CN101589578A - 用于在无线个域网(wpan)中分配装置地址的方法及wpan装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在WPAN中高效分配地址的方法以及一种WPAN装置。本发明的地址分配方法由最上层装置执行。对为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息进行管理。参照该地址分配信息将地址值分配给向最上层装置请求连接的下层装置。当分配了地址值时，将该地址分配信息更新为下一地址值，并且将经过更新的地址分配信息发送给下层装置。如果一个装置请求更新地址分配信息，则将地址分配信息更新为下一地址值，并且将经过更新的地址分配信息发送给下层装置，其中该装置向比其更低的装置分配了地址值。

Description

用于在无线个域网(WPAN)中分配装置地址的方法及WPAN装置
技术领域
本发明一般涉及一种在无线个域网(WPAN)中高效地分配地址的方法以及一种WPAN装置，并且更具体地，涉及如下一种在WPAN中高效地分配地址的方法以及一种WPAN装置，其可以在WPAN环境中高效地分发各个装置的逻辑地址值，并且可以在不对服务模型施加限制的情况下，基于最终地址值来分配地址值，从而实现可扩展性和灵活性。
背景技术
通常，无线个域网(后文中称为“WPAN”)技术是泛在网络(ubiquitousnetwork)的核心技术之一，在该网络中通过单个结构将人、计算机和物体相互连接。WPAN技术的应用的代表性实例是用来将现有传感器网络环境与实际物理环境进行组合的传感器网络。
传感器网络在实现泛在产生阶段(ubiquitous generation)中占据重要角色。具体地，当在家庭中实现泛在组网时，将提供强烈动机来构建国家级的基础设施，因此，在家庭中构建泛在组网环境是非常重要的。此外，在泛在产生阶段，作为泛在组网技术之一的家庭组网技术已经显现为克服目前家电市场非常低迷的严峻形势的核心技术，而传感器网络是这种家庭组网技术的中心。
可以预料到的是，期望由数百或数千个小传感器模块组成的传感器网络将被应用于各种领域，例如，智能家庭网络中的远程监控、自动制造工艺控制、库存和物流管理、医院内的远程病人监控、以及用于检测非法入侵的安全系统。
同时，WPAN可以用来实现这种技术，并且表征为具有多种优点，例如，传输距离小于10m、低功耗、以及尺寸足够小从而可以安装在传感器内等等。对于这种WPAN技术，目前引人注意的技术包括ZigBee，其是一种低速并且低功率WPAN技术。然而，当前的ZigBee技术有限地应用于网络并且要忍受网络的不稳定性。
图1是示出由ZigBee中单个节点发送的信标之间的发送间隔的示图。单个节点具有如下时间段，在该时间段中在发送信标之后发送或接收数据，然后具有睡眠时间段以减小功耗。此时的间隔被规则地指定并且被同样地应用于下一信标发送时间段、下一数据发送/接收时间段以及下一睡眠时间段。即，以规则的间隔重复信标发送时间段、数据发送/接收时间段和睡眠时间段。
在睡眠时间段期间，发送数据是可能的，但是接收数据是不可能的。需要发送信标以便连接参考节点下面的节点，从而网络配置中存在的最后的节点在经过了特定时间段后不需要发送信标。
图2是示出在第一节点和第二节点之间发送信标时在两个节点之间出现的信标发送的状态的图。第一节点将信标发送给第二节点，并将范围从该信标的发送到下一信标的发送的时隙发送给第二节点。已经接收到该时隙的第二节点在未被第一节点使用的时间段的开始部分发送其自己的信标，以避免与第一节点发送的信标冲突。
同时，ZigBee网络协议的主要功能之一是分配逻辑地址来构建簇树(cluster tree)。以如下方式形成该簇树，所述方式即将ZigBee协调器设置为最上层根，并在更下层的树结构中将ZigBee网络中存在的所有节点连接到该ZigBee协调器。当形成了ZigBee网络并且构建了树时，由各个节点的父节点向各个节点分配逻辑地址，这些逻辑地址能够使各个装置相互区分，并允许确定数据传输路由等。
下面描述了若干术语，用来描述分配地址的常规方法。首先，Cm是父节点可以具有的最大子节点数。即，这意味着最多可以将Cm个装置连接到单个装置。然而，由Cm定义的装置不能再被连接到更下层的装置。这些装置被称为“端装置”。
Lm是树结构的最大层数或深度。图3示出了Lm的实例。即，当Lm为2时，将要连接的装置的深度可以延伸至两跳，如图3中所示。
Rm是连接到参考节点的下层装置的数目，其与Cm类似。然而，和Cm不同，由Rm定义的装置具有连接比该下层装置更低的其它装置的功能。这种功能被称为协调器功能。
因为上述值Cm、Lm和Rm是确定的，所以传感器网络的无限延伸可能受到限制。当选择了单个服务模型并实现了适合于该服务模型的传感器网络时，适合于该服务模型的装置数可能受到限制。即，可以将这些值设置为与属于同一WPAN的装置相等的值。
同时，ZigBee协调器确定每个父节点可以具有的最大子节点数“Cm”，和树结构的最大层数或深度“Lm”，以便当形成ZigBee网络时分配逻辑地址。每个父节点基于值“Cm”和“Lm”来计算块大小和地址块值(Cskip)，并由ZigBee协调器分配一个逻辑地址块，该逻辑地址块将由其子节点使用。
地址块值以与其对应的数字来标示可以连接到参考装置的其它下层装置的数目。即，当地址块值为0时，即使是用作协调器的装置也不能再向其下的装置分配地址值，这意味着没有下层装置可以连接到该装置。
图4是示出用于获得地址块值Cskip(d)的等式的示图，该等式示出：对于深度为d的参考装置，可以检测如下的下层装置的数目，该下层装置可以连接到该参考装置并且包括深度为d+1的下层装置。此外，因为端装置不执行将下层装置连接到该端装置的功能，所以不需要向用作端装置的装置分配地址块。因此，仅为端装置分配由端装置自己使用的单个地址。
通过图5中示出的等式，可以获得将被分配给以第n个次序被连接的端装置的地址值。通过这种方法，可以在基于服务模型形成的WPAN装置之间分配地址。在图5的等式中，An是端装置中以第n个次序被连接的端装置的地址，A父是期望被连接的参考装置的更上层装置的地址值，Cskip(d)是期望被连接的参考装置的更上层装置的地址块值。
为了示出地址块分配方法的实例，意图通过使用诸如Cm＝4、Rm＝3和Lm＝3这样的值向服务模型分配地址来实现WPAN的配置。
首先，必须使用首先产生的参考装置来获得可以连接到该参考装置的装置的最大数目。在首先产生的参考装置的情况中，其深度为d＝0，从而使用图4来获得地址块值，如图6中所示。通过该等式，得到诸如Cskip(1)＝5、Cskip(2)＝1和Cskip(3)＝0这样的地址块值。即，该服务模型表明：深度为1的装置可以连接到最多五个深度为2或更大的装置，深度为2的装置可以连接到深度为3的单个装置，而深度为3的装置作为不能再连接到任何装置的端装置。
图7是示出使用上述实施例形成的网络配置的实例的示图。
在图7中，因为第一装置具有地址块值Cskip(1)＝5，所以被连接到该第一装置的下层装置(包括第二装置)的数目不能超过5。
上述地址分配方法在这种网络配置中看似没有任何特别的问题，然而，在实际中存在许多如下情况，即其中，在传感器网络情况下，在小空间内可能存在太多装置。因此，尽管图7的网络配置所需要的地址块的总数为17，但是如图7所示，由于存在地址值为52的节点，所以可以看到分发效率降低。
此外，因为在ZigBee技术中使用的地址值是16比特的，所以在单个WPAN区域中，最多可以向65,536个装置分配地址，其中该ZigBee技术被广泛地作为用于无线个人通信的传感器网络技术。然而，现有地址分配方法的问题在于，因为连接到参考装置的装置数目是预先计算的，并且参考装置具有与所计算的装置数相对应的多个地址块，所以，如果没有装置被连接到参考装置，则参考装置不必要地浪费了其拥有的地址块，即使该参考装置具有大量地址块。
此外，当分配给另一协调器的所有地址块被用尽时，其可能不再允许任何连接。即，地址分发中的平衡被打破，该平衡通过向连接了大量装置的装置分配大地址块来在WPAN区域中允许尽可能多的装置来尝试进行连接。
因此，这干扰了泛在传感器网络中各种传感器装置之间的连接，并且当指定了上述值Cm、Rm和Lm时，可允许的装置数也受到限制，从而导致不属于指定服务模型的不同装置之间的可扩展性和效率的降低。因此，现有方法导致服务模型自身中的变化的问题，该问题不符合泛在组网技术，在该技术中各种类型的服务必须共存。
发明内容
技术问题
因此，在考虑现有技术中出现的上述问题的情况下创造了本发明，本发明的目标是提供一种在WPAN中高效分配地址的方法以及一种WPAN装置，其可以在WPAN环境中高效地分发各个装置的逻辑地址值，并且可以在不对服务模型施加限制的情况下实现可归因于这种地址值的高效分发的可扩展性和灵活性。
本发明的另一目标是提供如下一种在WPAN中高效分配地址的方法以及一种WPAN装置，其基于首先产生的装置，即最上层节点，来管理地址值，从而改进了向WPAN区域中存在的所有装置进行地址分发的可扩展性和稳定性。
技术方案
根据实现上述目标的本发明的方案，提供有一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配地址的方法，所述方法由最上层装置执行，所述方法包括：第一步骤，管理为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息；第二步骤，参照所述地址分配信息将地址值分配给向所述最上层装置请求连接的下层装置；第三步骤，当在所述第二步骤处分配所述地址值时，将所述地址分配信息更新为下一地址值，并将所更新的地址分配信息发送给下层装置；以及第四步骤，如果一个装置请求更新地址分配信息，其中所述装置向比其更低的装置分配了地址值，则将所述地址分配信息更新为下一地址值，并将所更新的地址分配信息发送给下层装置。
优选地，在所述第一步骤处管理的所述地址分配信息可以是先前分配的最终地址值，或者是下一要分配的地址值。
优选地，所述第四步骤可以包括以下步骤：如果确定多个下层装置分配了同一地址值，则将地址重新分配命令发送给所述下层装置，使得所述下层装置按顺序分配地址值。
根据实现上述目标的本发明的另一方案，提供有一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配地址的方法，所述方法由最上层装置执行，所述方法包括：第一步骤，将所述最上层装置的地址值作为最终地址值来管理；第二步骤，参照所述最终地址值，根据向所述最上层装置请求连接的下层装置的连接顺序来按顺序分配下一地址值，将所述最终地址值更新为最终分配的地址值，并将所更新的最终地址值发送给所述下层装置；以及第三步骤，如果具有从所述最上层装置接收的所述最终地址值的装置将下一地址值分配给比其更低的装置，并将包含所分配的地址值的更新信息发送给所述最上层装置，则基于所述更新信息来更新所述最终地址值，并将所更新的最终地址值发送给所述下层装置。
优选地，在所述第三步骤处，所述最上层装置可以将所述最终地址值发送给所述下层装置中除发送了所述更新信息的装置之外的下层装置。
优选地，所述第三步骤可以包括以下步骤：(3-1)如果所述最上层装置从两个或更多下层装置接收到各段更新信息，则将各段更新信息中包含的地址值进行相互比较，并确定是否重复并分配了同一地址值；(3-2)如果确定重复并分配了所述同一地址值，则将地址重新分配命令发送给除分配了所述同一地址值的任一装置之外的所述下层装置；以及(3-3)更新所述最终地址值。
优选地，在所述步骤(3-2)处，所述最上层装置可以参照所述更新信息中包含的所述地址值来确定下一地址值，并可以发送所述地址重新分配命令，在所述地址重新分配命令中包含有关于所确定的地址值的信息，并且在所述步骤(3-3)处，所述最上层装置可以基于在所述地址重新分配命令中包含并发送的所述地址值信息来更新所述最终地址值。
优选地，在所述步骤(3-2)处，所述最上层装置可以使用所述更新信息中包含的路由信息以单播通信方式，将所述地址重新分配命令发送给需要重新分配地址值的装置。
根据实现上述目标的本发明的另一方案，提供有一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配装置的地址的方法，包括：第一步骤，每个参考装置由上层装置来分配地址值，并被连接到树结构中的所述上层装置，所述参考装置从所述上层装置接收最终地址值并管理所述最终地址值；第二步骤，当下层装置请求连接时，参照所述最终地址值将下一地址值分配给请求所述连接的所述下层装置；以及第三步骤，将包含在所述第二步骤处分配的所述地址值的更新信息发送给最上层装置，使得通信区域中存在的所有装置可以通过所述最上层装置来更新最终地址值。
优选地，所述方法在所述第三步骤之后还可以包括第四步骤：当从所述最上层装置接收到所述最终地址值时，更新由所述参考装置管理的所述最终地址值。
优选地，所述方法在所述第四步骤之后还可以包括第五步骤：将从所述最上层装置接收到的所述最终地址值发送给下层装置。
优选地，所述方法在所述第三步骤之后还可以包括第四步骤：如果响应于两个或更多下层装置分配同一地址值，而从所述最上层装置接收到地址重新分配命令，则重新分配在所述第二步骤处分配给所述下层装置的所述地址值。
优选地，所述第四步骤可以包括以下步骤：从所述最上层装置接收包含下一要分配的地址值的地址重新分配命令；以及将在所述第二步骤处分配给所述下层装置的地址值重新分配为所述地址重新分配命令中包含的地址值。
优选地，发送所述更新信息的所述装置可以发送如下更新信息，在该更新信息中包含有路由信息。
根据实现上述目标的本发明的另一方案，提供有一种无线个域网(WPAN)装置，包括：通信单元，用于在支持树结构的WPAN上执行装置之间的信标和数据的发送或接收；以及控制单元，用于管理为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息，参照所述地址分配信息来通过所述通信单元将地址值分配给请求连接的下层装置，将所述地址分配信息更新为下一地址值，将所更新的地址分配信息发送给下层装置，并且当分配了地址值的下层装置请求更新地址分配信息时，将所述地址分配信息更新为下一地址值并通过所述通信单元将所更新的地址分配信息发送给所述下层装置。
优选地，所述控制单元可以将先前已经分配的最终地址值或下一要分配的地址作为所述地址分配信息来管理。
优选地，当分配了所述地址值的所述下层装置请求更新地址分配信息时，所述控制单元可以确定多个下层装置是否分配了同一地址值，并且如果确定所述多个下层装置分配了同一地址值，则将地址重新分配命令发送给所述下层装置，使得所述下层装置按顺序分配地址值。
根据实现上述目标的本发明的另一方案，提供有一种无线个域网(WPAN)装置，包括：通信单元，用于在支持树结构的WPAN上在装置之间执行信标和数据的发送或接收；以及控制单元，用于将最终分配给网络中产生的装置的地址值作为最终地址值来管理，并且当所述网络中新产生的装置通过所述通信单元请求连接时，参照所述最终地址值将下一地址值分配给请求连接的所述新产生的装置。
优选地，当将所述地址值分配给请求连接的所述装置时，所述控制单元可以更新所述最终地址值，并通过所述通信单元将当前更新的最终地址值发送给比包含所述控制单元的所述装置更高或更低的装置。
优选地，当通过所述通信单元从比包含所述控制单元的所述装置更高或更低的装置接收到所述最终地址值时，所述控制单元可以将由其管理的最终地址值更新为所接收的最终地址值。
优选地，所述控制单元可以被配置为使得：如果响应于两个或更多下层装置将同一地址值分配给比其更低的装置，而从所述两个或更多下层装置接收到包含所述同一地址值的更新信息，则所述控制单元更新最终地址值信息，并将地址重新分配命令发送给除分配了所述同一地址值的任一装置之外的所述下层装置。
优选地，当接收到所述地址重新分配命令时，所述控制单元可以向下层装置重新分配地址值。
技术效果
因此，根据本发明在WPAN中高效分配地址的方法的优点在于：因为根据在WPAN环境中的连接顺序来按顺序分发各个装置的逻辑地址值，所以可以高效使用地址值；并且在于：因为不会发生具有不同服务模型的各个装置的地址之间的冲突，所以可以配置稳定的网络。
此外，本发明的优点在于：因为在未对服务模型施加限制的情况下分配地址值，所以网络可以扩展至更广的范围，而不是仅连接与指定的地址块数目相对应的多个装置，由此实现可扩展性和灵活性。
此外，本发明的优点在于：因为基于首先产生的装置，即最上层装置，来管理地址值，所以可以改进对WPAN区域中存在的所有装置进行地址分配的效率和稳定性。
此外，本发明的优点在于：因为当将最终的地址值的更新信息发送给上层装置时一同发送路由建立信息，所以当要求信息的改变时，可以立即并且稳定地发送数据，而无需在从上层装置到下层装置的方向上执行的独立的路由建立过程。
附图说明
图1是示出单个节点发送的信标的发送间隔的示图；
图2是示出两个节点之间的信标发送状态的示图；
图3是示出树结构的深度(Lm)的示图；
图4是用于获得地址块值的等式的示图；
图5是用于获得端装置的地址值的等式的示图；
图6是用于示出地址块值的实施例的等式的示图；
图7是示出使用常规地址分配方法实现的网络配置的实例的示图；
图8是示出根据本发明在WPAN中高效分配地址的方法的网络配置图；
图9是示出根据本发明在WPAN中的高效地址分配方法中，当两个节点的地址重复时执行的处理过程的实施例的示图；
图10是示出根据本发明在WPAN中的高效地址分配方法中，当两个节点的地址重复时执行的处理过程的另一实施例的示图；
图11是示出根据本发明在WPAN中的高效地址分配方法中，当三个节点的地址重复时执行的处理过程的实施例的示图；
图12是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当最上层节点向下层装置分配地址时执行的最上层节点的操作过程的流程图；
图13是示出根据本发明另一实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当下层装置分配地址时执行的最上层装置的操作过程的流程图；
图14是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当由于下层装置进行地址分配而造成地址重复时执行的最上层装置的操作过程的流程图；
图15是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，用于向上层装置发送更新信息的下层装置的操作过程的流程图；
图16是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当从上层装置接收到更新信息时执行的下层装置的操作过程的流程图；以及
图17是示出根据本发明实施例的WPAN装置的结构的示图。
具体实施方式
根据下面结合附图进行的详细描述，将更清晰地理解本发明的上述目标、技术架构、操作和优点。
图8是示出根据本发明在无线个域网(WPAN)中高效分配地址的方法的网络配置图。
执行根据本发明的地址分配方法来向装置分配顺序地址值，这些装置排列为从初始装置(即，最上层节点)到被连接到该初始装置的下层装置，以便在向网络中产生的装置分配地址时，在不浪费地址值的情况下分配地址值。
为此，根据本发明的WPAN装置将之前分配的最终地址值或下一要分配的地址值作为地址分配信息来进行管理。此外，为了允许每个装置管理地址分配信息，在上层装置和下层装置之间发送或接收更新信息和地址分配信息。
下面参照图8的网络环境来描述本发明的操作。
在本实施例中，为了便于描述，将在如下假设的基础上进行描述，即假设作为最上层节点(初始装置)的装置A具有地址值1，并且为随后连接到装置A的装置分配以1为增量进行增加的地址值。
首先，执行装置间的发现过程，以用于允许装置A搜索与其连接的下层装置，并且允许装置B、C和D通过搜索来发现装置A并向装置A请求连接。
因为首先产生装置A，所以其对该请求进行响应以将装置B、C和D作为下层装置来与其连接。装置A基于根据本发明的顺序地址分配方法，按照装置B、C和D的顺序亲自向装置B、C和D分配地址。当装置A的地址值为1并且地址值以1来顺序地增加时，装置B的地址值为2，装置C的地址值为3，并且装置D的地址值为4。
在这种情况中，当装置A向下层装置分配地址值时，装置A更新由其管理的最终地址值。利用在信标净荷中携带最终地址值的方式来发送该最终地址值，并且只要向装置分配了地址就将最终地址值增加1。
例如，当装置A初始向装置B发送信标时，与该地址分配相关的最终地址值为1，但是只要装置A通过到装置B、C或D的连接来向装置B、C或D分配地址，则该最终地址值就增加1。因此，首先产生的装置A亲自为向装置A请求连接的装置分配地址，只要分配每个地址就将信标净荷的最终地址值增加1，并且在完成到装置D的连接之后获得最终地址值4。在这种状态下，装置A、B、C和D在其信标净荷中设置相同的最终地址值4，然后发送这些信标。
此外，在本发明中，上层装置向下层装置分配地址值。此时，因为基于最终地址值来分配地址值，所以各个装置必须实时更新最终地址值。因此，当在本发明中更新装置A(即，初始装置)的最终地址值时，装置A将包括其经过更新的最终地址值的更新信息发送给其下层装置。这里，更新信息的发送意味着更新了信标净荷的最终地址值并且发送了信标。
同时，在完成到装置B、C和D的连接之后，当装置E通过搜索来发现装置B并向装置B请求连接时，装置B通过其信标净荷中存在的最终地址值检查到已经分配了达到4的地址值，向装置E分配地址值5，并将更新信息发送给装置A，其中该更新信息包含关于由装置B自己分配的地址值的信息，即最终地址值信息，该装置A是比装置B更高的装置。
由作为下层装置的装置B发送给作为最上层装置的装置A的更新信息是更新命令。最上层装置基于所接收的更新信息来改变由其管理的最终地址值，并将所改变的最终地址值发送给下层装置。
即，在从装置B接收到更新信息之后，装置A改变其信标净荷中存在的最终地址值信息，并发送该信标，从而能够将该更新信息发送到其它装置。因此，装置C和D通过由装置A发送的信标来检查更新信息，改变其信标净荷中存在的最终地址值，然后发送这些信标。
在这种情况中，当装置F上电时，装置F通过搜索来察觉装置B和E的信标。因为装置B位于比装置F更高的层，所以装置F向装置B请求连接。装置B还基于其信标净荷的最终地址值信息向装置F分配地址。因为最终地址值被更新为5，所以将地址值6分配给装置F。
此外，在向装置F分配地址之后，装置B将更新信息发送给装置A，在其信标净荷中设置新更新的最终地址值信息，并在装置B的信标发送时间段期间将信标发送给下层装置。装置A从装置B接收更新信息，并在其信息发送时间段(信标发送时间)期间发送新更新的最终地址值信息。因此，其它装置(例如，装置C和D)察觉到从装置A接收的信息(信标)，并更新其最终地址值。
到此为止，地址值被分配达到装置F，并且最终地址值为6。接下来，当装置H上电、搜索周围的装置、通过该搜索而发现装置D、并向装置D请求连接时，因为装置D的最终地址值此时为6，所以装置D将地址值7分配给装置H。
此外，装置D通过将更新信息发送给装置A来允许装置A更新最终地址值。已经从装置D接收到更新信息的装置A将其最终地址值更新为7，并在其发送时间段期间发送信标。
已经从装置A接收到信标的装置B和C更新其最终地址值并发送其信标。装置E和F也察觉到从装置B接收的信标，并更新其最终地址值。通过该过程，当前在网络中工作的所有装置的最终地址值都变为7。
使用相同的方法，装置D基于最终地址值向随后加入网络的装置I分配地址值8来作为装置I的地址值。通过更新信息的发送和接收将所有装置的最终地址值更新为8。
同时，当使用如上面参照图8所描述的地址分配方法时，可能发生如下情况，即当装置同时上电并同时请求连接时，由于网络特性而造成地址重复。下面将参照图9到11来描述该问题的解决方案。
图9和10是示出当两个节点的地址重复时执行的处理过程的实施例的示图，图11是示出当三个节点的地址重复时执行的处理过程的实施例的示图。
首先，发生重复的情况可以包括在装置A已经向装置B、C和D分配了地址值之后，装置E和I几乎同时向装置B和D请求连接的情况，如图9中所示。
在这种情况中，因为装置B和D的最终地址值为4，所以装置B和D分别向装置E和I分配地址5，并在此之后将更新信息发送给装置A。此时，装置E和I具有重复的地址。
因为作为初始装置的装置A具有与地址分配相关的地址表，所以装置A基于更新信息将整个信息中包含的新分配给装置的地址值与最终地址值进行比较。因此，在上面的情况中，在装置A从装置B和D接收到更新信息时，装置A知道装置B和D向装置E和I分配了相同的地址值。
此时，装置A选择装置B和D中的一个，并向所选择的装置发送地址重新分配命令，该命令指示所选装置重新分配地址。在装置A将地址重新分配命令发送给装置D的情况中，装置D通过分配地址值6来解决所述问题，其中地址值6是装置A分配给装置I的新地址。
在这种情况中，因为装置A知道最终地址值为5，所以其可以发送地址分配命令，从而指示将要分配地址值6。因为装置A基于从装置B和D接收到的更新信息将其信标净荷的最终地址值变为5，并发送该信标，所以装置D可以察觉到从装置A接收的信标，并确定将要新分配的地址值。
同时，当将更新信息从下层装置发送到上层装置时，优选地通过在地址更新信息中携带路由信息来配置数据，并发送经过配置的数据以便容易找到网络通信路由。因此，初始装置可以参照更新信息，以单播通信方式向需要重新分配地址的装置发送重新分配命令数据。当使用该重新分配命令数据时，对于网络通信可以忽略独立的路由建立过程等，由此保证通信速度和通信灵活性的增加。
图10示出了在如下情况中解决装置X和Y的地址重复的过程，所述情况即，装置X和Y几乎同时分别向装置E和I请求连接，并且在已经将地址分配到装置I之后，装置E和I参照其自己的信息中存在的最终地址值将相同的地址值7分配给装置X和Y。
装置E和I参照其自己的信息中存在的最终地址值将地址值7分配给装置X和Y。此后，装置E将包含地址值7的更新信息发送给装置B，并且接收到该更新信息的装置B将更新信息发送给装置A。
此外，装置I使用相同方法将更新信息发送给装置A，并且在单独从装置E和I接收到更新信息之后，装置A知道装置E和I已经分配了重复的地址。
此时，装置A选择装置E和I中的一个(在本情况中，假设选择装置I)，然后参照更新信息中包含的路由建立数据，将指示装置I分配地址值8的地址重新分配命令稳定地发送给装置I。由此，装置I接收到地址重新分配命令，并将装置Y的地址值变为8。
同时，装置A从装置E和I接收更新信息，并且知道到目前为止使用了总共8个地址值，因此将其自己的信标净荷的最终地址值变为8。
图11是示出在如下情况中解决地址重复的过程的示图，所述情况即，在已经将地址分配到装置D之后，装置E、G和I几乎同时分别向装置B、C和D请求连接。
装置B、C和D基于其自己的最终地址值信息将地址值5分配给装置E、G和I。之后，装置B、C和D将更新信息发送给装置A。装置A接收到该信息，然后知道装置E、G和I正在使用重复的地址值。
因此，装置A从装置B、C和D中任意选择两个，并向所选择的装置发送地址分配命令，该命令指示将要改变地址值(在本情况中，假设将地址分配命令发送给装置C和D)。各个地址重新分配命令包括关于地址值6和7的信息，并且装置A将最终地址值更新为7。
接收到地址重新分配命令的装置C和D将分配给装置G和I的地址改变为新的地址值6和7。从而，为各个装置给定唯一地址，同时避免了地址值的重复。
接下来，参照图12到16概括并描述了各个装置基于根据本发明的地址分配方法进行的操作过程。
图12是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当最上层装置向下层装置分配地址时执行的最上层节点的操作过程的流程图。
如在该图中所示，最上层装置，即初始产生的装置，在步骤S101处分配其地址值，并且必须将该地址值作为最终地址值来管理。
接下来，当下层装置在步骤S102处通过装置间的发现过程来请求连接时，最上层装置在步骤S103处基于最终地址值向对应的下层装置分配地址。在本发明中，按照树结构的连接顺序来顺序分配地址值，并且优选地按照通过将最上层装置的地址值依次加1所获得的值来分配地址值。
同时，在本发明中，分配了地址值的节点必须执行更新过程来更新最终地址值。因此，最上层装置在步骤S104处根据新分配的地址值来更新最终地址值。
此外，因为最上层装置可以连接到多个下层装置，所以在步骤S105处，当将最终地址值更新为分配给特定下层装置的地址时，本发明的最上层装置将包含当前更新的最终地址值信息的更新信息发送给该下层装置。
此时，当分配了该地址时，该地址所分配到的下层装置可以将其最终地址值作为其自己的地址值来管理。因此，最上层装置可以仅将更新信息发送到下层装置中除导致最上层装置执行更新的装置(即，当前将地址分配到的下层装置)之外的下层装置。当只有分配了地址值的装置被实现为能够管理最终地址值时，最上层装置需要将更新信息发送给所有下层装置。
接下来，图13是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当下层装置分配地址时执行的最上层装置的操作过程的流程图。
如在该图中所示，最上层装置，即初始产生的装置，在步骤S201处分配其地址值，并将该地址值作为最终地址值管理，并且在步骤S202处执行用于根据图2中示出的过程响应于从下层装置接收到连接请求来分配地址的过程。
同时，分配了地址值的装置必须执行本发明中的更新过程，并且地址值的分配不仅由最上层装置执行，还由下层装置所连接到的所有上层装置来执行。因此，可以通过从下层装置接收更新信息来执行对最上层装置的最终地址值的更新。
即，当连接到最上层装置的下层装置向比其更低的装置分配地址，并且在步骤S203处最上层装置从分配了地址的下层装置接收到更新信息时，最上层装置在步骤S204处更新其最终地址值，并在步骤S205处将包含经过更新的最终地址值的更新信息发送给下层装置。
将更新信息发送给最上层装置的下层装置可以在向比其更低的装置分配地址之后亲自更新其最终地址值。因此，最上层装置可以仅将更新信息发送给下层装置中除导致最上层装置执行更新的装置(即，当前将更新信息发送给最上层装置的下层装置)之外的下层装置。
然而，在这种情况中，导致执行更新的下层装置必须亲自将更新信息发送给比其更低的装置，并且当发生地址重复时可能执行错误的更新。因此，从效率角度来看，优选地将从下层装置发送的更新信息无条件地上传到最上层装置，之后，所有下层装置通过最上层装置发送的最终地址值来改变其最终地址值。
图14是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当由于下层装置进行地址分配而造成地址重复时执行的最上层装置的操作过程的流程图。
如在该图中所示，当最上层装置在步骤S301处从多个下层装置接收更新信息时，最上层装置可以确定这多个下层装置分配给比其更低的装置的地址值是否彼此相等。
即，当到目前为止分配了地址值的装置的数目为8，并且从下层装置接收的更新信息中包含的最终地址值为7时，最上层装置识别出将同一地址分配给了两个装置。
因此，当最上层装置在步骤S302处识别出存在重复地址时，最上层装置选择分配了相同地址值的两个下层装置中的任意一个，并在步骤S303处向所选择的下层装置发送地址重新分配命令，在该命令中包含有将要分配的地址值。
因此，接收到地址重新分配命令的下层装置使用该地址重新分配命令中包含的地址值来向比其更低的装置再次分配地址值，由此防止地址之间的冲突。
此外，最上层装置在步骤S304处根据在地址重新分配命令中包含并发送的地址值信息来更新最终地址值。当更新了最终地址值时，最上层装置在步骤S305处将包含经过更新的最终地址值的更新信息发送给比其更低的装置。
图15是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，用于将更新信息发送给上层装置的下层装置的操作过程的流程图。
如在该图中所示，当向WPAN区域中存在的装置分配了地址值时，由上层装置在步骤S401处分配了地址值的下层装置，在步骤S402处继续从该上层装置接收包含最终地址值的更新信息，并从而管理该最终地址值信息。
接下来，当如上所述来管理最终地址值信息的下层装置在步骤S403处从比其更低的装置接收到连接请求时，接收到该连接请求的下层装置在步骤S404处基于最终地址值向进行连接请求的下层装置分配地址值。即，当最终地址值为2时，下层装置分配地址值3。
此外，如上所述，分配了地址值的下层装置必须执行更新过程。为此，分配了地址值的下层装置在步骤S405处将更新信息发送给比其更高的装置。在这种情况中，更新信息包括关于当前分配的地址值的信息。
此外，当如在本情况中那样，将更新信息从下层装置发送到上层装置时，下层装置优选地发送如下更新信息，在该更新信息中包含有路由建立信息。
同时，在上层装置是最上层装置的情况中，当接收到更新信息时，该上层装置基于该更新信息来更新最终地址值，并将更新信息发送给下层装置。相反，当上层装置不是最上层装置时，该上层装置将更新信息向上发送直到最上层装置，从而使最上层装置能够更新最终地址值信息。
最后，图16是示出根据本发明实施例在WPAN中的高效地址分配方法中，当从上层装置接收到更新信息时执行的下层装置的操作过程的流程图。
如在该图中所示，当向WPAN区域中存在的装置分配了地址值时，由上层装置分配了地址值的下层装置，在步骤S501处继续从该上层装置接收包含最终地址值的更新信息，并从而管理该最终地址值信息。
之后，当在步骤S502处从上层装置接收到更新信息时，下层装置在步骤S503处将由其管理的最终地址值更新为该更新信息中包含的最终地址值，并存储经过更新的最终地址值。当存在附加的下层装置连接到该上层装置时，该上层装置还在步骤S504处将更新信息发送给这些下层装置，从而使所有装置能够实时更新并管理最终地址值。
同时，在上面的实施例中，已经描述了将最终分配的地址值(即，最终地址值)作为由每个装置管理的地址分配信息来进行管理的情况，但是本发明的地址分配信息可以是最终地址值或者是下一要分配的地址值。
即，为了将最终地址值的下一地址值分配给请求连接的新装置，每个装置可以管理先前分配的最终地址值或下一要分配的地址值。
本发明的地址分配方法适用于一种WPAN装置，所述WPAN装置用于在支持树结构的WPAN上执行信标和数据的发送或接收。
如在图17中所示，本发明的地址分配方法适用于的WPAN装置100可以包括：通信单元110，用于在支持树结构的WPAN上在装置之间执行信标和数据的发送或接收；和控制单元120，用于控制并处理与地址的分配相关的整个操作以便支持装置之间的连接。即，控制单元120用来执行本发明的上述地址分配方法，并将在下面进行概述。
首先，控制单元120对为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息进行管理。如上所述，地址分配信息可以是先前分配的最终地址值或者是下一要分配的地址值。
当WPAN装置是最上层装置时，控制单元120参照地址分配信息来通过通信单元110向进行请求连接的下层装置分配地址值，将地址分配信息更新为下一地址值，并将经过更新的地址分配信息发送给下层装置。
当WPAN装置不是最上层装置时，控制单元120将地址值分配给下层装置，并将地址分配信息(更新信息)发送给最上层装置，从而使得能够通过最上层装置将该地址分配信息发送给网络中存在的所有下层装置。
此外，当WPAN装置是最上层装置时，在分配了地址值的下层装置请求更新地址分配信息时，控制单元120将地址分配信息更新为下一地址值，并通过通信单元110将经过更新的地址分配信息发送给比其更低的装置。当WPAN装置不是最上层装置时，控制单元120可以将从下层装置接收到的地址分配信息更新请求发送给最上层装置，可以将其地址分配信息更新为从上层装置接收的地址分配信息，或者可以将其地址分配信息发送给下层装置。
同时，当多个装置将同一地址值分配给比其更低的装置时，控制单元120可以接收包含该同一地址值信息的地址分配信息更新请求。因此，当从分配了地址值的下层装置接收到地址分配信息更新请求时，控制单元120确定这多个下层装置是否分配了同一地址值。如果确定这多个下层装置分配了同一地址值，则控制单元120发送地址重新分配命令，以指示这些下层装置按顺序分配地址值，从而防止将同一地址值分配给多个装置。
在这种情况中，控制单元120使得将地址重新分配命令发送给除分配了同一地址值的任一装置之外的下层装置。此外，在接收到地址重新分配命令的每个下层装置中，控制单元120基于该地址重新分配命令中包含的地址值或经过更新的最终地址值，来执行重新分配地址值的操作。
同时，当从上层装置或下层装置接收到最终地址值时，控制单元120可以将由其管理的最终地址值更新为所接收的最终地址值。
因为本领域技术人员可以在不改变本发明的技术精神或基本特征的情况下，以其它优选实施例来实现本发明，所以应该理解，上述实施例并不旨在限制本发明，而是旨在在所有方案中示例本发明。本发明的范围由所附权利要求而非上面详述的说明书来定义，并且所附权利要求的意义和范围以及从其等同物导出的所有改变或修改应该被解释为包括在本发明的范围内。
行业应用性
如上所述，本发明可以应用于WPAN装置，该WPAN装置在支持树结构的WPAN中将地址值分配给请求连接的下层装置，在WPAN环境中高效地分发各个装置的逻辑地址值，并在不对服务模型施加限制的情况下基于最终地址值来分配地址值，由此本发明可以用来实现可扩展性和灵活性。

Claims (24)

1、一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配地址的方法，所述方法由最上层装置执行，所述方法包括：
第一步骤，管理为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息；
第二步骤，参照所述地址分配信息将地址值分配给向所述最上层装置请求连接的下层装置；
第三步骤，当在所述第二步骤处分配所述地址值时，将所述地址分配信息更新为下一地址值，并将所更新的地址分配信息发送给下层装置；以及
第四步骤，如果一个装置请求更新地址分配信息，其中所述装置向比其更低的装置分配了地址值，则将所述地址分配信息更新为下一地址值，并将所更新的地址分配信息发送给下层装置。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一步骤处管理的所述地址分配信息是先前分配的最终地址值。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一步骤处管理的所述地址分配信息是下一要分配的地址值。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述第四步骤包括以下步骤：如果确定多个下层装置分配了同一地址值，则将地址重新分配命令发送给所述下层装置，使得所述下层装置按顺序分配地址值。
5、一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配地址的方法，所述方法由最上层装置执行，所述方法包括：
第一步骤，将所述最上层装置的地址值作为最终地址值来管理；
第二步骤，参照所述最终地址值，根据向所述最上层装置请求连接的下层装置的连接顺序来按顺序分配下一地址值，将所述最终地址值更新为最终分配的地址值，并将所更新的最终地址值发送给所述下层装置；以及
第三步骤，如果具有从所述最上层装置接收的所述最终地址值的装置将下一地址值分配给比其更低的装置，并将包含所分配的地址值的更新信息发送给所述最上层装置，则基于所述更新信息来更新所述最终地址值，并将所更新的最终地址值发送给所述下层装置。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，在所述第三步骤处，所述最上层装置将所述最终地址值发送给所述下层装置中除发送了所述更新信息的装置之外的下层装置。
7、根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三步骤包括以下步骤：
(3-1)如果所述最上层装置从两个或更多下层装置接收到各段更新信息，则将各段更新信息中包含的地址值进行相互比较，并确定是否重复并分配了同一地址值；
(3-2)如果确定重复并分配了所述同一地址值，则将地址重新分配命令发送给除分配了所述同一地址值的任一装置之外的所述下层装置；以及
(3-3)更新所述最终地址值。
8、根据权利要求7所述的方法，其中：
在所述步骤(3-2)处，所述最上层装置参照所述更新信息中包含的所述地址值来确定下一地址值，并发送所述地址重新分配命令，在所述地址重新分配命令中包含有关于所确定的地址值的信息，并且
在所述步骤(3-3)处，所述最上层装置基于在所述地址重新分配命令中包含并发送的所述地址值信息来更新所述最终地址值。
9、根据权利要求7所述的方法，其中，在所述步骤(3-2)处，所述最上层装置使用所述更新信息中包含的路由信息以单播通信方式，将所述地址重新分配命令发送给需要重新分配地址值的装置。
10、一种在支持树结构的无线个域网(WPAN)中高效分配装置的地址的方法，包括：
第一步骤，每个参考装置由上层装置来分配地址值，并被连接到树结构中的所述上层装置，所述参考装置从所述上层装置接收最终地址值并管理所述最终地址值；
第二步骤，当下层装置请求连接时，每个参考装置参照所述最终地址值将下一地址值分配给请求所述连接的所述下层装置；以及
第三步骤，将包含在所述第二步骤处分配的所述地址值的更新信息发送给最上层装置，使得通信区域中存在的所有装置可以通过所述最上层装置来更新最终地址值。
11、根据权利要求10所述的方法，在所述第三步骤之后还包括第四步骤：当从所述最上层装置接收到所述最终地址值时，更新由所述参考装置管理的所述最终地址值。
12、根据权利要求11所述的方法，在所述第四步骤之后还包括第五步骤：将从所述最上层装置接收到的所述最终地址值发送给下层装置。
13、根据权利要求10所述的方法，在所述第三步骤之后还包括第四步骤：如果响应于两个或更多下层装置分配同一地址值，而从所述最上层装置接收到地址重新分配命令，则重新分配在所述第二步骤处分配给所述下层装置的所述地址值。
14、根据权利要求13所述的方法，其中，所述第四步骤包括以下步骤：
从所述最上层装置接收包含下一要分配的地址值的地址重新分配命令；以及
将在所述第二步骤处分配给所述下层装置的地址值重新分配为所述地址重新分配命令中包含的地址值。
15、根据权利要求10所述的方法，其中，在所述第三步骤处，发送所述更新信息的所述装置发送如下更新信息，在该更新信息中包含有路由信息。
16、一种无线个域网(WPAN)装置，包括：
通信单元，用于在支持树结构的WPAN上执行装置之间的信标和数据的发送或接收；以及
控制单元，用于管理为确定将要分配给下层装置的地址值所需要的地址分配信息，参照所述地址分配信息来通过所述通信单元将地址值分配给请求连接的下层装置，将所述地址分配信息更新为下一地址值，将所更新的地址分配信息发送给下层装置，并且当分配了地址值的下层装置请求更新地址分配信息时，将所述地址分配信息更新为下一地址值并通过所述通信单元将所更新的地址分配信息发送给所述下层装置。
17、根据权利要求16所述的WPAN装置，其中，所述控制单元将先前已经分配的最终地址值作为所述地址分配信息来管理。
18、根据权利要求16所述的WPAN装置，其中，所述控制单元将下一要分配的地址作为所述地址分配信息来管理。
19、根据权利要求16所述的WPAN装置，其中，当分配了所述地址值的所述下层装置请求更新地址分配信息时，所述控制单元确定多个下层装置是否分配了同一地址值，并且如果确定所述多个下层装置分配了同一地址值，则将地址重新分配命令发送给所述下层装置，使得所述下层装置按顺序分配地址值。
20、一种无线个域网(WPAN)装置，包括：
通信单元，用于在支持树结构的WPAN上在装置之间执行信标和数据的发送或接收；以及
控制单元，用于将最终分配给网络中产生的装置的地址值作为最终地址值来管理，并且当所述网络中新产生的装置通过所述通信单元请求连接时，参照所述最终地址值将下一地址值分配给请求连接的所述新产生的装置。
21、根据权利要求20所述的WPAN装置，其中，当将所述地址值分配给请求连接的所述装置时，所述控制单元更新所述最终地址值，并通过所述通信单元将当前更新的最终地址值发送给比包含所述控制单元的所述装置更高或更低的装置。
22、根据权利要求20所述的WPAN装置，其中，当通过所述通信单元从比包含所述控制单元的所述装置更高或更低的装置接收到所述最终地址值时，所述控制单元将由其管理的最终地址值更新为所接收的最终地址值。
23、根据权利要求20所述的WPAN装置，其中，所述控制单元被配置为使得：如果响应于两个或更多下层装置将同一地址值分配给比其更低的装置，而从所述两个或更多下层装置接收到包含所述同一地址值的更新信息，则所述控制单元更新最终地址值信息，并将地址重新分配命令发送给除分配了所述同一地址值的任一装置之外的所述下层装置。
24、根据权利要求23所述的WPAN装置，其中，当接收到所述地址重新分配命令时，所述控制单元向下层装置重新分配地址值。
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