專利名稱：對無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分配地址的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及網(wǎng)絡(luò)，更具體地說，涉及對無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分 配地址。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)的最新進展已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)諸如家庭和工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān) 測和感測、安全和監(jiān)視、人類和貨物跟蹤以及醫(yī)療監(jiān)測的應(yīng)用。在無線網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都能夠與位于傳送范圍之內(nèi)的其他節(jié)點通 信。每個節(jié)點都具有唯一身份以便于節(jié)點之間的通信。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟灰?guī)則與自發(fā)的特性，導(dǎo)致Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的地址分配是一個問題。一些尋址方案(例如，ZigBee聯(lián)盟所使用的方案)使用地址的分級 樹。例如，ZigBee協(xié)調(diào)器(ZigBee Coordinator, ZC)節(jié)點最初對所有已 分配的地址進行控制。隨后，父節(jié)點在子節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)時，從該ZC節(jié)點 開始，將其地址空間的一部分分配給該子節(jié)點。因為任一父節(jié)點的子節(jié) 點數(shù)目作為配置參數(shù)是固定的，所以可以系統(tǒng)地確定分配給加入的子節(jié) 點的地址空間的部分。這種方案不是通過廣播消息來進行明確的路由發(fā) 現(xiàn)，而是促進了路由發(fā)現(xiàn)。然而，ZigBee方案的靜態(tài)結(jié)構(gòu)會浪費地址，或者甚至拒絕父節(jié)點向 潛在子節(jié)點分配地址。此外，在網(wǎng)絡(luò)中存在對尋址樹可以具有的最大級 數(shù)的限制。而且，單個節(jié)點的失效會使得樹中較低地址的節(jié)點變得不可 訪問。當(dāng)失效的節(jié)點靠近該樹的根部時，會造成嚴(yán)重的問題。另一尋址方案使用分布式動態(tài)地址分配協(xié)議，S. Nesargi and R. Prakash, "MANET conf: Configuration of Hosts in a Mobile Ad Hoc Network," Proceedings of IEEE Infocom， June, 2002。該協(xié)議基于根據(jù) Ricart-Agrawala算法的互斥處理(mutual exclusion process), G. Ricart andA.K. Agrawala, "An optimal algorithm for mutual exclusion in computer network" Comm. ACM， 24(1), pp. 9-17， 1981 。加入的節(jié)點選擇相鄰節(jié)點作 為初始節(jié)點。該初始節(jié)點選擇地址，并廣播消息以將所選擇的地址通知 給網(wǎng)絡(luò)中的所有其他節(jié)點。然后，該初始節(jié)點等待來自網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié) 點的響應(yīng)。如果來自所有節(jié)點的響應(yīng)都是肯定的，則表明沒有其他節(jié)點 正在使用所選擇的地址，因而該初始節(jié)點將該地址分配給所述加入的節(jié) 點。否則，該初始節(jié)點選擇另一地址，并重復(fù)上述過程。但是，該協(xié)議存在幾個問題。所有節(jié)點必須保持關(guān)于所分配地址的 信息。這需要存儲器，而存儲器在小型傳感器節(jié)點中是受限資源。另外， 該廣播消息和其他管理消息會消耗諸如帶寬和功率的網(wǎng)絡(luò)資源。而且， 該初始節(jié)點能夠選擇任何地址。因此，地址分配并不需要遵守有規(guī)律的 或有條理的方案。這給路由發(fā)現(xiàn)帶來問題。另一尋址方案使用二進制分割算法(binary split algorithm), M. Mohsin and R. Prakash， "IP Address Assignment in a Mobile Ad Hoc Network,"正EE Military Communications Conference (MILCOM 2002), volume 2， pp. 856-861， October 2002。每個節(jié)點均保持可用地址塊。當(dāng)節(jié) 點希望加入該網(wǎng)絡(luò)時，加入的節(jié)點從鄰近配置節(jié)點請求地址。該配置節(jié) 點將該塊分割為兩個半塊，并且將一個半塊保留給自己，而將另一半塊 交給所請求節(jié)點。每個節(jié)點均保持地址表以記錄這些地址塊。每個節(jié)點 還周期性地廣播它的地址塊以使得其他節(jié)點能夠更新他們的地址表。也 可以從其他節(jié)點"借入"地址。這種方案也導(dǎo)致了不遵守有規(guī)律的或有 條理的方案的地址分配。另 一 尋址方案執(zhí)行復(fù)地址檢測，C.E. Perkins, J.T. Malinen， R.Wakikawa, E.M. Belding-Royer， and Y. Sun, "IP Address Autoconfiguration for Ad Hoc Networks," IETF Internet Draft, draft-ietf-manet-autoconf-01.txt, November 2001 。力日入的節(jié)點為自己選擇兩 個隨機地址，這兩個隨機地址分別來自不同組的可用地址。 一個地址用 作驗證過程的臨時源地址。另一地址在等待該驗證過程期間被預(yù)約用于 最終地址分配。這種方案也需要大量的廣播消息，而且，地址是隨機地產(chǎn)生的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了用于對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分配地址的方法。該方法能夠用于adhoc網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)絡(luò)、多跳網(wǎng)絡(luò)及 其他網(wǎng)絡(luò)。該方法需要較低的存儲器開銷和廣播開銷。對最大跳數(shù)或父-子節(jié)點 關(guān)系的數(shù)目沒有限制。當(dāng)節(jié)點的物理位置并不是統(tǒng)一分布的時候，該方 法限制了地址空間的浪費。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的笛卡爾坐標(biāo)空間中的節(jié)點網(wǎng)格及其 相應(yīng)地址；以及圖2示出了多個路由的網(wǎng)格。
具體實施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的無線網(wǎng)絡(luò)中的n-維節(jié)點網(wǎng)格 100，其中n二2。網(wǎng)格的各交叉點具有笛卡爾坐標(biāo)，例如(O， 0)、 (0， 1)…… (4， 4)。 n元組(n-tuple)或節(jié)點的坐標(biāo)是相應(yīng)節(jié)點的邏輯地址。坐標(biāo) 具有等于該網(wǎng)格維度的分量數(shù)目。例如，在兩維時，各邏輯地址具有兩由分配給每個分量的位數(shù)來表示該分量值的范圍。例如，如果由16 位來規(guī)定完整地址，則可以為每個分量分配8位，其值的范圍為[O， 255]。 另選的是，可以分配為6位和10位，等等。換言之，網(wǎng)格可以是立方體、 長方體或更高次的平行六面體。也可以使用另外的維度，例如，在四維 中，節(jié)點的坐標(biāo)是(k， 1， m， n)。"邊角(corner)"節(jié)點1可以是邏輯地址為(0， 0)的協(xié)調(diào)器節(jié)點。 點狀節(jié)點2到3已經(jīng)被分配了地址。交叉影線狀節(jié)點4正在請求地址。 應(yīng)該指出的是，可以在任意邊角節(jié)點開始地址分配。如果每個地址分量被分配8位，則四個角節(jié)點的地址是(0x0， 0x0)、 (0x0， 0xFF)、 (0xFF， 0x0)和(0xFF， 0xFF)。為了簡便，我們選擇 了 (0x0， 0x0)為啟始地址。通過讓正在加入網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點首先廣播地址請求消息，來將未分配 的邏輯地址分配給該子節(jié)點。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，該消息可以是"信標(biāo)請 求(beaconrequest)"消息。位于傳送范圍內(nèi)的所有潛在父節(jié)點通過向該 發(fā)出請求的節(jié)點發(fā)送信標(biāo)幀來進行答復(fù)。該幀除了一些額外信息之外還 包括發(fā)送方的識別信息。該子節(jié)點選擇進行答復(fù)的潛在父節(jié)點中的一個 作為其父節(jié)點。這種選擇可以考慮到邏輯地址空間的簡潔性或者響應(yīng)節(jié) 點的信號強度。然后，所選擇的父節(jié)點以如下方式對正在加入的子節(jié)點分配子節(jié)點 地址。將該子節(jié)點地址的一個分量值設(shè)為比該父節(jié)點的相應(yīng)分量大l。例 如，如果該父節(jié)點W的地址為(0， 0)，則正在加入的子節(jié)點N2的地址 為(0xl， 0x0)或(0x0， 0xl)。將該地址分配通知給稍后可能分配同一地址的其他節(jié)點。例如，圖 1中，節(jié)點2和3都可能為節(jié)點4分配同樣的地址。如果節(jié)點2首先分配， 則由節(jié)點2告知節(jié)點3:地址(1， 1)己經(jīng)被分配給了節(jié)點4。在本發(fā)明的一種實施方式中，分配次序可以是根據(jù)坐標(biāo)分量的預(yù)定 索引方式。例如，第一分量先于第二分量增長。因此，該次序可以使地 址被均勻分布。應(yīng)當(dāng)指出的是，所選擇的尋址次序也包含了在任意兩個節(jié)點之間的 可能路由選擇。另外，不同于到特定節(jié)點僅有一條路徑的ZigBee樹結(jié)構(gòu) 路由選擇，本發(fā)明的尋址方案允許多條路由21到23，如圖2所示。因此， 網(wǎng)絡(luò)作為一個整體，不會受到單個節(jié)點失效的影響。事實上，尤其是在 網(wǎng)格的維度數(shù)相當(dāng)高的情況下，即使存在多個失效節(jié)點，該網(wǎng)絡(luò)也能夠 繼續(xù)工作。雖然通過優(yōu)選實施方式的示例對本發(fā)明進行了說明，應(yīng)該理解的是， 可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行各種其他調(diào)整和修改。因此，所附權(quán) 利要求書的目的在于涵蓋落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有這種變型和修改。工業(yè)實用性可以為無線通信網(wǎng)絡(luò)中為節(jié)點提供更實用的地址分配的方法。
權(quán)利要求
1、一種對無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分配地址的方法，該方法包括以下步驟將地址空間限定為n-維網(wǎng)格，各網(wǎng)格交叉點都具有無線網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)可能節(jié)點的坐標(biāo)，各坐標(biāo)的分量數(shù)目等于所述網(wǎng)格的維度，而且，所述坐標(biāo)形成所述相應(yīng)可能節(jié)點的邏輯地址；以及由父節(jié)點向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點分配未被分配的邏輯地址作為子節(jié)點地址，使得所述子節(jié)點地址的一個分量比所述父節(jié)點的相應(yīng)分量大1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，各分量的可能值的范圍是由 用于表示所述分量的位數(shù)來確定的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述網(wǎng)格是平行六面體的形式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟將所述網(wǎng)格的邊角的坐標(biāo)分配為所述網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點的邏輯地址。
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 廣播步驟，在該廣播步驟中，所述子節(jié)點廣播地址請求消息； 答復(fù)步驟，在該答復(fù)步驟中， 一個或更多個潛在父節(jié)點答復(fù)所述廣播請求消息；以及選擇步驟，在該選擇步驟中，所述子節(jié)點選擇所述潛在父節(jié)點中的 一個作為父節(jié)點。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選擇步驟基于進行了答 復(fù)的節(jié)點的信號強度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述邏輯地址暗示了所述節(jié) 點之間的路由。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分配地址的方法。將地址空間限定為n-維網(wǎng)格。各網(wǎng)格交叉點具有無線網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)可能節(jié)點的坐標(biāo)。各坐標(biāo)的分量數(shù)目等于所述網(wǎng)格的維度，而且，所述坐標(biāo)形成所述相應(yīng)節(jié)點的邏輯地址。父節(jié)點向加入所述無線網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點分配未被分配的邏輯地址作為子節(jié)點地址，使得所述子節(jié)點地址的一個分量比所述父節(jié)點的相應(yīng)分量大1。
文檔編號H04L29/08GK101238700SQ20068002851
公開日2008年8月6日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者吳拉姆·巴蒂, 岳高峰 申請人:三菱電機株式會社