[发明专利]基于MCDS近似算法的最小化资源消耗的组播路由方法

摘要

本发明属于无线网络通信中的路由优化技术，涉及到节省无线网络中无线广播发送的能量和带宽资源消耗的问题，基于图论中的MCDS(最小连通支配集)问题，提出了一种最小化网络通信资源消耗的分布式组播树的构建方法。本发明一种基于MCDS近似算法的最小化资源消耗的组播路由方法基于已建立好的组播树找到一个最大独立集MIS，然后找到支配集节点连接所有的MIS节点，得到一棵支配组播树。本发明最优化了通信网络组播通信的资源消耗。由于无线媒介的广播本质，组播通信的带宽和能量消耗主要依赖于组播树中的报文转发次数。因而，本发明通过减少组播树中承担转发任务的节点个数来达到了减少网络资源消耗的目的。

主权项

1、一种基于MCDS近似算法的最小化资源消耗的组播路由方法，其特征在于：所述的构造方法基于已建立好的组播树找到一个最大独立集MIS，然后找到支配集节点连接所有的MIS节点，得到一棵支配组播树，所述方法包括如下步骤：1)构造MIS在组播树T上，树中节点的级别(level)为该节点距离树根的跳数；树根的级别为0；我们定义节点的rank为二元组(level，id)；IF levelv＞levelu THEN rankv＞ranku，ORIF levelv＝levelu AND IDv＞IDu THEN rankv＞ranku每个节点的ID在树T中具有唯一性，所以树中节点有一确定的排序；算法初始化过程，每个节点先计算自己的等级和低等级的邻居节点的个数，并存储这两个值；每一节点保持两个本地感知变量x1和x2；变量x1记录邻居节点中级别还没有确定的节点个数，它的初始值为节点所有邻居节点个数；变量x2记录了节点还未完成执行步骤的子节点的个数，它的初始值为所有子节点个数；所有节点保存一个LevelList变量，记录了邻居节点的级别，初始化为空；还有一个本地变量y，它记录了低等级邻居节点的个数；初始化开始时，根节点广播带有他的级别为0信息的LEVEL消息；当接收到一个LEVEL消息，节点将包含发送节点ID和级别的条目添加到自己LeveList变量中去，然后将x1减1；如果发送者是它在树T中的父节点，它将自己的级别设置为发送者的级别加1，然后通过LEVEL消息广播自己的级别；当x1＝0时，节点设置y为它的低等级邻居节点的个数，该值可以通过计算LeveList中的信息得到；如果该节点是叶节点，即它的变量x2初始化为0，并且它的级别已经决定，它发送一个LEVELCOMPLETE消息给它的父节点，当接收到LEVELCOMPLETE消息后，节点将它的x2变量减1；如果节点经过更新后的变量x2＝0，而且它不是根节点，它将发送LEVELCOMPLETE消息给它的父节点，然后重新设置x2变量为其子节点个数；到此为止，所有节点都确定了各自的等级和它们邻居的等级，接下来根节点将用颜色标识的方法构建MIS；所有节点最初都标识为白色节点，而在该阶段结束时，它们最终将标识为灰色或是黑色。每一个节点保存一个BlackNum变量；在基于UDG模型下，BlackNum至多为5。根节点首先将自己标识为黑色，然后广播BLACK消息，当接收到BLACK消息后，节点将BlackNum加1，如果它的颜色为白色，它将标识自己为灰，然后广播GRAY消息，此消息中包含它的level信息；白节点接收到GRAY消息，如果发送者的等级低于它的等级，将其y值减1；如果更新后的y值为0，它将标识自己为黑色节点，然后广播一个BLACK消息；当一个叶节点被标识，它将发送MARKCOMPLETE消息给其父节点；当一个节点接收到MARKCOMPLETE消息后，它将自己的x2变量减1；如果更新后其x2＝0，而且它不是根节点，它将发送一个MARKCOMPLETE消息给其父节点；当根节点的本地变量x2＝0后，所有节点都已经被标识为黑色或是灰色，然后根节点将进入支配树的构造阶；2)构造支配树构造一棵支配树T*，算法结束后被标识为黑的节点集，即近似MCDS。初始化每个黑节点有一个Connect变量，将记录它的连接节点ID，Degree变量记录连接节点的邻居黑节点的个数，初始化为0，x1初始化为邻居节点个数，x2记录节点的子节点个数，初始化为0。步骤如下：(a)先由已经被标识为黑的根节点开始广播一个CONNCET消息，未确定灰节点每收到一个CONNCET消息将BlackNum变量的值减1，回复CONNECTREP消息给CONNCET的发送者，CONNECTREP消息中有灰节点的邻居未遍历黑节点个数，即BlackNum变量值。根节点每接收到一个CONNECTREP消息，x1变量减1，比较CONNECTREP消息中发送者黑色邻居节点的个数和自己的Degree变量的大小，如果前者大，就以该值来更新Degree变量，并将Connect变量更新为该发送者的ID；(b)如果根节点经过更新后x1＝0，发送CONNECT-CONFIRM消息给变量Connect中存储的ID的节点，重置x1值为节点的度；接收到CONNECT-CONFIRM消息的灰节点成为树T*的根节点，标识为黑，将自己的状态更新为已确定，并广播BLACK-COMFIRM消息；(c)CONNECT节点的所有未遍历黑色邻居节点接收到BLACKCONFIRM消息后将发送者标记为自己的父节点，x1值减1，将自己的状态更新为已遍历，并重复上述树T根节点的步骤，只是黑节点每接收到一个CONNECTREP消息，在x1变量减1的同时将x2变量加1，接收到CONNECTCONFIRM消息的灰节点应该成为转发节点而不是树T*的根节点，并将发送者标识为自己的父节点。所以当灰节点的BlackList变量值为0时，记录发送CONNCET消息节点的ID号，并将其标记为自己的父节点，把自己的状态更新为已确定，说明它的所有邻居黑节点已遍历；当黑节点广播CONNCET消息后收不到任何回复时，说明它的所有邻居灰节点已确定；(d)已确定的灰节点发送DONE消息给它的父节点。无BlackNum变量的黑节点每接收到一个DONE消息将变量x2减1，节点变量x2＝0时，发送DONE消息给它的父节点；存有BlackNum变量的黑节点每收到一个DONE消息将它的BlackNum变量值减1，直到BlackNum＝0发送DONE消息给它的父节点。当树T*根节点收到DONE消息，该算法结束。