[發明專利]用于解決Zigbee樹型網絡擁塞問題的路由方法

在審

• 申請號: 201510291350.2
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN105050149A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 周曉明;薛松;王薇
• 申請（專利權）人: 蘇州博聯科技有限公司
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/24;H04W28/02;H04L12/803
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于Zigbee樹型網絡，具體地涉及一種用于解決Zigbee樹型網絡擁塞問題的路由方法。

背景技術

Zigbee技術是一種低成本、低功耗和低數據傳輸率的短距離無線通信技術。Zigbee網絡可以支持星型、樹型和網格型拓撲結構，常見的網絡層路由算法有樹型路由和AODVjr路由，前者主要用于樹型結構網絡，后者主要用于網格型網絡。

Zigbee網絡的樹型路由算法中，節點不需要進行路由發現，只需根據父子關系進行數據的轉發，能夠避免網絡環路和控制路由開銷。但是也存在弊端，節點只能沿著樹型結構進行通信，當某個樹干發生擁塞時只能進行等待或放棄傳輸，從而帶來數據傳輸的延時和丟包；此外，較大負載的樹干擁有很大的數據流通量，而負載較輕的樹干卻長時間處于空閑狀態，這樣造成了能量消耗的不均衡，降低了網絡的生命周期。

Zigbee網絡分布式地址分配方案及路由算法基本原理：

Zigbee樹型路由選擇算法的原理來源于其地址分配機制，分布式的地址分配方案中，每個父節點會得到一個網絡地址空間，其子節點的地址根據設備類型從這個地址空間中得到一個地址段或一個地址。其分布式地址分配方式的原理如下：

首先，在Zigbee網絡中，由協調器決定網絡深度和允許掛載的最大節點數，其中協調器的網絡深度為0，它的一級子節點網絡深度為1，依次遞增。以Cm表示父節點的最大子節點數，Rm表示路由器的最大子節點數目，Lm代表網絡的最大深度，Cskip(d)表示網絡深度為d的父節點為其子節點分配的地址空間，初始化協調器的網絡地址和網絡深度均為0。

然后，按照公式(1)和公式(2)，

如果，

(1)

否則，

(2)

那么第K個子節點被深度為d的父節點A_p分配地址計算如公式(3)和公式(4)，

當

(3)

當

(4)

最后，父節點按照上述方案給子節點分配地址，直到父節點所有的地址塊分配完而不再接受新的節點申請為止。

Zigbee網絡的樹型路由算法基本原理如下：

(1)當一個節點需要轉發信息到目的節點時，轉播節點首先需要判斷目的節點是否為其子孫節點。若轉發節點的深度為d，地址為A，如果滿足公式(5)則確定目的節點是其子孫節點。

(5)

(2)如若不滿足公式(5)，則向轉發節點的父節點傳輸，數據到達父節點后再進行公示(5)的判斷。

(3)如確定目標節點為轉發節點的子孫節點后，則進行下一跳的地址判斷。如果目標節點為轉發節點的子節點，那么下一跳的地址就是目的地址。如果目標節點為其后裔的非子節點，下一跳地址通過公式(6)計算得到。

(6)

(4)在確定達到目的節點的下一跳地址后，該節點會更新其路由表，這樣在以后的通信中，就不需要每次通過計算確定下一跳地址，而是可以直接通過查詢路由表得到。

現有的改進型樹型路由算法優化方案大體可以分為兩類，一類是通過減少信息量的方式，即盡可能的減少樹型網絡中流通的數據量以達到盡可能降低擁塞情況的發生。數據量的減少主要通過縮短數據包長度和通過增大路由表存儲的信息以減少路由探索次數等，該類方案對于某個特定規模的項目有明顯的改善效果，但不利于網絡的擴展和升級。另一類優化方案主要是通過改變分布不均勻的網絡結構來達到能量均衡。譬如建立動態簇頭的方式，即通過一定算法，根據需要改變樹干的簇頭，相當于對網絡結構進行重置。該類方案路由開銷較大，且算法復雜。

發明內容

針對Zigbee網絡中原有的樹型路由算法可能出現的樹干負載分布不均衡造成擁塞，從而帶來數據傳輸延時或丟包的問題，本發明目的是：提供一種用于解決Zigbee樹型網絡擁塞問題的路由方法，該方法在原有的樹型路由算法基礎上通過建立橫向通信路徑的方式，使得在樹干發生擁塞時，節點可以采用負載較輕的鄰居節點進行轉發數據，能夠有效地降低數據傳輸延時，解決網絡能量分布不均衡的現象，從而延長網絡生命周期。

本發明的技術方案是：

一種用于解決Zigbee樹型網絡擁塞問題的路由方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)協調器節點建立Zigbee網絡，其他節點加入Zigbee網絡時分別建立自身的鄰居表；

(2)樹型網絡維護階段，各節點通過Hello維護報文同自身的所有鄰居節點交互鄰居表信息；