IPv6无线传感器网络的地址自动配置机制研究

摘要

随着传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术的发展，无线传感器网络在医疗监护、环境监测、空间探索和军事侦察等领域均得到了广泛的应用。孤立的传感器网络在应用中存在着诸多限制，如果将其与外部网络互连，便能通过远程终端对无线传感器网络进行节点管理、任务控制和数据获取等操作。
　　 在无线传感器网络中进行路由查找和数据传输时，各个节点需要有唯一的地址标识，但静态设置地址的方法在节点数量大时效率低下，此时地址自动分配协议能提高地址设置的效率。然而，现存的地址配置协议在为节点分配地址时不能同时确定其唯一性，需要通过广播地址重复检测数据包来进行反复验证。这样会增加分配节点地址时的网络开销，不利于节点能量的高效利用。
　　 本文在对现有无线传感器网络节点地址配置协议进行深入分析的基础上，提出了一种基于分簇的无线传感器网络节点地址配置协议WSNCAAP(Wireless Sensor Network Cluster-agents Address AllocationProtocol)。该协议较适用于层次型无线传感器网络。该协议将无线传感器网络节点分为簇头节点、簇内节点、叶子节点和申请节点。将无线传感器网络划分成若干个逻辑区域，每个逻辑区域都有一个簇头节点。与传统地址配置协议不同，本协议地址分配的任务不是集中在某一个代理节点或是分散到所有节点，而是分配给簇头节点及簇内节点。属于同一逻辑区域内的节点的地址由本区域内的簇头节点或簇内节点分配。节点类型由本身所处资源等级和一跳范围内的邻居节点类型共同确定。代理节点（簇头节点及簇内节点）在自身地址的基础上为新节点分配地址，使用变量保存下一个可分配的地址。代理节点周期性地发送数据包给其子节点以确认节点地址的正常使用与地址回收。当代理节点的资源不足时，它会发送广播数据包到所有由它直接分配地址的子节点，收到广播数据包的子节点会回复包含当前配置资源等信息的数据包到该代理节点，供代理节点决定它的继承节点。
　　 最后，在OPNET14.5(Optimization Performance Network Engineer Tool)仿真环境下，分别在仿真环境一:100m×100m和仿真环境二:1km×1km对其中的10个、50个节点进行地址配置的实验。仿真实验结果表明，基于分簇的无线传感器网络节点地址配置协议WSNCAAP在分配地址时，比传统地址配置协议LISAA延迟时间短、控制开销小。同时，由于引入了唯一地址生成机制和地址回收机制，使重复地址出现的可能性大大降低，并避免了地址空间的浪费。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本文的组织结构

1．5 本章小结

第二章 无线传感器网络及IPv6

2．1 WSNs介绍

2．1．1 WSNs体系结构

2．1．2 WSNs的基本特征

2．1．3 WSNs的应用

2．2 IPv6地址体系结构

2．3 本章小结

第三章 地址配置协议WSNCAAP的设计与实现

3．1 已有的地址配置协议

3．1．1 有状态协议

3．1．2 无状态协议

3．2 WSNCAAP地址配置协议原理

3．3 协议设计

3．3．1 WSNCAAP节点分类

3．3．2 WSNCAAP R函数

3．3．3 WSNCAAP IP地址结构

3．3．4 WSNCAAP数据结构

3．3．5 WSNCAAP唯一地址的生成

3．3．6 WSNCAAP节点收发报文及状态转换

3．3．7 WSNCAAP地址配置流程

3．3．8 WSNCAAP网络合并与分裂

3．4 协议分析

3．4．1 WSNCAAP地址唯一性分析

3．4．2 WSNCAAP主要参数选择

3．5 本章小结

第四章 实验仿真与结果分析

4．1 仿真简介

4．1．1 仿真平台OPNET简介

4．1．2 仿真环境及参数设置

4．2 协议节点模型及性能分析

4．3 地址配置协议的仿真

4．3．1 LISAA

4．3．2 仿真结果

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文