单元，其上报包含所述计算单元计算出的所述叶子节点的度量值的答复信息；

确定单元，其根据所述度量值确定所述叶子节点是否是替换节点或者根据接收到包含替换节点列表的确认信息确定所述叶子节点是否是替换节点；

切换单元，其在所述叶子节点是替换节点时，将所述叶子节点切换为路由节点。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的路由节点，其中，该方法包括：

广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表；

根据叶子节点上报的邻居列表确定本地的替换节点；

在确定了本地的替换节点后切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示本地的替换节点。

根据本发明实施例的第六方面，提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，该方法包括：

在接收到路由切换信息后，上报本地的邻居列表；

在接收到路由替换信息后，根据所述路由替换信息确定本地是否为替换节点；

如果本地是替换节点，则切换为路由节点。

根据本发明实施例的第七方面，提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的路由节点，其中，该方法包括：

广播发送本地的子节点列表以及父节点标识；

判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点；

如果存在满足路由切换条件的叶子节点，则根据满足路由切换条件的叶子节点的度量值确定替换节点；

在确定了替换节点后切换为叶子节点。

根据本发明实施例的第八方面，提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，该方法包括：

接收到路由切换信息后将本地的邻居列表与所述路由切换信息所指示的路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较；

如果所述路由节点的子节点和父节点都位于本地的邻居列表中，则计算度量值并上报包含该度量值的答复信息；

根据所述度量值确定本地是否是替换节点或者根据接收到包含替换节点列表的确认信息确定本地是否是替换节点；

如果本地是替换节点则切换为路由节点。

根据本发明实施例的第九方面，提供了一种无线传感器网络中初始部署的路由节点，所述路由节点包括前述第一方面或第三方面所述的装置。

根据本发明实施例的第十方面，提供了一种无线传感器网络中初始部署的叶子节点，所述叶子节点包括前述第二方面或第四方面所述的装置。

根据本发明实施例的第十一方面，提供了一种无线传感器网络，所述无线传感器网络包括前述第九方面所述的路由节点和第十方面所述的叶子节点。

本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例提供的方法、装置和无线传感器网络，通过使路由节点和叶子节点主动的相互切换，使网络负载均衡，延长网络寿命。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在附图中：

图1是四边形的骨干网部署的示意图；

图2是四边形的骨干网部署下覆盖面积示意图；

图3是六边形的骨干网部署的示意图；

图4是六边形的骨干网部署下覆盖面积示意图；

图5是六边形顶点的骨干网部署的示意图；

图6是六边形顶点的骨干网部署下覆盖面积示意图；

图7是随机节点的部署的示意图；

图8是实施例1的路由节点的切换方法的流程图；

图9是实施例1的路由节点的切换方法的整体流程图；

图10是实施例2的路由节点的切换方法的流程图；

图11是实施例2的路由节点的切换方法的整体流程图；

图12是实施例3的路由节点的切换方法的流程图；

图13是实施例3的路由节点的切换方法的整体流程图；

图14是实施例4的路由节点的切换方法的流程图；

图15是实施例4的路由节点的切换方法的整体流程图；

图16是实施例5的路由节点的切换装置的组成示意图；

图17是实施例6的路由节点的切换装置的组成示意图；

图18是实施例7的路由节点的切换装置的组成示意图；

图19是实施例8的路由节点的切换装置的组成示意图；

图20是实施例9的无线传感器网络中的节点的组成示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

为了使本领域的技术人员能够容易地理解本发明的原理和实施方式，首先对本发明实施例的骨干网部署和冗余节点部署进行说明。

对于骨干网部署，首先在无线网络中规则的部署一定数量的节点组成全连通的网络，这些节点可以称为初始部署的路由节点。部署的方式可以是四边形覆盖、六边形覆盖等。对于四边形覆盖，可以在每个节点周围规则地部署4个邻居节点，邻居节点间的距离可以为通信距离L，如图1所示，由此，除边缘节点外，每个点的覆盖范围是边长为L的正四边形，面积为L²，如果网络中部署N个节点，则覆盖面积为N×L²，如图2所示。对于六边形覆盖，可以在每个节点周围规则地部署6个邻居节点，邻居节点间的距离可以为通信距离L，如图3所示，由此，除边缘节点外，每个点的覆盖范围是边长为的正六边形，覆盖面积为如果网络中部署N个节点，则覆盖面积为如图4所示。对于六边形顶点覆盖，可以在每个节点周围规则地部署3个邻居节点，邻居节点间的距离可以为通信距离L，如图5所示，除边缘节点外，每个点的覆盖范围是边长为的正三角形，覆盖面积为如果网络中部署N个节点，则覆盖面积为如图6所示。

对于冗余节点部署，可以在网络内随机部署叶子节点，用于采集更多的传感数据。以六边形覆盖为例，随机向网络中撒十个叶子节点，如图7所示。叶子节点按照路由规则，选择相邻的骨干节点为父节点。所有节点加入网络后，每个节点都存有一个邻居节点列表和子节点列表。在本申请中，只涉及骨干节点的子节点列表和叶子节点的邻居列表。图7对应的骨干节点的邻居列表和叶子节点的邻居列表如表1和表2所示。

表1：骨干节点的子节点列表

节点ID	子节点列表
		A	1,2,3,4,5,6,e,j
1	a
		2	b,d
3	φ
		4	f
5	g,h,i
		6	k

表2：叶子节点的邻居列表

节点ID	邻居列表	节点ID	邻居列表
				a	1,6,k	g	4,5,h,i,j
b	2,d,e	h	5,g,i,j
				d	2,3,b,e	i	5,6,g,h,j,k
e	A,2,3,b,d	j	A,5,6,g,h,i,k
				f	4	k	6,a,i,j

在本实施例中，通过使路由节点和叶子节点进行功能互换，例如路由节点切换为叶子节点，同时叶子节点切换为路由节点，使网络负载均衡，延长网络寿命。以下结合附图和具体实施例对本发明实施例的路由节点的切换方法、装置和无线传感器网络进行详细说明。

本发明实施例提供了两种路由节点的切换方式，其中，实施例1和实施例2是由骨干节点指定路由节点的切换方式，实施例3和实施例4是自由竞争的切换方式，以下分别进行说明。

实施例1

本发明实施例提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的路由节点，也即骨干节点。图8是该方法的流程图，请参照图8，该方法包括：

步骤801：广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表；

步骤802：根据叶子节点上报的邻居列表确定本地的替换节点；

步骤803：在确定了本地的替换节点后切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示本地的替换节点。

在步骤801中，路由节点可以广播发送路由切换信息来开启路由切换的过程，该路由切换信息可以通过一个广播命令发送，该广播命令可以称为路由切换命令，该路由切换命令可以包括发送节点的标识、指令类别、包长度、以及目的节点的标识等。其中，发送节点的标识和目的节点的标识可以分别通过发送节点的地址和目的节点的地址来指示。表3是路由切换命令的一个实施方式，在该实施方式中，路由切换命令为“0x00”。

表3：路由切换命令

发送节点ID	指令类别	包长度	目的节点ID
				2B	1B	1B	2B
	0x00	6	0xFFFF

其中，接收到该路由切换信息的叶子节点可以根据该路由切换信息上报自己的邻居列表，在该邻居列表中，包含了该叶子节点的所有邻居的标识。其中，叶子节点上报其邻居列表的方式将在实施例2中进行详细说明。

在步骤802中，该路由节点在接收到各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表后，即可根据该各个叶子节点的邻居列表确定自己的替换节点。

在一个实施方式中，该路由节点将各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表与自己的子节点列表和自己的父节点进行比较，如果自己的子节点和父节点都包含于某一个叶子节点的邻居列表中，则该路由节点可以将该叶子节点作为自己的替换节点；否则，也即如果自己的子节点和父节点都不在任何一个叶子节点的邻居列表中，则该路由节点确定无法从叶子节点中找到合适的替换节点，则该路由节点可以将距离自己最近的叶子节点作为自己的替换节点，当然，在这种情况下，该路由节点也可以根据其它策略或规则确定自己的替换节点。

以图7所示的网络拓扑结构为例，由于节点2的子节点b、d以及节点2的父节点A都在节点e的邻居列表中，则节点e可以作为节点2的替换节点；类似的，由于节点5的子节点g、h、i以及节点5的父节点A都在节点j的邻居列表中，则节点j可以作为节点5的备选节点；类似的，由于节点6的子节点k和节点6的父节点A都在节点j的邻居列表中，则节点j也可以作为节点6的替换节点。然而，由于节点4的子节点f和节点4的父节点A没有在任何一个叶子节点的邻居列表中，则节点4可以选择f作为自己的替换节点，f为距离节点4最近的叶子节点。

在步骤803中，路由节点在确定了自己的替换节点后，即可切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过该路由替换信息指示自己的替换节点。此时，该路由节点选定的替换节点可以作为路由节点发挥作用，其具有路由节点的路由转发功能，而该路由节点由于切换为了叶子节点，不再为其它节点进行路由转发，而只作为叶子节点发挥作用，此时，其可以重新选择路由并进入正常的收发状态。

其中，该路由替换信息可以通过一个广播命令来发送，在本实施例中，该广播命令可以称为替换节点指示命令，该替换节点指示命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)以及替换节点的标识(ID)等。其中，节点的标识(ID)可以通过节点的地址来指示。表4是该替换节点指示命令的一个实施方式，在该实施方式中，该替换节点指示命令为“0x02”。

表4：替换节点指示命令

发送节点ID	指令类别	包长度	目的节点ID	替换节点ID
					2B	1B	1B	2B	2B
	0x02	8	0xFFFF

在本实施例中，在某个叶子节点作为替换节点切换为路由节点后，如果网络满足一定的条件，例如网络有变化，或者该叶子节点(也即新的路由节点)能量不足，或者该叶子节点上有数据堆积等，该叶子节点可以向原来的路由节点发送重新分配路由的指示信息，以通知该原来的路由节点需要重新分配路由。如果该路由节点接收到重新分配路由的指示信息，其可以切换回路由节点，并且，在有需要的情况下，其可以在所有节点加入网络后，按照图8的方式继续寻找替换节点。

其中，该叶子节点发送该重新分配路由的指示信息的方式将在实施例2中进行详细说明。

图9是本实施例的方法的一个实施方式的整体流程图，如图9所示，该流程包括：

步骤901：发送0x00，开启路由切换流程；

步骤902：接收0x01，收集周围叶子节点的邻居列表；

步骤903：将节点的邻居列表与自己的子节点和父节点进行比较；

步骤904：判断是否存在满足条件的叶子节点，该条件是指：自己的父节点和子节点列表中的子节点都包含于该叶子节点的邻居列表中；如果存在则执行步骤905，否则执行步骤906；

步骤905：选择该叶子节点作为自己的替换节点；

步骤906：选择离自己最近的叶子节点作为自己的替换节点；

步骤907：发送0x02，通知替换节点；

步骤908：切换为叶子节点；

步骤909：正常的收发流程；

步骤910：判断是否收到重新分配路由的命令0x03；如果是则执行步骤911，否则回到步骤909；

步骤911：切换回路由节点，允许子节点加入。

其中，步骤907和908的执行顺序可互换或并行，步骤910和911是可选的。

通过本实施例的方法，路由节点可以在选定了自己的替换节点后切换为叶子节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例2

本发明实施例提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，是实施例1的方法对应的叶子节点侧的处理。图10是该方法的流程图，请参照图10，该方法包括：

步骤1001：在接收到路由切换信息后，上报本地的邻居列表；

步骤1002：在接收到路由替换信息后，根据所述路由替换信息确定本地是否为替换节点；

步骤1003：如果本地是替换节点，则切换为路由节点。

在本实施例中，如实施例1所述，路由节点可以通过发送路由切换信息开启路由切换流程，叶子节点在正常的收发流程中，如果接收到该路由切换信息(0x00)，则将自己的邻居列表回复给该路由节点，也即回复给发起路由切换的节点。

其中，该叶子节点可以通过一个单播命令，也即通过单播的方式向该路由节点回复其邻居列表，在本实施例中，该单播命令可以称为路由切换答复命令，该路由切换答复命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)、列表种类、列表中节点的数量(节点数)、以及列表中节点的标识(ID)等。其中，节点的标识(ID)可以通过节点的地址来指示。表5是该路由切换答复命令的一个实施方式，在该实施方式中，该路由切换答复命令为“0x01”。

表5：路由切换答复命令

在本实施例中，如实施例1所述，在路由节点选定了自己的替换节点后，会广播发送包含路由替换信息的命令(0x02)，叶子节点在接收到该路由替换信息后，即可根据该路由替换信息确定自己是否是该路由节点的替换节点。例如，如果自己的标识包含在该路由替换信息中，则该叶子节点确定自己是该路由节点的替换节点，则该叶子节点可以切换为路由节点，作为路由节点发挥作用，例如，其可以重新选择路由，进入正常的收发状态。

在本实施例中，当确定自己是该路由节点的替换节点后，该叶子节点还可以记录发起路由切换的原路由节点的地址，也即，记录发送上述路由切换信息的路由节点的地址，以便在需要时，向该路由节点上报信息。

在本实施例中，当确定自己不是该路由节点的替换节点后，例如自己的标识并未包含于上述路由替换信息中，或者在预定时间内没有收到上述路由替换信息，则该叶子节点可以重新回到正常的收发流程中。

在本实施例中，如实施例1所述，在切换为路由节点后，如果网络由变化或者本地的能量不足或者本地的收发队列太长导致了数据堆积，则该叶子节点还可以切换回叶子节点并向原路由节点反馈重新分配路由的指示信息。

其中，该重新分配路由的指示信息可以通过一个广播命令来发送，在本实施例中，该广播命令可以称为路由重启切换命令，该路由重启切换命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)以及替换节点的标识(ID)等。其中，节点的标识(ID)可以通过节点的地址来指示。表6是该路由重启切换命令的一个实施方式，在该实施方式中，该替换节点指示命令为“0x03”。

表6：路由重启切换命令

发送节点ID	指令类别	包长度	目的节点ID	替换节点ID
					2B	1B	1B	2B	2B
	0x03	8	0xFFFF	原路由节点ID

图11是本实施例的方法的一个实施方式的整体流程图，如图11所示，该流程包括：

步骤1101：正常收发流程；

步骤1102：判断是否收到路由切换命令0x00；如果是则执行步骤1103，否则回到步骤1101；

步骤1103：通过命令0x01向路由节点上报自己的邻居列表；

步骤1104：等待替换节点指示命令0x02；

步骤1105：判断自己是否被选为路由节点的替换节点；如果是则执行步骤1106，否则回到步骤1101；

步骤1106：记录发起路由切换的原路由节点的地址；

步骤1107：切换为路由节点，允许子节点加入；

步骤1108：正常的收发流程；

步骤1109：判断是否网络变化或者能量不足或者数据堆积；如果是则执行步骤1110，否则回到步骤1108；

步骤1110：切换回叶子节点，通过0x03向原路由节点发送通知。

其中，步骤1106和1107的执行顺序可互换或并行，步骤1109和1110是可选的。

可选的，在本实施例中，在步骤1103之前，该叶子节点也可以判断网络是否有变化或者本地的能量是否不足或者本地的收发队列是否太长，如果判断为是，则该叶子节点可以不反馈自己的邻居列表而直接反馈重新分配路由的指示信息，也即前述0x03。类似的，在步骤1103之前，该叶子也可以判断网络是否有变化或者本地的能量是否不足或者本地的收发队列是否太长，如果判断为是，则该叶子节点可以不记录发起路由切换的路由节点的地址而直接反馈重新分配路由的指示信息，也即前述0x03。

通过本实施例的方法，叶子节点可以根据路由节点的选择切换为路由节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例3

本发明实施例提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的路由节点，也即骨干节点。图12是该方法的流程图，请参照图12，该方法包括：

步骤1201：广播发送本地的子节点列表以及父节点标识；

步骤1202：判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点；

步骤1203：如果存在满足路由切换条件的叶子节点，则根据满足路由切换条件的叶子节点的度量值确定替换节点；

步骤1204：在确定了替换节点后切换为叶子节点。

在步骤1201中，路由节点可以通过广播发送自己的子节点列表和父节点标识来开启路由切换过程，该子节点列表和父节点标识可以通过广播命令来发送，该广播命令可以称为路由切换命令，该路由切换命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)、列表种类、列表中节点的数量(节点数)、列表中节点的标识(ID)等。其中，节点的标识(ID)可以通过节点的地址来指示。表7是路由切换命令的一个实施方式，在该实施方式中，路由切换命令为“0x04”。

表7：路由切换命令

在步骤1202中，该路由节点可以等待其周围的叶子节点反馈的信息，以判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点。例如，如果该路由节点接收到叶子节点反馈的包含该叶子节点的度量值的信息，则该路由节点确定存在满足路由切换条件的叶子节点，如果该路由节点在预定的时间内没有接收到任何叶子节点反馈的上述信息，则该路由节点确定不存在满足路由切换条件的叶子节点。其中，关于该叶子节点反馈上述信息的方式将在实施例4中进行说明。

在步骤1203中，如果存在满足路由切换条件的叶子节点，则该路由节点可以根据各叶子节点的度量值确定其替换节点。其中，该路由节点可以将满足路由切换条件的叶子节点中，度量值最大的一个或几个叶子节点作为其替换节点，也可以将满足路由切换条件的叶子节点中，度量值超过预定阈值(在本实施例中，称为第一阈值)的叶子节点作为其替换节点，本实施例并不以此作为限制。

在步骤1204中，当确定了自己的替换节点后，该路由节点可以直接切换为叶子节点，由各叶子节点根据互相侦听到的信息确定哪个或哪些是该路由节点的替换节点；该路由节点也可以将确定的替换节点的标识存入替换节点列表中，并通过广播的方式发送包含替换节点列表的确认信息。

其中，该确认信息可以通过广播命令发送，在本实施例中，该广播命令可以称为替换节点指示命令，该替换节点指示命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)、列表种类、列表中节点的数量(节点数)、列表中节点的标识(ID)等。其中，节点的标识(ID)可以通过节点的地址来指示。表8是替换节点指示命令的一个实施方式，在该实施方式中，路由切换命令为“0x06”。

表8：替换节点指示命令

其中，该路由节点在切换为叶子节点后，即可重新选择路由，并进入正常的收发状态。

在本实施例中，如果根据步骤1202的判断，发现不存在满足路由切换条件的叶子节点，则该路由节点也可以广播如上所述的包含替换节点列表的确认信息，也即发送上述替换节点指示命令，而由于不存在满足路由切换条件的叶子节点，在该命令中，节点数为0，节点ID为空。

在本实施例中，与实施例1类似，在叶子节点作为替换节点切换为路由节点后，如果网络变化或者其能量不足或者其数据堆积，则该叶子节点也可以向该路由节点反馈重新分配路由的指示信息，例如通过命令0x03反馈上述信息，则该路由节点在接收到该重新分配路由的指示信息后，重新切换为路由节点，待所有节点加入网络后，根据需要重新执行本实施例的方法。其中，该叶子节点发送该重新分配路由的指示信息的方式与实施例2类似，在实施例4中也将做进一步说明。

图13是本实施例的方法的一个实施方式的整体流程图，如图13所示，该流程包括：

步骤1301：开启路由切换流程；

步骤1302：广播自己的子节点列表(0x04)和父节点标识；

步骤1303：等待邻居节点反馈的广播信息(0x05)；

步骤1304：判断邻居节点是否有条件切换为路由节点；如果是则执行步骤1305，否则执行步骤1309；

步骤1305：确定替换节点；

步骤1306：(可选)发送包含替换节点列表的确认命令(0x06)；

步骤1307：切换为叶子节点；

步骤1308：正常的收发流程；

步骤1309：发送替换节点列表为空的确认命令(0x06)；

步骤1310：依然为路由节点；

步骤1311：正常的收发流程；

步骤1312：判断是否接收到重新分配路由的信息(0x03)，如果是则执行步骤1313，否则回到步骤1311；

步骤1313：切换为路由节点，允许子节点加入。

其中，步骤1306和1307的执行顺序可互换或并行，步骤1312和1313是可选的。

通过本实施例的方法，路由节点可以在选定了自己的替换节点后切换为叶子节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例4

本发明实施例提供了一种路由节点的切换方法，该方法应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，是实施例3的方法对应的叶子节点侧的处理。图14是该方法的流程图，请参照图14，该方法包括：

步骤1401：接收到路由切换信息后将本地的邻居列表与所述路由切换信息所指示的路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较；

步骤1402：如果所述路由节点的子节点和父节点都位于本地的邻居列表中，则计算度量值并上报包含该度量值的答复信息；

步骤1403：根据所述度量值确定本地是否是替换节点或者根据接收到包含替换节点列表的确认信息确定本地是否是替换节点；

步骤1404：如果本地是替换节点则切换为路由节点。

在本实施例中，如实施例3所述，路由节点可以通过发送自己的子节点列表和父节点标识来开启路由切换流程，叶子节点在正常的收发流程中，如果接收到上述信息(0x04)，则将自己的邻居列表与该路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较，以确定本地是否可以作为该路由节点的替换节点。

在本实施例中，与实施例2类似，如果该路由节点的子节点和父节点都在自己的邻居列表中，也即{自己的邻居列表}{路由节点的子节点+父节点}，则确定自己可以作为该路由节点的替换节点，则该叶子节点可以计算自己的度量值并上报包含该度量值的答复信息。

其中，这里的度量值例如为剩余的电量、收发队列的长度、CPU的空闲时间等，这里的答复信息可以通过广播或单播的方式发送，表9是该答复信息的命令的一个实施方式的格式，该命令可以包括发送节点的标识(ID)、指令类别、包长度、目的节点的标识(ID)以及度量值等。其中，节点的标识可以通过节点的地址来指示。在本实施方式中，该命令可以是“0x05”。

表9：答复信息的命令

在本实施例中，如果该路由节点的至少一个子节点或者父节点不在自己的邻居列表中，则确定自己不能作为该路由节点的替换节点，则该叶子节点回到正常的收发状态。

在本实施例中，该叶子节点可以根据自己的度量值确定自己是否可以作为替换节点，例如，该叶子节点可以将自己的度量值与侦听到的其它叶子节点的度量值进行比较，如果自己的度量值最大或者自己的度量值大于预先设定的阈值(在本实施例中称为第一阈值)，则确定自己可以作为该路由节点的替换节点。其中，该方式要求各叶子节点广播发送包含自己的度量值的上述命令(0x05)，由此，各叶子节点可以侦听到其它叶子节点的度量值。

在本实施例中，该叶子节点也可以根据接收到的路由节点反馈的包含替换节点列表的确认信息(0x06)来确定自己是否可以作为替换节点。如实施例3所述，在一个实施方式中，路由节点在选定了替换节点后会广播包含替换节点列表的确认信息(0x06)，则叶子节点在接收到该确认信息后，可以根据该确认信息所包含的替换节点列表确认自己是否可以作为替换节点。其中，如果自己的标识在该替换节点列表中则确认自己可以作为替换节点，如果自己的标识不在该替换节点列表中，则确认自己不能作为替换节点。

在本实施例中，如果该叶子节点可以作为替换节点，则该叶子节点可以切换为路由节点，并重新选择路由，进入正常的收发状态。如果该叶子节点不能作为替换节点，则该叶子节点回到正常的收发状态。

在本实施例中，与实施例2类似，在叶子节点作为替换节点切换为路由节点后，如果网络由变化或者本地的能量不足或者本地的收发队列太长导致了数据堆积，则该叶子节点还可以切换回叶子节点并向原路由节点反馈重新分配路由的指示信息(0x03)。

图15是本实施例的方法的一个实施方式的整体流程图，如图15所示，该流程包括：

步骤1501：正常收发流程；

步骤1502：判断是否收到路由切换命令0x04；如果是则执行步骤1503，否则回到步骤1501；

步骤1503：将自己的邻居列表和路由节点的子节点列表以及父节点标识进行比较；

步骤1504：判断是否满足路由切换条件，也即：{自己的邻居列表}{路由节点的子节点列表和父节点}，如果满足则执行步骤1505，否则回到步骤1501；

步骤1505：计算自己的度量值；

步骤1506：发送包含自己的度量值的答复信息(0x05)；

步骤1507：(可选)等待接收确认信息(0x06)；

步骤1508：判断自己是否可以作为替换节点，如果是则执行步骤1509，否则回到步骤1501；

步骤1509：切换为路由节点；

步骤1510：正常的收发流程；

步骤1511：判断是否网络变化或者能量不足或者数据堆积；如果是则执行步骤1512，否则回到步骤1510；

步骤1512：切换回叶子节点，通过0x03向原路由节点发送通知。

其中，步骤1507、1511和1112是可选的。

可选的，在本实施例中，在切换为路由节点之前，例如在步骤1502之后，该叶子节点也可以判断网络是否有变化或者本地的能量是否不足或者本地的收发队列是否太长，如果判断为是，则该叶子节点可以不反馈包含自己的度量值的答复信息0x05而直接反馈重新分配路由的指示信息0x03。

通过本实施例的方法，叶子节点可以根据路由节点的选择切换为路由节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例5

本发明实施例提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由节点，由于该装置解决问题的原理与实施例1的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例1的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

图16是该装置的组成示意图，如图16所示，该装置1600包括：广播单元1601、确定单元1602、以及切换单元1603。

其中，广播单元1601用于广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表。其中，该路由切换信息可以通过命令0x00发送。

其中，确定单元1602用于根据叶子节点上报的邻居列表确定该路由节点的替换节点。其中，该叶子节点可以通过命令0x01上报其邻居列表。

在确定单元1602的一个实施方式中，该确定单元1602包括比较模块16021和确定模块16022，其中，该比较模块16021用于在所述路由节点接收到各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表时，将各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表与所述路由节点的子节点列表和所述路由节点的父节点标识进行比较；该确定模块16022用于在所述路由节点的子节点和父节点都包含于一个叶子节点的邻居列表中时，确定所述叶子节点为所述路由节点的替换节点，在所述路由节点的子节点和父节点都没有包含于任何一个叶子节点的邻居列表中时，确定距离所述路由节点最近的叶子节点为所述路由节点的替换节点。

其中，切换单元1603用于在确定单元1602确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示所述路由节点的替换节点。其中，该路由替换信息可以通过命令0x02发送。

其中，该切换单元1603还用于在切换为叶子节点的所述路由节点接收到重新分配路由的指示信息时，将切换为叶子节点的所述路由节点切换回路由节点。其中，该指示信息可以通过命令0x03发送。

通过本实施例的装置，路由节点可以在选定了自己的替换节点后切换为叶子节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例6

本发明实施例提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的叶子节点，由于该装置解决问题的原理与实施例2的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例2的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

图17是该装置的组成示意图，如图17所示，该装置1700包括：接收单元1701、发送单元1702、确定单元1703、以及切换单元1704。

其中，接收单元1701用于接收路由切换信息和路由替换信息。其中，该路由切换信息可以通过命令0x00来发送，该路由替换信息可以通过命令0x02来发送。

其中，发送单元1702用于在所述接收单元1701接收到路由切换信息后上报所述叶子节点的邻居列表。其中，该叶子节点的邻居列表可以通过命令0x01来发送。

其中，确定单元1703用于在所述接收单元1701接收到路由替换信息后根据所述路由替换信息确定所述叶子节点是否为替换节点。其中，如果叶子节点的标识与路由替换信息所指示的替换节点的标识相同时，确定该叶子节点是替换节点。

其中，切换单元1704用于在所述叶子节点是替换节点时将所述叶子节点切换为路由节点，并记录发起路由切换信息的路由节点的地址。

在一个实施方式中，该装置1700还包括判断单元1705，其在所述切换单元1704将所述叶子节点切换为路由节点后，判断网络是否有变化或者切换为路由节点的所述叶子节点的能量是否不足或者切换为路由节点的所述叶子节点的发送队列或接收队列太长，所述切换单元1704在所述判断单元1705判断为是时，将切换为路由节点的所述叶子节点切换回叶子节点并反馈重新分配路由的指示信息。其中，该重新分配路由的指示信息可以通过命令0x03来发送。

通过本实施例的装置，叶子节点可以根据路由节点的选择切换为路由节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例7

本发明实施例提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由节点，由于该装置解决问题的原理与实施例3的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例3的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

图18是该装置的组成示意图，如图18所示，该装置1800包括：广播单元1801、判断单元1802、确定单元1803、以及切换单元1804。

其中，广播单元1801用于广播发送所述路由节点的子节点列表以及父节点标识。其中，该路由节点的子节点列表和父节点标识可以命令0x04来发送。

其中，判断单元1802用于判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点。其中，如果接收到叶子节点反馈的包含该叶子节点的度量值的答复信息，则判断为存在满足路由切换条件的叶子节点，否则判断为不存在满足路由切换条件的叶子节点。其中，该答复信息可以通过命令0x05来发送。

其中，确定单元1803用于在所述判断单元1802判断为存在满足路由切换条件的叶子节点时，根据满足路由切换条件的叶子节点的度量值确定所述路由节点的替换节点。其中，该确定单元1803可以将满足路由切换条件的叶子节点中度量值最高的叶子节点和/或度量值大于第一阈值的叶子节点作为所述路由节点的替换节点。

其中，切换单元1804用于在所述确定单元1803确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点。

在本实施例中，可选的，广播单元1801还可以广播发送包含替换节点列表的确定信息。其中，该确定信息可以通过命令0x06来发送。如果该广播单元1801广播了该信息，则叶子节点可以根据该替换节点列表来确定自己是否可以作为替换节点；如果该广播单元1801没有广播该信息，则叶子节点可以通过侦听其它叶子节点的度量值来确定自己是否可以作为替换节点。

在本实施例中，可选的，所述切换单元1804在切换为叶子节点的所述路由节点接收到重新分配路由的指示信息时，将切换为叶子节点的所述路由节点切换回路由节点。其中，该指示信息可以通过命令0x03来发送。

通过本实施例的装置，路由节点可以在选定了自己的替换节点后切换为叶子节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例8

本发明实施例提供了一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的叶子节点，由于该装置解决问题的原理与实施例4的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例4的方法的实施，内容相同之处不再重复说明。

图19是该装置的组成示意图，如图19所示，该装置1900包括：比较单元1901、计算单元1902、上报单元1903、确定单元1904以及切换单元1905。

其中，比较单元1901用于在所述叶子节点接收到路由切换信息后，将所述叶子节点的邻居列表与所述路由切换信息所指示的路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较。其中，路由切换信息可以通过命令0x04来发送。

其中，计算单元1902用于在所述路由节点的子节点和父节点都位于所述叶子节点的邻居列表中时，计算所述叶子节点的度量值。

其中，上报单元1903用于上报包含所述计算单元1902计算出的所述叶子节点的度量值的答复信息。其中，该答复信息可以通过命令0x05来发送。

其中，确定单元1904用于根据所述度量值确定所述叶子节点是否是替换节点或者根据接收到包含替换节点列表的确认信息确定所述叶子节点是否是替换节点。其中，如前所述，如果接收到该确认信息，则确定单元1904根据该确认信息所包含的替换节点列表确认该叶子节点是否可以作为替换节点，例如，所述确定单元1904在所述叶子节点在所述替换节点列表中时，确定所述叶子节点是替换节点；如果没有接收到该确认信息，该确定单元1904可以利用该叶子节点监听到的其它叶子节点的度量值，根据该度量值确定该叶子节点是否可以作为替换节点，例如，所述确定单元1904在所述叶子节点的度量值在监听到的叶子节点的度量值中最大，或者所述叶子节点的度量值大于第一阈值时，确定所述叶子节点是替换节点。

其中，切换单元1905用于在所述叶子节点是替换节点时，将所述叶子节点切换为路由节点。

在本实施例中，可选的，该装置1900还可以包括判断单元1906，其在所述叶子节点切换为路由节点后，判断网络是否有变化或者切换为路由节点的所述叶子节点的能量是否不足或者切换为路由节点的所述叶子节点的发送队列或接收队列太长。所述切换单元1905在所述判断单元1906判断为是时，将切换为路由节点的所述叶子节点切换为叶子节点并反馈重新分配路由的指示信息。其中，该指示信息可以通过命令0x03来发送。

通过本实施例的装置，叶子节点可以根据路由节点的选择切换为路由节点，实现了网络负载的均衡，并延长了网络寿命。

实施例9

本发明实施例提供一种无线传感器网络中的节点，该节点包括前述实施例5-8任一实施例所述的路由节点的切换装置。由于在实施例5-8中，已经对各装置进行了详细说明，其内容被合并于此，不再赘述。

图20是本发明实施例的节点2000的系统构成的示意框图。如图20所示，该节点2000可以包括中央处理器2001和存储器2002，存储器2002耦合到中央处理器2001。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。

在一个实施方式中，路由节点的切换装置的功能可以被集成到中央处理器2001中。由于在实施例5-8中，已经对各装置进行了详细说明，其内容被合并于此，不再赘述。

在另一个实施方式中，路由节点的切换装置可以与中央处理器2001分开配置，例如可以将路由节点的切换装置配置为与中央处理器2001连接的芯片，通过中央处理器2001的控制来实现路由节点的切换装置的功能。同样的，由于在实施例5-8中，已经对各装置进行了详细说明，其内容被合并于此，不再赘述。

如图20所示，该节点2000还可以包括：通信模块2003、输入单元2004、音频处理单元2005、显示器2006、电源2007。值得注意的是，节点2000也并不是必须要包括图13中所示的所有部件；此外，节点2000还可以包括图20中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图20所示，中央处理器2001有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器2001接收输入并控制节点2000的各个部件的操作。

其中，存储器2002，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与表格、命令等有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器2001可执行该存储器2002存储的该程序，以实现信息存储或处理等。其他部件的功能与现有类似，此处不再赘述。节点2000的各部件可以通过专用硬件、固件、软件或其结合来实现，而不偏离本发明的范围。

通过本实施例，路由节点和叶子节点可以主动的相互切换，使网络负载均衡，延长网络寿命。

实施例10

本发明实施例还提供一种无线传感网络，包括多个路由节点以及多个叶子节点，其中，该路由节点可以实现实施例1或3所述的方法，也即包含实施例5、7所述的装置；该叶子节点可以实现实施例2或4所述的方法，也即包含实施例6、8所述的装置。由于在实施例1-8中，已经对路由节点和叶子节点的组成和功能做了详细说明，其内容被合并于此，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在信息处理装置或路由节点中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述信息处理装置或路由节点中执行实施例1或3所述的路由节点的切换方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在信息处理装置或路由节点中执行实施例1或3所述的路由节点的切换方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在信息处理装置或叶子节点中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述信息处理装置或叶子节点中执行实施例2或4所述的路由节点的切换方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在信息处理装置或叶子节点中执行实施例2或4所述的路由节点的切换方法。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由节点，其中，所述装置包括：

广播单元，其广播发送路由切换信息，以便接收到该路由切换信息的叶子节点上报自己的邻居列表；

确定单元，其根据叶子节点上报的邻居列表确定所述路由节点的替换节点；

切换单元，其在所述确定单元确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点，并广播发送路由替换信息，通过所述路由替换信息指示所述路由节点的替换节点。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述确定单元包括：

比较模块，其在所述路由节点接收到各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表时，将各个叶子节点上报的该各个叶子节点的邻居列表与所述路由节点的子节点列表和所述路由节点的父节点标识进行比较；

确定模块，其在所述路由节点的子节点和父节点都包含于一个叶子节点的邻居列表中时，确定所述叶子节点为所述路由节点的替换节点，在所述路由节点的子节点和父节点都没有包含于任何一个叶子节点的邻居列表中时，确定距离所述路由节点最近的叶子节点为所述路由节点的替换节点。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述切换单元在切换为叶子节点的所述路由节点接收到重新分配路由的指示信息时，将切换为叶子节点的所述路由节点切换回路由节点。

4.一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，所述装置包括：

接收单元，其接收路由切换信息和路由替换信息；

发送单元，其在所述接收单元接收到路由切换信息后上报所述叶子节点的邻居列表；

确定单元，其在所述接收单元接收到路由替换信息后根据所述路由替换信息确定所述叶子节点是否为替换节点；

切换单元，其在所述叶子节点是替换节点时将所述叶子节点切换为路由节点，并记录发起路由切换信息的路由节点的地址。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述装置还包括：

判断单元，其在所述切换单元将所述叶子节点切换为路由节点后，判断网络是否有变化或者切换为路由节点的所述叶子节点的能量是否不足或者切换为路由节点的所述叶子节点的发送队列或接收队列太长；

所述切换单元在所述判断单元判断为是时，将切换为路由节点的所述叶子节点切换回叶子节点并反馈重新分配路由的指示信息。

6.一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感网络中初始部署的路由站点，其中，所述装置包括：

广播单元，其广播发送所述路由节点的子节点列表以及父节点标识；

判断单元，其判断是否存在满足路由切换条件的叶子节点；

确定单元，其在所述判断单元判断为存在满足路由切换条件的叶子节点时，根据满足路由切换条件的叶子节点的度量值确定所述路由节点的替换节点；

切换单元，其在所述确定单元确定了所述路由节点的替换节点后，将所述路由节点切换为叶子节点。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述判断单元包括：

确定模块，其在所述路由节点接收到叶子节点发送的包含该叶子节点的度量值的答复信息时，确定存在满足路由切换条件的叶子节点。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述确定单元将满足路由切换条件的叶子节点中度量值最高的叶子节点和/或度量值大于第一阈值的叶子节点作为所述路由节点的替换节点。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述广播单元还用于广播发送包含替换节点列表的确定信息。

10.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述切换单元在切换为叶子节点的所述路由节点接收到重新分配路由的指示信息时，将切换为叶子节点的所述路由节点切换回路由节点。

11.一种路由节点的切换装置，该装置应用于无线传感器网络中初始部署的叶子节点，其中，所述装置包括：

比较单元，其在所述叶子节点接收到路由切换信息后，将所述叶子节点的邻居列表与所述路由切换信息所指示的路由节点的子节点列表和父节点标识进行比较；

计算单元，其在所述路由节点的子节点和父节点都位于所述叶子节点的邻居列表中时，计算所述叶子节点的度量值；

上报单元，其上报包含所述计算单元计算出的所述叶子节点的度量值的答复信息；

确定单元，其根据所述度量值确定所述叶子节点是否是替换节点或者根据接收到包含替换节点列表的确认信息确定所述叶子节点是否是替换节点；

切换单元，其在所述叶子节点是替换节点时，将所述叶子节点切换为路由节点。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述确定单元在所述叶子节点的度量值在监听到的叶子节点的度量值中最大，或者所述叶子节点的度量值大于第一阈值时，确定所述叶子节点是替换节点。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述确定单元在所述叶子节点在所述替换节点列表中时，确定所述叶子节点是替换节点。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置还包括：

判断单元，其在所述叶子节点切换为路由节点后，判断网络是否有变化或者切换为路由节点的所述叶子节点的能量是否不足或者切换为路由节点的所述叶子节点的发送队列或接收队列太长；

所述切换单元在所述判断单元判断为是时，将切换为路由节点的所述叶子节点切换为叶子节点并反馈重新分配路由的指示信息。