[发明专利]用于解决Zigbee树型网络拥塞问题的路由方法

说明书

技术领域

本发明属于Zigbee树型网络，具体地涉及一种用于解决Zigbee树型网络拥塞问题的路由方法。

背景技术

Zigbee技术是一种低成本、低功耗和低数据传输率的短距离无线通信技术。Zigbee网络可以支持星型、树型和网格型拓扑结构，常见的网络层路由算法有树型路由和AODVjr路由，前者主要用于树型结构网络，后者主要用于网格型网络。

Zigbee网络的树型路由算法中，节点不需要进行路由发现，只需根据父子关系进行数据的转发，能够避免网络环路和控制路由开销。但是也存在弊端，节点只能沿着树型结构进行通信，当某个树干发生拥塞时只能进行等待或放弃传输，从而带来数据传输的延时和丢包；此外，较大负载的树干拥有很大的数据流通量，而负载较轻的树干却长时间处于空闲状态，这样造成了能量消耗的不均衡，降低了网络的生命周期。

Zigbee网络分布式地址分配方案及路由算法基本原理：

Zigbee树型路由选择算法的原理来源于其地址分配机制，分布式的地址分配方案中，每个父节点会得到一个网络地址空间，其子节点的地址根据设备类型从这个地址空间中得到一个地址段或一个地址。其分布式地址分配方式的原理如下：

首先，在Zigbee网络中，由协调器决定网络深度和允许挂载的最大节点数，其中协调器的网络深度为0，它的一级子节点网络深度为1，依次递增。以Cm表示父节点的最大子节点数，Rm表示路由器的最大子节点数目，Lm代表网络的最大深度，Cskip(d)表示网络深度为d的父节点为其子节点分配的地址空间，初始化协调器的网络地址和网络深度均为0。

然后，按照公式(1)和公式(2)，

如果，

(1)

否则，

(2)

那么第K个子节点被深度为d的父节点A_p分配地址计算如公式(3)和公式(4)，

当

(3)

当

(4)

最后，父节点按照上述方案给子节点分配地址，直到父节点所有的地址块分配完而不再接受新的节点申请为止。

Zigbee网络的树型路由算法基本原理如下：

(1)当一个节点需要转发信息到目的节点时，转播节点首先需要判断目的节点是否为其子孙节点。若转发节点的深度为d，地址为A，如果满足公式(5)则确定目的节点是其子孙节点。

(5)

(2)如若不满足公式(5)，则向转发节点的父节点传输，数据到达父节点后再进行公示(5)的判断。

(3)如确定目标节点为转发节点的子孙节点后，则进行下一跳的地址判断。如果目标节点为转发节点的子节点，那么下一跳的地址就是目的地址。如果目标节点为其后裔的非子节点，下一跳地址通过公式(6)计算得到。

(6)

(4)在确定达到目的节点的下一跳地址后，该节点会更新其路由表，这样在以后的通信中，就不需要每次通过计算确定下一跳地址，而是可以直接通过查询路由表得到。

现有的改进型树型路由算法优化方案大体可以分为两类，一类是通过减少信息量的方式，即尽可能的减少树型网络中流通的数据量以达到尽可能降低拥塞情况的发生。数据量的减少主要通过缩短数据包长度和通过增大路由表存储的信息以减少路由探索次数等，该类方案对于某个特定规模的项目有明显的改善效果，但不利于网络的扩展和升级。另一类优化方案主要是通过改变分布不均匀的网络结构来达到能量均衡。譬如建立动态簇头的方式，即通过一定算法，根据需要改变树干的簇头，相当于对网络结构进行重置。该类方案路由开销较大，且算法复杂。

发明内容

针对Zigbee网络中原有的树型路由算法可能出现的树干负载分布不均衡造成拥塞，从而带来数据传输延时或丢包的问题，本发明目的是：提供一种用于解决Zigbee树型网络拥塞问题的路由方法，该方法在原有的树型路由算法基础上通过建立横向通信路径的方式，使得在树干发生拥塞时，节点可以采用负载较轻的邻居节点进行转发数据，能够有效地降低数据传输延时，解决网络能量分布不均衡的现象，从而延长网络生命周期。

本发明的技术方案是：

一种用于解决Zigbee树型网络拥塞问题的路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)协调器节点建立Zigbee网络，其他节点加入Zigbee网络时分别建立自身的邻居表；

(2)树型网络维护阶段，各节点通过Hello维护报文同自身的所有邻居节点交互邻居表信息；