專利名稱：樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于泛在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的泛在網(wǎng)中資源受限節(jié)點(diǎn)地址分配方法。
背景技術(shù)：
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)是一種集中式的地址分配協(xié)議，面向傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。DHCP協(xié)議設(shè)計(jì)的目標(biāo)包括實(shí)現(xiàn)在無需人工介入情況下客戶端的自動配置，能夠與傳統(tǒng)的Β00ΤΡ (BootstrapProtocol)協(xié)議兼容，單個(gè)服務(wù)器通過中轉(zhuǎn)站(Relay agent)可同時(shí)為多個(gè)子網(wǎng)提供服務(wù)。DHCP協(xié)議在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，但是該機(jī)制應(yīng)用于泛在網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)時(shí)將面臨許多挑戰(zhàn)。DHCP協(xié)議不能適應(yīng)泛在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性。在DHCP的應(yīng)用場景中，一般不會出現(xiàn)設(shè)備頻繁的加入或離開網(wǎng)絡(luò)的情況，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬Ψ€(wěn)定；而在泛在網(wǎng)中，由于許多應(yīng)用場景下節(jié)點(diǎn)固有的動態(tài)特性(如節(jié)點(diǎn)的移動，休眠，停機(jī)等)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l率較高，這就要求地址分配機(jī)制具有相應(yīng)的具有適應(yīng)拓?fù)渥兓目紤]。從DHCP的設(shè)計(jì)目標(biāo)中可以看出，它假設(shè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是相對穩(wěn)定的，并盡量使客戶端在每次啟動時(shí)獲得的配置和參數(shù)都一致，以維持這種穩(wěn)定性。DHCP協(xié)議集中式地址分配方案不適用于泛在網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。在DHCP的應(yīng)用場景中，要求有固定的服務(wù)器負(fù)責(zé)地址分配，對于不能夠直接服務(wù)到的客戶端要求有中轉(zhuǎn)站協(xié)助報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。一方面，在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)一般是臨時(shí)形成，拓?fù)渥兓鄬︻l繁，網(wǎng)絡(luò)中缺少這樣的基礎(chǔ)設(shè)施搭建過程。另外一方面，由于節(jié)點(diǎn)普遍都為非智能型設(shè)備，計(jì)算能力和資源有限，不適合完成集中式的事務(wù)處理，在這種硬件環(huán)境的約束下，應(yīng)盡量采用分布式的方案。在 ZigBee [Alliance, ZigBee. ^Zigbee specification. ^ZigBeedocument053474r06, version I (2006) :378;]的地址分配方案中，所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹形的。在ZigBee中有3類節(jié)點(diǎn)，分別為協(xié)調(diào)器(Coordinator )、可路由設(shè)備(Route-capable device)和普通的終端設(shè)備(End device)。其中協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的啟動，是樹形拓?fù)渲械母?jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)在啟動時(shí)便決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)總的可分配地址數(shù)，且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在未來的地址分配方式也在此時(shí)固定了，因此屬于一種靜態(tài)類型的地址分配方法。這種地址分配方法精巧低耗[Bhatti, Ghulam, and Gaofeng Yue. 〃A structured addressingscheme forwireless multi-hop networks. "Mitsubishi Electric Research Laboratories, Cambridge, Mass, USA (2005);]，但是難以解決如下問題I.這種地址分配方法很容易出現(xiàn)地址分配不均的情況[Ye, Fujun, andRuifangPan. 〃A survey of addressing algorithms for wireless sensornetworks. "WirelessCommunications, Networking and Mobile Computing, 2009. WiCom' 09. 5th InternationalConference on. IEEE, 2009;],造成資源的浪費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不好。從父節(jié)點(diǎn)對子節(jié)點(diǎn)分配可用地址數(shù)時(shí)可以看出，可用地址大量集中在深度淺的位置，且飽合狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出一個(gè)對稱的結(jié)構(gòu)，而實(shí)際情況中樹形拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)通常是非對稱的。2.對路由機(jī)制不友好。ZigBee的地址分配策略和地址格式只是嘗試給網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一標(biāo)識。當(dāng)報(bào)文嘗試從上往下傳遞時(shí)，由于地址僅是簡單的整數(shù)值，無法從中提取出拓?fù)湎嚓P(guān)的信息輔助進(jìn)行報(bào)文路由。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中地址分配策略和地址格式不能滿足拓?fù)渥兓鄬︻l繁的要求等問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法，所述樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中存在唯一的根節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)存在若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)無子節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為非根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)嘗試向其父節(jié)點(diǎn)請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點(diǎn)分配地址或者由網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)按照局部地址編碼格式為根節(jié)點(diǎn)分配地址；其中所述局部地址編碼格式中地址最高位值為O ;若地址長度大于I個(gè)字節(jié)，則除了頭字節(jié)，地址的剩余字節(jié)均以二進(jìn)制比特10開始。優(yōu)選的，所述方法還包括節(jié)點(diǎn)進(jìn)行報(bào)文上行傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)將自己的局部地址拼接到已連接好的地址串末尾，形成新地址，然后將包含該新地址的報(bào)文繼續(xù)向其父節(jié)點(diǎn)傳達(dá)；如此循環(huán)，直至到達(dá)樹形網(wǎng)絡(luò)的最頂層。優(yōu)選的，所述方法還包括進(jìn)行報(bào)文下行傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)在收到來自父節(jié)點(diǎn)的報(bào)文后，首先檢查報(bào)文中第I個(gè)地址是否與自身的地址匹配；若不匹配，則丟棄該報(bào)文；若匹配，再判斷第2個(gè)地址是否為空；若其為空，則表明報(bào)文的目的節(jié)點(diǎn)即為本節(jié)點(diǎn)，報(bào)文傳輸完畢；若其不為空，則從第2個(gè)地址中剝離出下一跳節(jié)點(diǎn)的地址，向下一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸剝離更新后的報(bào)文，繼續(xù)循環(huán)。優(yōu)選的，所述方法還包括在樹形泛在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通信時(shí)，通過構(gòu)建節(jié)點(diǎn)網(wǎng)內(nèi)地址與全網(wǎng)地址之間的地址映射。優(yōu)選的，所述方法中地址映射根據(jù)映射轉(zhuǎn)換時(shí)的地址查找方法分為有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種。無狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換無需狀態(tài)維護(hù)機(jī)制，而有狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換則通常需要維護(hù)轉(zhuǎn)換表來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。本發(fā)明的泛在網(wǎng)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法，首先由父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)局部地址，該局部地址采用本發(fā)明中所描述的編碼方法，地址數(shù)量可隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模自適應(yīng)調(diào)整。地址最高位值為O ;若地址長度大于I個(gè)字節(jié)，則地址的剩余字節(jié)以二進(jìn)制比特10開始。當(dāng)一串局部地址順序連接起來時(shí),可以用于標(biāo)記每個(gè)局部地址的起始字節(jié)。當(dāng)需要進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)對點(diǎn)通信時(shí)，可由路徑中的所有節(jié)點(diǎn)以分布式的方式為端節(jié)點(diǎn)形成用于通信的網(wǎng)內(nèi)地址，從而保證通信時(shí)地址的時(shí)效性。形成的方法為路徑中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己的局部地址拼接到已連接好的地址串末尾，形成新地址，然后將包含該新地址的報(bào)文繼續(xù)向其父節(jié)點(diǎn)傳達(dá)。父節(jié)點(diǎn)執(zhí)行同樣的操作，直至到達(dá)通信的另一端節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)資源受限節(jié)點(diǎn)需要與全網(wǎng)中的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，通過建立節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)內(nèi)地址和全網(wǎng)地址之間的映射，以代理的方法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)中的通信。地址的映射包括有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種方式。其中，有狀態(tài)的地址管理需要有相應(yīng)的表節(jié)結(jié)構(gòu)來維護(hù)地址的映射情況，而無狀態(tài)的映射方案則可直接從一種類型的地址和相關(guān)配置參數(shù)計(jì)算出另一種類型地址的值，無需狀態(tài)維護(hù)。本發(fā)明針對樹形網(wǎng)絡(luò)提出了一種新的基于802. 15.4的泛在網(wǎng)資源受限節(jié)點(diǎn)分布式地址分配方法。其中包括局部地址的生成，編碼和管理方法，網(wǎng)內(nèi)地址的形成機(jī)制，全網(wǎng)地址的分配方法。本發(fā)明中描述的方法能夠很好的適應(yīng)資源受限節(jié)點(diǎn)通信的需求應(yīng)用到多種類型的應(yīng)用場景中，具有低功耗，可擴(kuò)展，并能輔助進(jìn)行路由的特點(diǎn)。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明中描述的方法對樹形網(wǎng)絡(luò)的深度沒有限制，可用地址的數(shù)量和地址的長度隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整。通常情況下，節(jié)點(diǎn)只需維護(hù)自身和父節(jié)點(diǎn)的局部地址即可。當(dāng)需要自頂向下傳輸報(bào)文時(shí)，用于外部通信的全網(wǎng)地址由通信路徑上節(jié)點(diǎn)的局部標(biāo)識動態(tài)形成，一方面保證實(shí)際使用時(shí)地址的有效性，另一方面分布式的方案降低了對節(jié)點(diǎn)能力的需求。本發(fā)明中設(shè)計(jì)的地址結(jié)構(gòu)一方面可用于輔助自頂向下的路由，另一方面也可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)地址頻繁變化造成的問題。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖I為本發(fā)明技術(shù)方案樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)進(jìn)行報(bào)文上行傳輸?shù)脑韴D；圖2為本發(fā)明技術(shù)方案樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)進(jìn)行報(bào)文下行傳輸?shù)脑韴D。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例本實(shí)施例的泛在網(wǎng)絡(luò)為樹形網(wǎng)絡(luò)。除根節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)無子節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)可有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)設(shè)備相連。I、節(jié)點(diǎn)的局部地址生成，編碼和管理局部地址為整數(shù)類型，其長度以字節(jié)(octet)為單位。局部地址的長度是可擴(kuò)展的，隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的需求而定。地址最高位的比特值為O。若地址長度大于I個(gè)字節(jié)，則地址的剩余字節(jié)以二進(jìn)制比特10開始。當(dāng)一串局部地址順序連接起來時(shí)，可以用于標(biāo)記每個(gè)局部地址的起始字節(jié)。示意如表I所示。表I局部地址編碼格式
權(quán)利要求
1.一種樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法，所述樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中存在唯一的根節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)存在若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)無子節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為非根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)嘗試向其父節(jié)點(diǎn)請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點(diǎn)分配地址或者由網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)按照局部地址編碼格式為根節(jié)點(diǎn)分配地址；其中所述局部地址編碼格式中地址最高位值為O ;若地址長度大于I個(gè)字節(jié)，則除了頭字節(jié)，地址的剩余字節(jié)均以二進(jìn)制比特10開始。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地址分配方法，其特征在于所述方法還包括節(jié)點(diǎn)進(jìn)行報(bào)文上行傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)將自己的局部地址拼接到已連接好的地址串末尾，形成新地址，然后將包含該新地址的報(bào)文繼續(xù)向其父節(jié)點(diǎn)傳達(dá)；如此循環(huán)，直至到達(dá)樹形網(wǎng)絡(luò)的最頂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地址分配方法，其特征在于所述方法還包括進(jìn)行報(bào)文下行傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)在收到來自父節(jié)點(diǎn)的報(bào)文后，首先檢查報(bào)文中第I個(gè)地址是否與自身的地址匹配；若不匹配，則丟棄該報(bào)文；若匹配，再判斷第2個(gè)地址是否為空；若其為空，則表明報(bào)文的目的節(jié)點(diǎn)即為本節(jié)點(diǎn)，報(bào)文傳輸完畢；若其不為空，則從第2個(gè)地址中剝離出下一跳節(jié)點(diǎn)的地址，向下一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸剝離更新后的報(bào)文，繼續(xù)循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地址分配方法，其特征在于所述方法還包括在樹形泛在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通信時(shí)，通過構(gòu)建節(jié)點(diǎn)網(wǎng)內(nèi)地址與全網(wǎng)地址之間的地址映射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地址分配方法，其特征在于所述方法中地址映射分為有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種；有狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換除待轉(zhuǎn)換的原地址外，還需要表結(jié)構(gòu)來維護(hù)映射關(guān)系；無狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換方法僅從待轉(zhuǎn)換地址和可選的其他常量信息即可完成地址的轉(zhuǎn)換，無需維護(hù)狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點(diǎn)的地址分配方法，所述樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中存在唯一的根節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)存在若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)無子節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為非根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)嘗試向其父節(jié)點(diǎn)請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)時(shí)，待分配節(jié)點(diǎn)直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點(diǎn)分配地址或者由網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)按照局部地址編碼格式為根節(jié)點(diǎn)分配地址。該方法降低了節(jié)點(diǎn)的功耗，可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)地址頻繁變化造成的問題。
文檔編號H04L29/12GK102946450SQ20121051735
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者黃劉生, 周有松, 徐宏力, 馬全增, 盛敏朝 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院