專利名稱：樹形泛在網(wǎng)絡(luò)中資源受限節(jié)點的地址分配方法
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)準的泛在網(wǎng)中資源受限節(jié)點地址分配方法。
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)計的目標(biāo)包括實現(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，單個服務(wù)器通過中轉(zhuǎn)站(Relay agent)可同時為多個子網(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，但是該機制應(yīng)用于泛在網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)時將面臨許多挑戰(zhàn)。DHCP協(xié)議不能適應(yīng)泛在網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(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)拓撲相對穩(wěn)定；而在泛在網(wǎng)中，由于許多應(yīng)用場景下節(jié)點固有的動態(tài)特性(如節(jié)點的移動，休眠，停機等)，網(wǎng)絡(luò)拓撲變化頻率較高，這就要求地址分配機制具有相應(yīng)的具有適應(yīng)拓撲變化的考慮。從DHCP的設(shè)計目標(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)助報文轉(zhuǎn)發(fā)。一方面，在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)一般是臨時形成，拓撲變化相對頻繁，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)點普遍都為非智能型設(shè)備，計算能力和資源有限，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)拓撲結(jié)構(gòu)為樹形的。在ZigBee中有3類節(jié)點，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)器負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的啟動，是樹形拓撲中的根節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)在啟動時便決定了整個網(wǎng)絡(luò)總的可分配地址數(shù)，且整個網(wǎng)絡(luò)在未來的地址分配方式也在此時固定了，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;],造成資源的浪費和網(wǎng)絡(luò)的可擴展性不好。從父節(jié)點對子節(jié)點分配可用地址數(shù)時可以看出，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)出一個對稱的結(jié)構(gòu)，而實際情況中樹形拓撲的網(wǎng)絡(luò)通常是非對稱的。2.對路由機制不友好。ZigBee的地址分配策略和地址格式只是嘗試給網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點分配一個唯一標(biāo)識。當(dāng)報文嘗試從上往下傳遞時，由于地址僅是簡單的整數(shù)值，無法從中提取出拓撲相關(guān)的信息輔助進行報文路由。

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撲變化相對頻繁的要求等問題。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，其他節(jié)點有且僅有一個父節(jié)點，中間節(jié)點存在若干個子節(jié)點，葉節(jié)點無子節(jié)點，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點為非根節(jié)點時，待分配節(jié)點嘗試向其父節(jié)點請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點的父節(jié)點按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點為根節(jié)點時，待分配節(jié)點直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點分配地址或者由網(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個字節(jié)，則除了頭字節(jié)，地址的剩余字節(jié)均以二進制比特10開始。優(yōu)選的，所述方法還包括節(jié)點進行報文上行傳輸時，節(jié)點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文繼續(xù)向其父節(jié)點傳達；如此循環(huán)，直至到達樹形網(wǎng)絡(luò)的最頂層。優(yōu)選的，所述方法還包括進行報文下行傳輸時，節(jié)點在收到來自父節(jié)點的報文后，首先檢查報文中第I個地址是否與自身的地址匹配；若不匹配，則丟棄該報文；若匹配，再判斷第2個地址是否為空；若其為空，則表明報文的目的節(jié)點即為本節(jié)點，報文傳輸完畢；若其不為空，則從第2個地址中剝離出下一跳節(jié)點的地址，向下一跳節(jié)點進行傳輸剝離更新后的報文，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)間進行通信時，通過構(gòu)建節(jié)點網(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)維護機制，而有狀態(tài)地址轉(zhuǎn)換則通常需要維護轉(zhuǎn)換表來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。本發(fā)明的泛在網(wǎng)中資源受限節(jié)點的地址分配方法，首先由父節(jié)點為子節(jié)點分配一個局部地址，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個字節(jié)，則地址的剩余字節(jié)以二進制比特10開始。當(dāng)一串局部地址順序連接起來時,可以用于標(biāo)記每個局部地址的起始字節(jié)。當(dāng)需要進行網(wǎng)內(nèi)節(jié)點點對點通信時，可由路徑中的所有節(jié)點以分布式的方式為端節(jié)點形成用于通信的網(wǎng)內(nèi)地址，從而保證通信時地址的時效性。形成的方法為路徑中的各個節(jié)點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文繼續(xù)向其父節(jié)點傳達。父節(jié)點執(zhí)行同樣的操作，直至到達通信的另一端節(jié)點。
當(dāng)資源受限節(jié)點需要與全網(wǎng)中的主機進行通信時，通過建立節(jié)點的網(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)計算出另一種類型地址的值，無需狀態(tài)維護。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，可擴展，并能輔助進行路由的特點。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(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)模的增長可以實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整。通常情況下，節(jié)點只需維護自身和父節(jié)點的局部地址即可。當(dāng)需要自頂向下傳輸報文時，用于外部通信的全網(wǎng)地址由通信路徑上節(jié)點的局部標(biāo)識動態(tài)形成，一方面保證實際使用時地址的有效性，另一方面分布式的方案降低了對節(jié)點能力的需求。本發(fā)明中設(shè)計的地址結(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)拓撲和節(jié)點地址頻繁變化造成的問題。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖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)點進行報文上行傳輸?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)點進行報文下行傳輸?shù)脑韴D。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。實施例本實施例的泛在網(wǎng)絡(luò)為樹形網(wǎng)絡(luò)。除根節(jié)點外，其他節(jié)點有且僅有一個父節(jié)點，葉節(jié)點無子節(jié)點，中間節(jié)點可有多個子節(jié)點。根節(jié)點與網(wǎng)關(guān)設(shè)備相連。I、節(jié)點的局部地址生成，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個字節(jié)，則地址的剩余字節(jié)以二進制比特10開始。當(dāng)一串局部地址順序連接起來時，可以用于標(biāo)記每個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，其他節(jié)點有且僅有一個父節(jié)點，中間節(jié)點存在若干個子節(jié)點，葉節(jié)點無子節(jié)點，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點為非根節(jié)點時，待分配節(jié)點嘗試向其父節(jié)點請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點的父節(jié)點按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點為根節(jié)點時，待分配節(jié)點直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點分配地址或者由網(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個字節(jié)，則除了頭字節(jié)，地址的剩余字節(jié)均以二進制比特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)點進行報文上行傳輸時，節(jié)點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文繼續(xù)向其父節(jié)點傳達；如此循環(huán)，直至到達樹形網(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行報文下行傳輸時，節(jié)點在收到來自父節(jié)點的報文后，首先檢查報文中第I個地址是否與自身的地址匹配；若不匹配，則丟棄該報文；若匹配，再判斷第2個地址是否為空；若其為空，則表明報文的目的節(jié)點即為本節(jié)點，報文傳輸完畢；若其不為空，則從第2個地址中剝離出下一跳節(jié)點的地址，向下一跳節(jié)點進行傳輸剝離更新后的報文，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)間進行通信時，通過構(gòu)建節(jié)點網(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，其他節(jié)點有且僅有一個父節(jié)點，中間節(jié)點存在若干個子節(jié)點，葉節(jié)點無子節(jié)點，其特征在于所述方法包括當(dāng)待分配節(jié)點為非根節(jié)點時，待分配節(jié)點嘗試向其父節(jié)點請求加入樹形泛在網(wǎng)絡(luò)，由待分配節(jié)點的父節(jié)點按照局部地址編碼格式為其分配地址；當(dāng)待分配節(jié)點為根節(jié)點時，待分配節(jié)點直接按照局部地址編碼格式為本身節(jié)點分配地址或者由網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)按照局部地址編碼格式為根節(jié)點分配地址。該方法降低了節(jié)點的功耗，可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)拓撲和節(jié)點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