專利名稱：用于為無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指派地址的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及網(wǎng)絡(luò)，并且更具體地涉及為無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指 派地址。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)是Bhatti等人于2005年8月9日提出的名稱為"Structured Addressing Scheme for Wireless Networks"的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/199625號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。在無線網(wǎng)絡(luò)方面最新的進(jìn)展已經(jīng)得能夠進(jìn)行多種應(yīng)用，例如家庭和 工業(yè)自動(dòng)化；環(huán)境監(jiān)控和感測(cè)、保護(hù)和監(jiān)視；人和貨物跟蹤；以及醫(yī)學(xué) 監(jiān)控。在無線網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠與傳輸范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)通信。每個(gè) 節(jié)點(diǎn)具有唯一的標(biāo)識(shí)以便于節(jié)點(diǎn)間的通信。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟灰?guī)則和自發(fā)特性，導(dǎo)致在專設(shè)(adhoc)網(wǎng)絡(luò)中的地址指派是個(gè)問題。一些編址方案(例如ZigBee聯(lián)盟使用的編址方案)使用地址的分級(jí) 樹。例如，ZigBee協(xié)調(diào)器(ZC)節(jié)點(diǎn)(coordinator node)初始具有對(duì)所 有分配的地址的控制。隨后，當(dāng)子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，以ZC節(jié)點(diǎn)開始的父 節(jié)點(diǎn)將它的地址空間的一部分分配給子節(jié)點(diǎn)。因?yàn)閷?duì)于任何父節(jié)點(diǎn)，子 節(jié)點(diǎn)的數(shù)目作為配置參數(shù)是固定的，所以能夠系統(tǒng)地確定地址空間的分 配給加入的子節(jié)點(diǎn)的部分。在沒有經(jīng)由廣播消息的顯式路由發(fā)現(xiàn)的情況 下，這便于進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。然而，ZigBee方案的靜態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)浪費(fèi)地址，或者甚至拒絕一些父節(jié) 點(diǎn)對(duì)一些可能的子節(jié)點(diǎn)指派地址。此外，對(duì)地址樹在網(wǎng)絡(luò)中能夠具有的 最大級(jí)數(shù)有限制。并且，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障會(huì)使該樹中具有更下級(jí)地址的 節(jié)點(diǎn)不可訪問。當(dāng)故障節(jié)點(diǎn)在樹的根部附近時(shí)，這是個(gè)嚴(yán)重的問題。3另一種編址方案使用分布式動(dòng)態(tài)地址指派協(xié)議，參見S.Nesargi和 R.Prakash，"MANETconf: Configuration of Hosts in a Mobile Ad Hoc Network, "Proceedings of正EE Infocom， 2002年6月。該協(xié)議基于以 Ricart-Agrawala算法為基礎(chǔ)的互斥過程，參見G.Ricart和A.K.Agrawala， "An optimal algorithm for mutual exclusion in computer networks" ， Comm. ACM，24(l),pp.9-17， 1981。加入的節(jié)點(diǎn)選擇相鄰節(jié)點(diǎn)作為發(fā)起器節(jié)點(diǎn) (initiatornode)。發(fā)起器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)地址，并廣播一個(gè)消息以向網(wǎng)絡(luò)中 的所有其他節(jié)點(diǎn)通知所選擇的地址。然后，發(fā)起器節(jié)點(diǎn)等待來自網(wǎng)絡(luò)中 其他節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)。如果來自所有節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)為肯定的，則意味著沒有其 他節(jié)點(diǎn)正在使用所選擇的地址，然后發(fā)起器節(jié)點(diǎn)將該地址指派給加入的 節(jié)點(diǎn)。否則，發(fā)起器節(jié)點(diǎn)選擇另一地址，等等。然而，該協(xié)議有幾個(gè)問題。所有節(jié)點(diǎn)必須維持與所分配的地址有關(guān) 的信息。這需要存儲(chǔ)器，而存儲(chǔ)器在小型傳感器節(jié)點(diǎn)中是有限的資源。 此外，廣播消息和其他管理消息消耗例如帶寬和功率的網(wǎng)絡(luò)資源。并且， 發(fā)起器節(jié)點(diǎn)能夠選擇任意地址。因此，地址指派不一定遵從規(guī)則的或系 統(tǒng)的模式。這使路由發(fā)現(xiàn)成為一個(gè)問題。另一種編址方案使用二分算法，參見M.Mohsin和R.Prakash， "IP Address Assignment in a Mobile Ad Hoc Network" ， IEEE Military Communications Conference (MILCOM 2002)，巻2， pp.856-861,2002年 10月。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一塊可用地址。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想要加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該加 入的節(jié)點(diǎn)從相鄰配置節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求地址。該配置節(jié)點(diǎn)將所述塊分成兩半，并 且自己保留一半，而將另一半給請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)地址表， 以記錄地址塊。每個(gè)節(jié)點(diǎn)還周期性地廣播其地址塊，以使其他節(jié)點(diǎn)能夠 更新它們的地址表。還可以從其他節(jié)點(diǎn)"借"地址。所述方案也導(dǎo)致不遵 從規(guī)則的或系統(tǒng)的模式的地址分配。另一種方案執(zhí)行重復(fù)地址檢測(cè)，參見C.E.Perkins、 J.T.Malinen、 R,Wakikawa、 E.M.Belding-Royer禾卩Y.Sun， "IP Address Autoconfiguration for Ad Hoc Networks，，IETF Internet Draft,draft畫ietf-manet-autoconf-Ol.txt， 2001年11月。加入的節(jié)點(diǎn)為它自己選擇兩個(gè)隨機(jī)地址，每個(gè)隨機(jī)地址來自不同的可用地址的組。 一個(gè)地址被用作用于驗(yàn)證處理的臨時(shí)源地址。 另一個(gè)地址意圖等待在驗(yàn)證處理期間用于最后的地址指派。該方案也需 要大量的廣播消息，并且地址是隨機(jī)生成的。發(fā)明內(nèi)容提供了一種用于為無線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指派地址的方法。所述方 法可以用于專設(shè)網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、多跳網(wǎng)絡(luò)以及其他網(wǎng)絡(luò)。所述方法對(duì)于存儲(chǔ)器和廣播的要求具有低開銷。對(duì)最大跳數(shù)或父-子 節(jié)點(diǎn)關(guān)系的數(shù)量沒有限制。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的物理位置不是均勻分布時(shí)，所述方 法限制了地址空間的浪費(fèi)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式在笛卡爾坐標(biāo)空間中節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格和 對(duì)應(yīng)的地址；圖2是示出多個(gè)路由的網(wǎng)格；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式在笛卡爾坐標(biāo)空間中節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格和 對(duì)應(yīng)的地址；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式在笛卡爾坐標(biāo)空間中節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格和 對(duì)應(yīng)的地址序列。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的無線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的n維網(wǎng)格100 的示例，其中n為2。網(wǎng)格的每個(gè)交點(diǎn)具有笛卡爾坐標(biāo)，例如(0， 0)， (0， 1)， ... (4， 4)。節(jié)點(diǎn)的或n元組的坐標(biāo)是對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的邏輯地址。 坐標(biāo)具有多個(gè)分量，分量的數(shù)目等于網(wǎng)格的維數(shù)。例如，在二維中，每 個(gè)邏輯地址具有兩個(gè)分量。每個(gè)分量的值的范圍用指派給該分量的位數(shù)表示。例如，如果用 16位指定全地址(full address),則針對(duì)范圍
中的值，可以給每個(gè) 分量指派8位。另選地，該指派可以是6位和IO位，等等。換言之，網(wǎng)格可以是正方形、長(zhǎng)方形或更高階的平行六邊形。還可以使用附加的維，例如，在四維中，節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是a， /， m，")。"角"節(jié)點(diǎn)1可以是邏輯地址為(0， 0)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。斑點(diǎn)節(jié)點(diǎn) (stipplednode) 2-3具有指派的地址。交叉陰影線節(jié)點(diǎn)4正在請(qǐng)求地址。 應(yīng)該注意，地址指派可以開始于任何角節(jié)點(diǎn)。如果給每個(gè)地址分量分配8位，則四個(gè)角地址為(0x0， 0x0)、 (0x0， 0xFF)、 (0xFF，0x0)以及(0xFF,0xFF)。為了方便起見，我們己經(jīng)選擇(0x0， 0x0)作為開始地址。通過使子節(jié)點(diǎn)首先廣播地址請(qǐng)求消息來將未分配的邏輯地址指派給 加入網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，這可以是"信標(biāo)(beacon)請(qǐng)求" 消息。傳輸范圍內(nèi)的所有可能的父節(jié)點(diǎn)通過將信標(biāo)幀發(fā)送到請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)來 進(jìn)行回復(fù)。除一些額外信息外，該幀還包括發(fā)送方的標(biāo)識(shí)。子節(jié)點(diǎn)選擇 回復(fù)的可能的父節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為父節(jié)點(diǎn)。該選擇可以考慮邏輯地址空 間的緊致性或響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。然后，選擇的父節(jié)點(diǎn)以如下方式將子節(jié)點(diǎn)地址指派給加入的子節(jié)點(diǎn)。 使子節(jié)點(diǎn)地址的一個(gè)分量的值比父節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)分量大一。例如，如果父 節(jié)點(diǎn)N,的地址為(0,0)，則加入的子節(jié)點(diǎn)N2的地址可以為(0xl,0x0) 或(0x0,0xl)。向以后可能指派相同地址的其他節(jié)點(diǎn)通知該地址指派。例如，在圖 1中，節(jié)點(diǎn)2和3都能夠?qū)⑾嗤牡刂分概山o節(jié)點(diǎn)4。如果節(jié)點(diǎn)2首先指 派，則由節(jié)點(diǎn)2通告節(jié)點(diǎn)3已經(jīng)將地址(1,1)分配給了節(jié)點(diǎn)4。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，指派順序可以根據(jù)坐標(biāo)分量的預(yù)定索 引方案。例如，第一分量在第二分量之前遞增。因此，這種排序可以使 地址均勻分布。應(yīng)該注意，選擇的編址順序還隱含了任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可能的路由。 此外，和到具體節(jié)點(diǎn)僅具有一條路徑的ZigBee的樹結(jié)構(gòu)路由不同，我們 的編址方案允許多條路徑21-23，如圖2中所示。因此，作為整體，網(wǎng)絡(luò) 不受單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障的影響。實(shí)際上，即使有多個(gè)故障節(jié)點(diǎn)，特別是在如 果網(wǎng)格的維數(shù)相對(duì)較高的情況下，網(wǎng)絡(luò)也可以繼續(xù)工作。地址沖突可以如上面描述的那樣避免其中其他節(jié)點(diǎn)可以向加入的子節(jié)點(diǎn)指派 地址的地址沖突，即，當(dāng)選擇的父節(jié)點(diǎn)將一個(gè)地址指派給加入的子節(jié)點(diǎn) 時(shí)，向以后可能指派相同的地址的其他節(jié)點(diǎn)通知該地址指派。然而，需 要通知其他節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致了系統(tǒng)的額外開銷。在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)坐標(biāo)的與預(yù)定值相關(guān)聯(lián)的選擇的分量來為 子節(jié)點(diǎn)指派地址。父節(jié)點(diǎn)可以指派未分配的邏輯地址作為子節(jié)點(diǎn)地址， 從而如果父節(jié)點(diǎn)的選擇的分量具有預(yù)定值，則將子節(jié)點(diǎn)地址的任何分量 從父節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)分量改變一。否則，父節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)指派未分配的邏輯 地址作為子節(jié)點(diǎn)地址，從而將子節(jié)點(diǎn)的選擇的分量從父節(jié)點(diǎn)的選擇的分 量改變一。圖3示出了根據(jù)我們的發(fā)明的實(shí)施方式的無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的n維 網(wǎng)格300，其中n為2。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于2維。這里，第一分 量為選擇的分量，并且預(yù)定值為零(0)。因此，由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的選擇 的分量(即第一分量)具有預(yù)定值(0)，所以充當(dāng)父節(jié)點(diǎn)的位于
處 的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)301可以將[1,0]302或
303指派為子節(jié)點(diǎn)地址。對(duì)于地 址
303處的父節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行相同的指派。因?yàn)檫x擇的分量具有預(yù)定 值，所以如果
是可用的，即如果協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)具有不同的坐標(biāo)并且[O，O] 是未分配的邏輯地址，則位于
處的父節(jié)點(diǎn)可以指派[1，1]304，或
305或者
301。另一方面，位于[1，0]302，或[1,1]304或[1,2]306處的父節(jié)點(diǎn)可以僅 將未分配的邏輯地址指派為子節(jié)點(diǎn)地址，從而將子節(jié)點(diǎn)的選擇的分量從 父節(jié)點(diǎn)的選擇的分量改變一。因此如果將選擇的分量(即第一分量)改 變了一的地址(將成為(2,0)或(0,0))可用的話，則位于(1,0) 302 處的父節(jié)點(diǎn)僅能夠指派該地址。應(yīng)該注意，這種編址方法可以表示為樹?？梢酝ㄟ^在上面描述的實(shí)施方式上包括附加條件來定義許多不同的 編址方案。例如， 一組分量可以被選擇并與單個(gè)預(yù)定值相關(guān)聯(lián)，或者所 述組中的每個(gè)選擇的分量可以與不同的預(yù)定值相關(guān)聯(lián)。簡(jiǎn)言之， 一組選擇的分量可以與一組預(yù)定值相關(guān)聯(lián)，其中這兩個(gè)組中的任何一個(gè)可以為 一或者這兩個(gè)組都可以為一。例如，如圖4中所示，可以使用根據(jù)本發(fā) 明的指派地址的方法，該方法使用多組分量和多組預(yù)定值來指派從螺旋圖案402中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)401開始的地址，而不會(huì)有地址沖突或無需向 其他節(jié)點(diǎn)通知地址指派。盡管已經(jīng)借助于優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理 解，可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出各種其他改進(jìn)和修改。因此，所 附權(quán)利要求的目的是覆蓋所有落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這 種變型和修改。工業(yè)適用性能夠提供用于為無線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指派地址的更有用的方法。
權(quán)利要求
1.一種用于為無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指派地址的方法，該方法包括以下步驟將地址空間定義為n維網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)具有無線網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)可能節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，每個(gè)坐標(biāo)的分量數(shù)等于所述網(wǎng)格的維數(shù)，并且所述坐標(biāo)形成所述對(duì)應(yīng)可能節(jié)點(diǎn)的邏輯地址；選擇所述坐標(biāo)的一個(gè)分量以與一個(gè)預(yù)定值相關(guān)聯(lián)；由父節(jié)點(diǎn)向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)指派未分配的邏輯地址作為子節(jié)點(diǎn)地址，從而如果所述父節(jié)點(diǎn)的所述選擇的分量具有所述預(yù)定值，則將所述子節(jié)點(diǎn)地址的任意分量從所述父節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)分量改變一；以及否則由所述父節(jié)點(diǎn)向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的所述子節(jié)點(diǎn)指派未分配的邏輯地址作為子節(jié)點(diǎn)地址，從而將所述子節(jié)點(diǎn)地址的所述選擇的分量從所述父節(jié)點(diǎn)的所述選擇的分量改變一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇一組分量以與一組預(yù)定值 相關(guān)聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中由用來表達(dá)所述分量的位數(shù)來 確定每個(gè)分量的可能值的范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述網(wǎng)格是平行六邊形的形式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟 指派所述網(wǎng)格的一個(gè)角的坐標(biāo)為所述網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的所述邏輯地址。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟由所述子節(jié)點(diǎn)廣播地址請(qǐng)求消息；通過一個(gè)或更多個(gè)可能的父節(jié)點(diǎn)回復(fù)所述廣播請(qǐng)求消息；以及 在所述子節(jié)點(diǎn)中選擇所述可能的父節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)作為所述父節(jié)點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述選擇基于所述回復(fù)節(jié)點(diǎn)的 信號(hào)強(qiáng)度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述邏輯地址隱含所述節(jié)點(diǎn)之 間的路由。
全文摘要
一種為無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)指派地址的方法。將地址空間定義為n維網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)具有無線網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)可能節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，每個(gè)坐標(biāo)的分量數(shù)等于所述網(wǎng)格的維數(shù)，并且所述坐標(biāo)形成所述對(duì)應(yīng)可能節(jié)點(diǎn)的邏輯地址。選擇所述坐標(biāo)的一個(gè)分量以與一個(gè)預(yù)定值相關(guān)聯(lián)。父節(jié)點(diǎn)向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)指派未分配的邏輯地址作為子節(jié)點(diǎn)地址，從而如果所述父節(jié)點(diǎn)的所述選擇的分量具有所述預(yù)定值，則將所述子節(jié)點(diǎn)地址的任意分量從所述父節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)分量改變一。否則，所述父節(jié)點(diǎn)向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的所述子節(jié)點(diǎn)指派未分配的邏輯地址作為子節(jié)點(diǎn)地址，從而將所述子節(jié)點(diǎn)地址的所述選擇的分量從所述父節(jié)點(diǎn)的所述選擇的分量改變一。
文檔編號(hào)H04W8/26GK101263700SQ20068003385
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者吳拉姆·巴蒂 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社