基于最长间隔时间的ZigBee节点丢失算法的研究

引言

    随着无线网络在各个应用领域的快速发展，所以对于作为系统基础组成部分的网络拓扑结构的研究也就成为无线网络研究方面的一个重要研究方面。国内外也有许多研究机构在对这方面做了大量的研究工作。安徽财经大学的赵涛，发表了《基于数据聚合的无线传感器网络拓扑发现算法》，TI(德州仪器)也给出了一种获取网络拓扑结构的方法。

本文以领先的Z-stack协议栈为研究基础，基于父节点和子节点有效通讯的最长间隔时间来实现节点丢失的发现。

算法描述

最长间隔时间是根据现在时间点和父子节点最后一次通讯的时间点得出。

父节点维护一个数据结构的集合，数据结构要来描述一个子节点的信息和一个整型的权值，初始值为0。权值是用来衡量节点是否需要进行丢失发现探测的量，相应的就必须指定一个边界值。当子节点与父节点有有效通讯时，对应的父节点维护的子节点数据结构中权值清零。在一定的情况下，权值会增加，权值的增加方式也是需要讨论的。在轮询的策略下检测各个子节点相应的数据结构的权值，以此发现需要探测那个节点，轮询的时间也有很多因素决定。

算法详解

此算法的三个关键的决定因素是权值的边界值，权值的增量方法和轮询的时间。边界值决定一个节点是否需要进行探测，所以决定值的大小设定，影响了探测的频率和效率。边界值设定小了，虽然网络拓扑及时性会提高，但是在父节点上的计算量增加，会消耗大量的硬件资源。边界值设定大了，网络拓扑的及时性会下降，但是降低了资源的消耗。权值在算法中是一个关键的值，那么对于权值的增量方式也很关键。增量方式同样会对及时性和资源的消耗有直接的影响。轮询的时间的决定取决了很多因素，其中最重要的因素是子节点和父节点的通讯的间隔时长。

结语

此算法的工作量集中在父节点，对子节点没有影响。父节点负责本子网的网络拓扑的检测和维护。对于整个网络来说，汇聚节点只需维护相应的路由父节点就可以实现整个网络拓扑的检测和维护。从结构上来说，汇聚节点只需要维护最靠近它的路由父节点组成的一层网络。汇聚节点与相应的子网父节点通讯即可完成整个网络的检测和维护。降低了数据传输深度，具有较小的数据通讯量。