一种基于IEEE802.15.4的无线传感器网络地址配置方法

摘要

本发明提供一种基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络地址配置方法，包含：对基于IEEE 802.15.4的较大规模无线传感器网络，为网络内的节点配置一个可用于网内通信的、网内唯一的16位短地址，通过对节点短地址进行编码，使短地址中含网络拓扑信息，由节点短地址可以得到节点跳数、父节点短地址等信息；带标志位的点分十进制地址表示法的提出，使16位的节点地址得到直观、简洁地表示，极具可读性，方便进一步应用。该发明的优点在于，通过地址配置，可以利用简单的16位短地址对较大规模无线传感器网络进行高效管理，优化无线传感器网络性能。

权利要求

1.一种基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络地址配置方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，父节点为新入网的子节点分配一个16位短地址，该短地址包括两部分，第0位为标志位，第1位到第15位为地址位，15位的地址位中，由高到低每3位为1段，第13～15位为第一段，逐一递增，第1～3位为第五段，值不为0的地址位的总段数表示节点跳数；

步骤2，对标志位取0的短地址编码；

步骤3，将编码后的短地址采用带标志位的点分十进制地址表示法表示；

所述步骤2具体为：若子节点申请入网成功，则对于第1跳节点，由网络的汇聚节点分配短地址；第i跳父节点为至多7个子节点分配短地址，该短地址的第1段到第i段取值与父节点完全相同，第i+1段取值按分配的先后顺序逐一递增从1取到7，i从{1，2，3，4}中取值，对于已经为7个子节点分配了短地址的父节点和第5跳父节点，给申请入网的节点分配的短地址将为OxFFFE，表明申请入网的节点已接入网络，但是以后在网内的通信需要使用长地址；若子节点申请入网失败，则将其短地址设置为OxFFFF。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络地址配置方法，其特征在于：步骤3所述的带标志位的点分十进制地址表示法具体为，将16位短地址分为6段，其中第0位标志位为一段，15位的地址位有五段，每段的值用其等效的十进制数字表示，地址位各段之间用符号“.”隔开，地址位与标志位之间用符号“*”隔开。

说明书

一种基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络地址配置方法

技术领域

[0001] 本发明提出一种基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络地址配置方法，属于计算机网络技术领域。

背景技术

[0002] 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价微型传感器节点通过自组织方式构成的网络。无线传感器网络技术将有限距离的传感器应用扩展为无处不在，种类丰富的网络应用，在客观世界对象与人之间建立了一种有效的沟通方式，成为一项有着广阔发展空间与美好发展前景的应用技术。目前无线传感器网络已广泛部署于军事、智能家居、工业控制、医疗保健、环境监测等领域。

[0003] 图1显示常见的无线传感器网络结构。无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈直接的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。用户通过管理节点对无线传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

[0004] IEEE 802.15.4标准是IEEE 802.15.4工作组针对低速无线个人区域网络制定的，定义了物理层和MAC层，把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一的标准。基于上述技术特征，IEEE802.15.4标准已成为无线传感器网络底层协议栈的最佳选择之一。

[0005] 根据IEEE 802.15.4构建的网络由两种类型的设备组成，一种是只能与一个具有完整功能的设备(FFD)通信的简化功能的设备(RFD)，另一种就是FFD，可以同时与多个FFD和多个RFD通信。IEEE 802.15.4构建的网络中，所有的设备都有唯一的64位长地址码，该地址可以在PAN(personal area network)中用于直接通信，或者当设备之间已经存在连接时，可以将其转变为16位短地址码分配给PAN设备，因此，在设备发起连接时，采用64位的长地址码，只有在连接成功后，系统分配了PAN的标识符后，可以采用16位短地址码进行通信。

[0006] 目前，对无线传感器网络中节点的地址没有形成统一的标准。考虑到无线传感器网络对节能的特殊要求，必须使节点地址尽可能简单，以减少数据包传输的开销，达到节能的目的。同时，节点地址除了用来标识节点外，应该尽可能的使其包含更丰富的信息，服务于例如数据包路由、网络拓扑信息获取等网络行为。

发明内容

[0007] 本发明针对目前技术的不足，提供一种基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络地址配置方法。发明针对基于IEEE 802.15.4规范的小规模无线传感器网络，新节点在加入网络后会得到父节点分配的一个可用于网内通信的、网内唯一的16位短地址，节点成功加入网络后可以利用这一短地址进行网内通信，减少数据包的长度。

[0008] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0009] 本发明提出的方法包括以下步骤，

[0010] 步骤1，父节点为新入网的子节点分配一个16位短地址，该短地址包括两部分，第0位为标志位，第1位到第15位为地址位，15位的地址位中，由高到低每3位为1段，第13～15位为第一段，逐一递增，第1～3位为第五段，值不为0的地址位的总段数表示节点跳数；

[0011] 步骤2，对标志位取0的短地址编码；

[0012] 步骤3，将编码后的短地址采用带标志位的点分十进制地址表示法表示。

[0013] 上述址编码方法具体如下：若子节点申请入网成功，则对于第1跳节点，由网络的汇聚节点分配短地址；第i跳父节点为至多7个子节点分配短地址，该短地址的第1段到第i段取值与父节点完全相同，第i+1段取值按分配的先后顺序逐一递增从1取到7，i从{1，2，3，4}中取值，对于已经为7个子节点分配了短地址的父节点和第5跳父节点，给申请入网的节点分配的短地址将为0xFFFE，表明申请入网的节点已接入网络，但是以后在网内的通信需要使用长地址；若子节点申请入网失败，则将其短地址设置为0xFFFF。

[0014] 上述带标志位的点分十进制地址表示法具体为，将16位短地址分为6段，其中第0位标志位为一段，15位的地址位有五段，每段的值用其等效的十进制数字表示，地址位各段之间用符号“.”隔开，地址位与标志位之间用符号“*”隔开。

[0015] 本发明具有如下优点：通过本发明方法为新入网节点分配一个网内唯一的16位短地址，通过对短地址编码，使短地址码中含有当前网络的部分拓扑信息，同时子节点短地址保留了父节点短地址信息，地址不再只是节点的身份标识，还可以服务于其他的网络行为。利用带标志位的点分十进制地址表示法来表示节点短地址，可增强节点地址的可读性，方便进一步应用。总言之，通过地址配置，可以利用简单的16位短地址对较大规模无线传感器网络进行高效管理，优化无线传感器网络性能。

附图说明

[0016] 图1为无线传感器网络结构；

[0017] 图2为本发明实施例的应用场景示意图；

[0018] 图3为新入网节点16位短地址格式示意图；

具体实施方式

[0019] 在具体实施过程中，按照本发明提出的方法步骤进行：

[0020] 步骤1，父节点为新入网的子节点分配一个16位短地址，该短地址包括两部分，第0位为标志位，第1位到第15位为地址位，15位的地址位中，由高到低每3位为1段，第13～15位为第一段，逐一递增，第1～3位为第五段，值不为0的地址位的总段数表示节点跳数；

[0021] 步骤2，对标志位取0的短地址编码；

[0022] 步骤3，将编码后的短地址采用带标志位的点分十进制地址表示法表示。

[0023] 现配合附图和实施例详细说明如下：

[0024] 本发明所适用的无线传感器网络中，包含3类节点：一个汇聚节点；RFD节点，RFD节点只负责其监测区域内数据的采集与传输，只与其父节点通信；FFD节点，FFD节点可以作为父节点处理其他节点的入网请求，监测区域内数据的采集可以作为FFD节点的可选功能。本发明所适用的无线传感器网络中，可以对5跳内(含5跳)的节点进行短地址编码，每个FFD节点可以接受、处理7个子节点的入网请求，分配短地址。

[0025] 短地址0x0000，0xFFFE，0xFFFF具有特殊含义：地址0x0000表明该节点是该无线传感器网络的汇聚节点；0xFFFE表示节点已经成功接入网络，但是上级节点还没有给该节点分配一个16位短地址，这种情况下，该节点在网络内的通信中，需要使用64位长地址；如果不接受节点加入网络，设置节点的16位短地址为0xFFFF。

[0026] 图2为本实施例应用场景示意图。该示意图中，S节点为汇聚节点，A，B，C，E，F，G，H和I节点为FFD节点，D，J和K节点为RFD节点。该示意图中，直线箭头指向处理节点入网请求的上级节点，实线表示节点成功加入网络，虚线表示节点入网失败。各节点右侧的地址为节点的16位短地址。

[0027] 节点16位短地址各段含义参见图3。

[0028] 首先，启动S节点，S节点为汇聚节点，短地址为0x0000，用带标志位的点分十进制表示法可表示为0.0.0.0.0*0。

[0029] 接着A、B、C节点顺序启动，成功接入网络，S节点分配给A、B、C节点的短地址依次为1.0.0.0.0*0，2.0.0.0.0*0，3.0.0.0.0*0。A、B、C节点的跳数为1跳。

[0030] D节点向B节点申请加入网络，入网成功，B节点给D节点分配短地址2.1.0.0.0*0；F节点向C节点申请加入网络，入网成功，C节点给F节点分配短地址
3.1.0.0.0*0。D、F节点的跳数同为2跳。

[0031] G节点向F节点申请加入网络，入网成功，F节点给G节点分配短地址3.1.1.0.0*0，G节点的跳数为3跳；H节点向G节点申请加入网络，入网成功，G节点给H节点分配短地址3.1.1.1.0*0，H节点的跳数为4跳；I节点向H节点申请加入网络，入网成功，H节点给I节点分配短地址3.1.1.1.1*0，I节点的跳数为5跳。

[0032] E节点向B节点申请加入网络，入网失败，E节点的短地址为0xFFFF，E节点将会在将来的某一时刻再次尝试加入网络。

[0033] J节点向I节点申请加入网络，入网成功，由于I节点跳数为5跳，I节点为J节点分配的短地址为0xFFFE，以后J节点在网络中将使用64位长地址进行通信。

[0034] 位于该网络某处的K节点的短地址为6.6.6.6.6*1，标志位取值为1，未对该地址进行编码。

[0035] 由节点的短地址可以反向推出接受其入网的上一级节点的短地址。例如，给节点1.0.0.0.0*0分配短地址的上一级节点短地址为0.0.0.0.0.*0，给节点3.1.1.1.0*0分配短地址的上一级节点短地址为3.1.1.0.0*0。