传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点

摘要

本发明实施例公开了一种传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点，所述方法包括：以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间；当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。本发明适用于在传感器网络中进行地址分配。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点。

背景技术

无线传感器网络是由分布在广大区域的大量传感器节点组成的自组织的、面向任务的、以数据为中心的无线通信网络。目前，无线传感器网络协议提供的常用的地址分配方法为分布式地址分配方法。在一种分布式地址分配方法中，首先由网络协调器设定一些网络参数，例如：父节点可以拥有的子节点的最大数目C_m、父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目R_m、网络的最大深度L_m。那么，深度为d的父节点，分配给其子节点的地址空间的大小C_skip(d)由如下公式给出：

$C_{\mathrm{skip}}\left(d\right)=\left(\begin{array}{c}1+C_m(L_m-d-1),R_m=1\\ \frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-d-1)}}{1-R_m},R_m\ne 1\end{array}\right)$

同时，深度为d的父节点的子节点的地址由下式给出：

具有路由功能的子节点的地址A_r为：A_r＝A_p+C_skip(d)×(m-1)+1，其中，1≤m≤R_m，m为具有路由功能的子节点加入网络的顺序；

终端子节点的地址A_e为：A_e＝A_p+C_skip(d)×R_m+n，其中，1≤n≤C_m-R_m，n为终端子节点加入网络的顺序；

其中，A_p为父节点地址。

由上可知，当网络参数C_m、R_m、L_m确定之后，网络中任何一个父节点可分配给其子节点的地址都随之确定。也就是说，一个父节点通常能够为子节点计算分配C_skip(d)个地址。需要指出的是，在上述地址分配方法中，C_m、R_m、L_m仅仅是为了父节点计算子节点地址而引入的一些参数，这些参数并非对父节点的能力进行限制。例如，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，其含义仅仅是父节点为子节点计算并分配地址时采用的一个参数，并非真正限定了父节点最多可以拥有的子节点数目，实际上一个父节点拥有的子节点数目很可能大于C_m。同样，父节点实际拥有的具有路由功能的子节点的数目可以大于R_m，网络的深度也可以大于L_m。因此，一个父节点只要能力允许，可以带有的子节点数目可以很多，使得由上述设定的参数所分配的地址数目不能满足实际节点数目的需求。也就是说，由于传感器节点分布的不均匀性和不确定性，在实际网络运营当中，可能存在某一个父节点的地址空间用完而无法向新的节点提供服务，而其它父节点的地址空间还比较富余的情况。

为了解决上述问题，现有技术提出了两种解决方案：

方案1：对父节点和子节点设定优先级，子节点的优先级根据其潜在的父节点的个数、负载情况等设定，潜在的父节点的数量越大、负载越小，优先级越低；父节点的优先级根据负载情况、深度等设定，深度越深、负载越大，则该父节点的优先级越低。优先级确定之后，子节点和父节点根据优先级选择父节点入网，或者为子节点提供服务，以及进行地址分配。

方案2：当父节点地址空间不足时向网络协调器发送空闲地址请求信息，由网络协调器广播全网，然后选择距离发送空闲地址请求消息的节点路径最近的节点作为提供空闲地址的节点，最后建立一条连接提供空闲地址的节点和使用空闲地址的节点的路径。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

采用方案1进行地址分配时，优先级的建立和维护需要带来额外开销；采用方案2进行地址分配时，根据节点地址不再能够判断出节点的位置和路由方向，必须存储相应的路由表才能实现消息路由，从而会带来地址借用交互的额外开销。总之，现有技术在解决局部空间不够用的问题时，可能会增加系统的额外开销。

发明内容

本发明的实施例提供一种传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点，能够在不增加系统额外开销的同时实现地址空间的扩展。

本发明实施例采用的技术方案为：

一种传感器网络中的地址分配方法，包括：

以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间；

当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。

一种传感器网络节点，包括：

分段模块，用于以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间；

分配模块，用于当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。

本发明实施例传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点，以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间，当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。与现有技术相比，能够在保持现有的路由协议不变的情况下，以及保持地址与位置的对应关系的同时，实现地址空间的扩展，为子节点分配地址空间，能够实现在不增加系统额外开销的同时实现地址空间的扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的方法流程图；

图2为本发明实施例二提供的方法流程图；

图3为本发明实施例三提供的传感器网络节点结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

实施例一

本实施例提供一种传感器网络中的地址分配方法，如图1所示，所述方法包括：

101、以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间。

在一个示例中，所述传感器网络中可以分配的地址空间大小S_skip为：

$S_{\mathrm{skip}}=R_m\times \left(\frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{L_m-1}}{1-R_m}\right)+C_m-R_m,$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，且C_m、R_m和L_m预先设定。另外，在本发明的所有实施例中，C_m、R_m和L_m仅是用于地址分配的参数，其含义不用于限定父节点的能力，具体可参见背景技术的描述，此处不做详细展开。S_skip为按照所述一定参数计算地址并进行地址分配时，可以分配的地址空间的大小，并非用于限制父节点的能力，即不用于限制父节点实际所能分配的地址空间的大小。可以理解，所述多段地址空间可仅包括第一段地址空间和第二段地址空间，也可进一步包括其它的地址段空间。

102、当分段后的地址空间中的第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。

其中，所述第一段地址空间为所述多段地址空间中的首段地址空间，所述第二段地址空间为所述多段地址空间中一扩展的地址空间；或者

所述第一段地址空间和所述第二段地址空间分别为所述多段地址空间中的两段扩展的地址空间。

其中，所述第二段地址空间与所述第一段地址空间在地址空间上相邻或不相邻。

在本实施例中，所述子节点可以为具有路由功能的子节点或终端子节点。

本发明实施例传感器网络中的地址分配方法，以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间，当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。与现有技术相比，能够在保持现有的路由协议不变的情况下，以及保持地址与位置的对应关系的同时，实现地址空间的扩展，为子节点分配地址空间，能够实现在不增加系统额外开销的同时实现地址空间的扩展。

实施例二

本实施例提供一种传感器网络中的地址分配方法，在划分出的多段地址空间中，首先使用首段地址空间，当首段地址空间不能满足使用需求，可依次扩展首段地址空间之后的各段地址空间，使用扩展的地址空间为节点分配地址，具体分配过程可如图2所示，所述方法包括：

201、父节点以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间，其中，所述传感器网络中可以分配的地址空间大小S_skip为：

$S_{\mathrm{skip}}=R_m\times \left(\frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-1)}}{1-R_m}\right)+C_m-R_m,$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，且C_m、R_m和L_m预先设定。

假定可用地址空间为16位，即总共可以分配65536个地址，那么，可以以S_skip为单位对65536个地址进行分段。

202、当分段后的地址空间中的第一段地址空间用完时，父节点根据网络参数计算得到第一地址，将所述第一地址与第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量相加，得到第二地址，作为为具有路由功能的子节点分配的所述第二段地址空间中的地址A_r，其中，

A_r＝A_sr×S_skip+A_p+C_skip(d)×(n_thr-1)+1；

其中，A_p+C_skip(d)×(n_thr-1)+1为第一地址，A_sr×S_skip为第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量；

其中，A_sr×S_skip＜65536，A_sr为具有路由功能的子节点分配地址需要进行地址空间扩展的次数，且其中，表示C_rcurrent除以R_m的结果向下取整；

A_p为父节点地址；

C_skip(d)为父节点分配给其子节点的地址空间的大小，且

$C_{\mathrm{skip}}\left(d\right)=\left(\begin{array}{c}1+C_m(L_m-d-1),R_m=1\\ \frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-d-1)}}{1-R_m},R_m\ne 1\end{array}\right)$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，d为父节点的深度；

n_thr为具有路由功能的子节点加入网络的顺序，即本次扩展的地址分配中第n_thr个加入的具有路由功能的子节点，例如，如果已经有2个具有路由功能的子节点加入了，则本次加入的具有路由功能的子节点为第3个；且其中，(C_rcurrent+1)％C_m表示(C_rcurrent+1)除以C_m的结果取余；

C_rcurrent为父节点当前拥有具有路由功能的子节点的数目，1≤n_thr≤R_m。

203、当分段后的地址空间中的第一段地址空间用完时，父节点根据网络参数计算得到第一地址，将所述第一地址与第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量相加，得到第二地址，作为为终端子节点分配的所述第二段地址空间中的地址A_e，其中，

A_e＝A_se×S_skip+A_p+C_skip(d)×R_m+n_the；

其中，A_p+C_skip(d)×R_m+n_the为第一地址，A_se×S_skip为第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量；

其中，A_se×S_skip＜65536，A_se为终端子节点分配地址需要进行地址空间扩展的次数，且其中，表示C_rcurrent除以(C_m-R_m)的结果向下取整；

A_p为父节点地址；

C_skip(d)为父节点分配给其子节点的地址空间的大小，且

$C_{\mathrm{skip}}\left(d\right)=\left(\begin{array}{c}1+C_m(L_m-d-1),R_m=1\\ \frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-d-1)}}{1-R_m},R_m\ne 1\end{array}\right),$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，d为父节点的深度；

n_the为终端子节点加入网络的顺序，即本次扩展的地址分配中第n_the个加入的终端子节点，例如，如果已经有2个终端子节点加入了，则本次加入的终端子节点为第3个；且其中，(C_ecurrent+1)％(C_m-R_m)表示(C_rcurrent+1)除以C_m-R_m的结果取余；

C_ecurrent为当前父节点拥有终端子节点的数目，1≤n_the≤C_m-R_m。

需要说明的是，当A_r＞65536，或者A_e＞65536时，终止地址分配，不再向子节点提供服务。

其中，步骤202和203的顺序可以不限于此。

本发明实施例传感器网络中的地址分配方法，以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间，当所述第一段地址空间用完时，为具有路由功能的子节点和终端子节点分配第二段地址空间中的地址。与现有技术相比，能够在保持现有的路由协议不变的情况下，以及保持地址与位置的对应关系的同时，实现地址空间的扩展，为具有路由功能的子节点和终端子节点分配地址空间，能够实现在不增加系统额外开销的同时实现地址空间的扩展。

需要说明地是，上述实施例是一种示意性描述，不用于限定本发明。父节点通常基于一定计算规则能够为子节点计算并分配C_skip(d)个地址，并在C_skip(d)个地址用完后，进一步扩展地址空间，进行再次分配，使再次分配的地址加上一定的偏移，从而表示当前分配的地址。例如，如果总的地址空间被分配为N段，N为大于1的整数，这N段地址空间分别用空间1、空间2、......、空间N表示。空间1可表示地址0至S_skip-1，空间2可表示地址S_skip至(2×S_skip-1)，......，依此类推，本实施例对具体数字不做限定。首次分配时，父节点可以根据一定规则分配地址空间1的地址，地址空间1的地址分配完毕之后，父节点可继续扩展并分配空间2的地址。在分配空间2的地址时，采用同样规则计算出地址，并加上偏移量，即空间1的地址大小。同理，在计算并分配空间m的地址时，父节点依据同样规则计算出地址，并将计算出的地址加上偏移量，即空间m之前的地址空间大小，其中，1＜m≤N。可以理解，在扩展地址空间时，如果空间1的地址分配完毕，也可直接扩展空间2之后的其它地址空间，如任一空间m，1＜m≤N，本实施例对具体的实施方式和计算公式不做具体限定。

实施例三

本实施例提供一种传感器网络节点，如图3所示，所述传感器网络节点包括：

分段模块301，用于以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间；

分配模块302，用于当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。

其中，所述第一段地址空间为所述多段地址空间中的首段地址空间，所述第二段地址空间为所述多段地址空间中一扩展的地址空间；或者

所述第一段地址空间和所述第二段地址空间分别为所述多段地址空间中的两段扩展的地址空间。

所述第二段地址空间与所述第一段地址空间在地址空间上相邻或不相邻。

其中，所述分配模块302，具体用于根据网络参数计算得到第一地址，将所述第一地址与第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量相加，得到第二地址，作为为所述子节点分配的所述第二段地址空间中的地址。

进一步的，当所述子节点为具有路由功能的子节点时，所述分配模块302，具体用于基于以下方式计算得到为所述具有路由功能的子节点分配的所述第二段地址空间中的地址A_r，其中，

A_r＝A_sr×S_skip+A_p+C_skip(d)×(n_thr-1)+1；

其中，A_p+C_skip(d)×(n_thr-1)+1为第一地址，A_sr×S_skip为第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量；

其中，A_sr为所述具有路由功能的子节点分配地址需要进行地址空间扩展的次数，且其中，表示C_rcurrent除以R_m的结果向下取整；

A_p为父节点地址；

C_skip(d)为父节点分配给其子节点的地址空间的大小，且

$C_{\mathrm{skip}}\left(d\right)=\left(\begin{array}{c}1+C_m(L_m-d-1),R_m=1\\ \frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-d-1)}}{1-R_m},R_m\ne 1\end{array}\right),$

S_skip为所述传感器网络中可以分配的地址空间的大小，且

$S_{\mathrm{skip}}=R_m\times \left(\frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-1)}}{1-R_m}\right)+C_m-R_m,$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，d为父节点的深度；

n_thr为所述具有路由功能的子节点加入网络的顺序，且其中，(C_rcurrent+1)％C_m表示(C_rcurrent+1)除以C_m的结果取余；

C_rcurrent为父节点当前拥有具有路由功能的子节点的数目，1≤n_thr≤R_m。

进一步的，当所述子节点为终端子节点时，所述分配模块302，具体用于基于以下方式计算得到为所述终端子节点分配的所述第二段地址空间中的地址A_e，其中，

A_e＝A_se×S_skip+A_p+C_skip(d)×R_m+n_the；

其中，A_p+C_skip(d)×R_m+n_the为第一地址，A_se×S_skip为第二段地址空间相对于多段地址空间中的首段地址空间的偏移量；

其中，A_se为终端子节点分配地址需要进行地址空间扩展的次数，且其中，表示C_rcurrent除以(C_m-R_m)的结果向下取整；

A_p为父节点地址；

C_skip(d)为父节点分配给其子节点的地址空间的大小，且

$C_{\mathrm{skip}}\left(d\right)=\left(\begin{array}{c}1+C_m(L_m-d-1),R_m=1\\ \frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-d-1)}}{1-R_m},R_m\ne 1\end{array}\right),$

S_skip为所述传感器网络中可以分配的地址空间的大小，且

$S_{\mathrm{skip}}=R_m\times \left(\frac{1+C_m-R_m-C_m\times {R_m}^{(L_m-1)}}{1-R_m}\right)+C_m-R_m,$

其中，C_m为父节点可以拥有的子节点的最大数目，R_m为父节点可以拥有的具有路由功能的子节点的最大数目，L_m为网络的最大深度，d为父节点的深度；

n_the为终端子节点加入网络的顺序，且其中，(C_ecurrent+1)％(C_m-R_m)表示(C_rcurrent+1)除以C_m-R_m的结果取余；

C_ecurrent为父节点当前拥有终端子节点的数目，1≤n_the≤C_m-R_m。

在本实施例中，所述传感器网络节点可以为父节点。

本发明实施例传感器网络节点，以所述传感器网络中可以分配的地址空间为单位对总地址空间进行分段，得到包括第一段地址空间和第二段地址空间在内的多段地址空间，当所述第一段地址空间用完时，为子节点分配第二段地址空间中的地址。与现有技术相比，能够在保持现有的路由协议不变的情况下，以及保持地址与位置的对应关系的同时，实现地址空间的扩展，为具有路由功能的子节点和终端子节点分配地址空间，能够实现在不增加系统额外开销的同时实现地址空间的扩展。

本发明实施例提供的传感器网络节点可以实现上述提供的方法实施例。本发明实施例提供的传感器网络中的地址分配方法及传感器网络节点可以适用于传感器网络中传感器节点的地址分配，但不仅限于此。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。