[发明专利]一种无线传感器网络地址分配机制

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络地址分配机制。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在检 测区域内大量廉价的集成有传感器、嵌入式处理器和通信模块的微型 传感器节点，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系 统。它借助于传感器节点中内置的形式多样的传感器，测量所在周边 环境中的热、红外线、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、 湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物理的大小、速度和方 向等众多人类感兴趣的物质现象。

典型的传感器网络结构通常由传感器节点(sensor node)、数据 汇聚节点(sink node)、中继网络和远程管理节点组成。大量传感器 节点随机部署在监测区域(sensor field)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 路由到数据汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通 过管理节点对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。图1给出了习有传感器网络体系结构一般形式的描述。

如图2所示，习有的传感器网络协议栈包括物理层、数据链路层、 网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。另外， 协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管 理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移 动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。

IEEE802.15.4中设计了一种基于分层簇树拓扑结构的无线传感 器网络，这种拓扑结构便于扩展且路由相对简单。同时采用簇树结构 能够简化与Internet的连接，只需在根节点中加入一个网关即可。 IEEE802.15.4协议中的基于分层簇树拓扑结构的地址分配机制和路 由协议简要描述如下；

1、网络地址的划分

IEEE802.15.4协议中的基于分层簇树拓扑结构的地址分配协议 规定，每一个节点分配16bits网络地址，其中8bit称为簇ID(cluster  identification，CID)，另外8bit称为节点ID(node identification，，NID)。整个网络结构如图3所示。CID的数值从0到255，0表示整个网络 的根节点，也称为指派设备(Designated Device，DD)，CID为255就 表示广播信息用于所有簇，其他数值用于区分不同簇。NID的数值从 0到255，0表示簇的簇头(CH)，255表示广播信息用于簇内的所有 节点，其他数值用于区分同一簇下的不同节点。

如图3所示，根节点DD的CID和NID就被定义为0。作为这 个多簇网络的根节点DD的计算能力(如存储容量和处理器速度)通 常强于一般的网络节点。图中的簇树网络是一种多跳网络，在节点加 入网络时，关联过程中与之通信的网络节点定义为节点的父节点；加 入节点本身成为父节点的子节点。簇0中的节点3是节点10和节点 22的父节点；节点10和节点22是节点3的子节点。

2、组网过程中的地址分配

分层簇树拓扑结构网络中的所有节点定期发送信标，信标中包含 节点的网络地址，包括它的簇ID和节点ID等。在入网前，新节点周 期性地侦听这些信标，一旦接收到一个信标，新节点就发送请求连接 (CONNECTION REQUEST)控制消息申请入网。如果收到了来自 多个节点的信标，新节点就选择最早发出信标的的节点做出响应。此 时新节点就成为候选节点，预期的父节点收到请求连接控制消息后会 向其所在簇的簇头发送请求节点ID(NODE ID REQUEST)消息，该 消息可以通过簇中的中间节点路由到簇头。