CN101707763B - 一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，本发明中的无线传感器网络设置了四类节点：孤立传感器节点、IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点，其中，一个IPv6接入节点与多个簇首节点构成为树状结构。无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点和多个簇内节点。IPv6接入节点/簇首节点采用记录地址分配的有状态地址配置方案为其他簇首节点分配IPv6地址，簇首节点采用记录地址分配的有状态地址配置方案及随机分配的无状态地址配置方案为所在簇簇内节点分配IPv6地址，簇首节点采用随机分配的地址配置方案为所在簇簇内节点分配IPv6地址时，对于所分配的IPv6地址的重复地址检测只在本簇内进行。

Description

一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法

技术领域

本发明涉及一种地址自动配置的实现方法，尤其涉及的是一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法。

背景技术

随着下一代网络(IPv6网络)的不断成熟和发展，无线传感器网络与下一代网络实现全IP通信互联已成为未来发展的必然趋势，实现WSN与下一代互联网全IP通信需要解决的关键技术之一就是传感器网络的IPv6地址自动配置问题。

IPv6地址自动配置是IPv6的一个重要技术特色，它可以在无人干预的情况下为每个接口配置具有唯一性的IPv6地址，这一特性与WSN自组织、自配置的设计目标十分一致。但与此同时，在资源有限的WSN中实施现有的IPv6地址自动配置方式还存在一些问题，例如现有的有状态地址配置方案采用服务器/客户端的通信方式分配IPv6地址，即节点向DHCP服务器提出申请地址的请求，然后由DHCP服务器统一为网络内的节点分配IPv6地址，显而易见，这种地址配置方案带来大量的控制包开销，同时也消耗了大量的存储资源；在现有的基于邻居发现协议的无状态地址配置方案中，每个被分配的IPv6地址都需要在整个WSN中进行重复地址检测以确保它的唯一性，同样导致了大量的控制包开销，消耗了大量的网络资源。

因此针对资源有限的WSN需要建立一种低开销的IPv6地址自动配置方案。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法。

技术方案：本发明公开了一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，所述无线传感器网络设置四类节点：孤立传感器节点、IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点；孤立传感器节点、簇首节点及簇内节点的状态可以互相转换；所述簇首节点与簇内节点根据最大连通度算法生成；所述孤立传感器节点为没有被标记为IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的传感器节点；所述IPv6接入节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，IPv6接入节点为树状结构的根节点，簇首节点为树状结构的中间节点及叶子节点，IPv6接入节点与簇首节点为固定节点，且能够为其他节点分配IPv6地址；所述簇内节点用于无线传感器网络中的数据采集与数据处理，为固定节点，不能为其他节点分配IPv6地址；IPv6接入节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络；所述无线传感器网络被n个IPv6接入节点划分为n个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入节点，且所述IPv6接入节点为树状结构的根节点，每个IPv6接入节点具有一个ID，该ID唯一地标识IPv6接入节点以及以此IPv6接入节点为根节点的树状结构；所述无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点和多个簇内节点，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形；

所述IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由四个部分组成，第一部分是全局路由前缀，一个传感器网络中所有传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为树ID，树ID唯一地标识一个以IPv6接入节点为根节点的树状结构，一个树状结构中所有簇首节点和簇内节点IPv6地址的树ID都相同；第三部分为簇ID，簇ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇ID都相同；第四部分为簇内ID，簇内ID唯一地标识一个簇内节点；所述IPv6接入节点IPv6地址的簇ID及簇内ID为0，所述簇首节点IPv6地址的簇内ID为0；

所述IPv6接入节点/簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案为其他簇首节点分配IPv6地址，所述簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案及随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址；

所述簇首节点采用随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址时，对于所分配的IPv6地址的重复地址检测只在本簇内进行。

本发明所述方法中，所述簇首节点通过加入距离本簇首节点最近的IPv6接入节点所在的树状结构实现IPv6地址的自动配置，距离的度量单位为跳数；在获取IPv6地址之后，簇首节点为所在簇的簇内节点分配IPv6地址，所述IPv6接入节点的IPv6地址的树ID的有效比特长度为i，且64≥i≥1；所述簇首节点所在树状结构的层次与其IPv6地址的簇ID的有效比特长度成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇ID的有效比特长度等于它所在树状结构的层次数乘以i，其中树状结构的根节点的子节点所在的层次为0。

本发明所述方法中，所述簇首节点即将失效时，从本簇内选择性能参数最好的簇内节点成为新的簇首节点，新的簇首节点使用该簇首节点的IPv6地址；所述簇内节点即将失效时，如果其IPv6地址是簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案分配的，那么簇内节点需要释放其IPv6地址所占用的地址空间。

本发明所述方法中，所述簇内节点的IPv6地址的簇内ID包括两个部分：簇内前缀及内部ID，其中簇内前缀的长度为i比特，其值为0，内部ID的值为非0。

本发明所述方法中，所述簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的比特长度很大，大于预设值时，所述簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址，所述预设值可以设定为48或者52，或者56，根据节点的密度以及网络规模，还有节点硬件资源来设定；所述簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的比特长度很小时小于所述预设值时，所述簇首节点采用随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址。

本发明所述方法中，所述簇首节点采用随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址时，所分配的IPv6地址的重复地址检测只在本簇内进行，具体包括以下步骤：

步骤601：簇内节点向所在簇的簇首节点发送请求IPv6地址的数据包；

步骤602：所述簇首节点收到数据包后，判断自己是否还有剩余地址资源可供分配，如果有进行步骤603，否则进行步骤605；

步骤603：所述簇首节点采用随机数函数产生一个内部ID，并在簇内广播此内部ID；

步骤604：在预定时间内簇首节点判断自己是否接收到本簇内具有相同内部ID返回的响应数据包，如果收到，转到步骤603，否则进行步骤606；所述预定时间一般设置为1～3秒钟，此值为预先设定值，根据具体应用中的传感器网络规模和传感器节点的硬件条件来设定。

步骤605：所述簇首节点向所述簇内节点返回一个响应帧，此帧返回的簇内节点ID为0，进行步骤607；

步骤606：所述簇首节点将内部ID与自己的全局路由前缀、树ID及簇ID形成IPv6地址，并将其封装到响应数据包中返回给簇内节点；

步骤607：所述簇内节点收到响应数据包后，判断返回的IPv6地址是否为0，如果是，进行步骤608，否则进行步骤610；

步骤608：所述簇内节点向所述簇首节点发送一个离开簇的数据包，并将自己标记为孤立节点；

步骤609：所述簇首节点收到数据包后，将所述簇内节点从邻居节点列表以及簇内节点列表中删除，进行步骤613；

步骤610：所述簇内节点将响应数据包中的IPv6地址作为自己的IPv6地址，同时向所述簇首节点返回一个确认数据包；

步骤611：所述簇首节点收到确认数据包分配IPv6地址的总数递增1；

步骤612：所述簇内节点成功获取自己的IPv6地址；

步骤613：过程结束。

本发明所述方法中，所述簇首节点所在簇的簇内节点N_j的性能参数P(N_j)计算算式为：

$P\left(N_j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)}=0\\ \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)},& \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)}\≠0\end{array}\right.$

X为簇首节点标记，M为簇首节点所在簇的簇内节点个数，记做N_j(j＝1…M)，K为簇首节点所在簇的子节点个数，记做H_k(k＝-1…K)；F为父节点标记；节点H_k经过N_j到达父节点F的路径记做R_jk，R_jk的性能参数包括：

b_jk为R_jk的可用带宽；

d_jk为R_jk传输单位数据所消耗的能量；

s_jk为R_jk的数据传输成功率；

t_jk为R_jk的数据传输时延；

B(R_j)为R_j的平均可用带宽：

D(R_j)为R_j传输单位数据所消耗的平均能量：

S(R_j)为R_j的数据传输成功率：

T(R_j)为R_j的平均数据传输时延：

有益效果：本发明提供了一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，所述无线传感器网络中的每个传感器节点通过本发明所提供的IPv6地址自动配置的实现方法，可拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的通信，获取传感器节点采集的数据信息。本发明可应用于农业设施现代化及家电智能化等诸多领域，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述的IPv6接入节点与簇首节点的树状拓扑结构示意图。

图2为本发明所述的IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的IPv6地址结构示意图。

图3为本发明所述的簇首节点及簇内节点的产生流程示意图。

图4为本发明所述的簇首节点获取IPv6地址的流程示意图。

图5为本发明所述的簇内节点IPv6地址的簇内ID结构示意图。

图6为本发明所述的簇内节点采用随机分配方式获取IPv6地址的流程示意图。

图7为本发明所述的簇首节点/簇内节点失效处理流程示意图。

图8为本发明所述的簇内节点性能参数计算算法。

具体实施方式：

本发明提供了一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，在所述方法中，无线传感器网络中的每个传感器节点可获取全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的通信，获取传感器节点采集的数据信息。

图1所示的是本发明所述的IPv6接入节点与簇首节点的树状拓扑结构示意图，本发明中的无线传感器网络设置了四类节点：孤立传感器节点2、IPv6接入节点1、簇首节点3及簇内节点4，其中，一个IPv6接入节点1与多个簇首节点3构成为树状结构5，IPv6接入节点1为此树状结构的根节点，簇首节点3为此树状结构的中间及叶子节点，簇内节点4用于数据采集与数据处理，IPv6接入节点1、簇首节点3与簇内节点4均为固定节点，IPv6接入节点1连接无线传感器网络与IPv6网络。无线传感器网络由多个簇6组成，每个簇包括一个簇首节点3和多个簇内节点4，簇内节点4在簇首节点3的一跳范围内，拓扑结构为星形。所述孤立传感器节点2为没有被标记为IPv6接入节点1/簇首节点3/簇内节点4的传感器节点，孤立传感器节点2、簇首节点3及簇内节点4的状态可以互相转换，孤立传感器节点2通过最大连通度算法转换为簇首节点3或簇内节点4，IPv6接入节点1/簇首节点3采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案为其他簇首节点3分配IPv6地址，簇首节点3采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案及随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点4分配IPv6地址，簇首节点3采用随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点4分配IPv6地址时，对于所分配的IPv6地址的重复地址检测只在本簇内进行。

图2所示的是本发明所述的IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的IPv6地址结构示意图，IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由四个部分组成，第一部分是64比特的全局路由前缀，一个无线传感器网络中所有IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为i比特的树ID，树ID唯一地标识一个由IPv6接入节点与多个簇首节点构成的树状结构，一个树状结构中的IPv6接入节点及所有簇首节点(包括簇内节点)的树ID都相同；第三部分为n比特的簇ID，簇ID唯一地标识一个簇，一个簇的簇首节点及所有簇内节点的簇ID都相同；第四部分为(64-i-n)比特的簇内ID，簇内ID唯一地标识一个簇内节点。IPv6接入节点的IPv6地址的簇ID与簇内ID为0；簇首节点IPv6地址的簇内ID为0。簇首节点所在树状结构的层次与它IPv6地址的簇ID的有效比特位长度n成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇ID的有效比特位长度n等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)，其中，i值可根据传感器节点分布密度与传感器网络规模进行调整，树状结构根节点的子节点所在的层次为1。例如，当i值取4时，一个无线传感器网络最多可包含15(0000不分配)棵以IPv6接入节点为根结点的树状结构，此树状结构的层次最多可达15，树状结构中的簇首节点最多可拥有15个子节点(0000不分配)，假设IPv6接入节点的IPv6地址为：全局路由前缀：1000::0，那么它的子节点的IPv6地址为：全局路由前缀：1x00::0，其中x＝1，2......F，以此类推。

图3所示的是本发明所述的簇首节点及簇内节点的产生流程示意图，初始状态下，处于孤立状态的传感器节点设有一个具有相同值的初始衰减时间，初始值一般可设置为1s以上根据传感器网络规模和传感器节点密度来设置，例如，本实施例中将此值设置为10s。簇首节点及簇内节点的产生流程描述如下：

步骤301，处于孤立状态的所有传感器节点都设有一个具有相同值的初始衰减时间；

步骤302，处于孤立状态的一个传感器节点X定期广播一个包含自己信息的数据包；

步骤303，数据包覆盖范围内的传感器节点Y收到数据包后，判断自己是否被标记为簇内节点，如果是，进行步骤311，如果不是，进行步骤304；

步骤304，传感器节点Y将上述传感器节点X加入到自己的邻居列表中；

步骤305，上述传感器节点Y判断自己是否已经标记为簇首节点，如果是，进行步骤309，否则进行步骤306；

步骤306，上述传感器节点Y将自身的衰减时间衰减一个预定值T，该预设值一般根据传感器网络规模和传感器节点密度来设置，初始衰减时间一般为预定值T的整数倍，这里可设置T＝初始衰减时间/10；

步骤307，上述传感器节点Y判断衰减时间是否到期，即衰减为0，如果是，进行步骤308，否则进行步骤311；

步骤308，上述传感器节点Y将自己标识为簇首节点，同时向邻居列表中的传感器节点发送请求加入簇的数据包，进行步骤310；

步骤309，上述传感器节点Y向上述传感器节点X发送请求加入簇的数据包；

步骤310，上述传感器节点X收到数据包后，判断自己是否处于孤立状态且衰减时间没有到期，如果是，进行步骤312，否则进行步骤311；

步骤311，放弃处理此数据包，进行步骤316；

步骤312，上述传感器节点X将自己标识为簇内节点，并返回一个包含所加入簇簇首节点Y信息的确认数据包；

步骤313，上述传感器节点Y判断收到的确认数据包中簇首节点信息是否为自己的信息，如果是，进行步骤314，否则进行步骤315；

步骤314，上述传感器节点Y将上述传感器节点X加入到簇内节点列表中；

步骤315，上述传感器节点Y将上述传感器节点X从邻居列表中删除；

步骤316，过程结束。

图4所示的是本发明所述的簇首节点获取IPv6地址的流程示意图，簇首节点获取IPv6地址的流程描述如下：

步骤401，簇首节点H广播加入簇树的数据包；

步骤402，数据包覆盖范围内的其他的簇首节点收到数据包后，判断自己是否还有剩余地址资源可供分配，如果有，进行步骤404，否则进行步骤403；

步骤403，放弃处理此数据包，转到步骤408；

步骤404，所述其他的簇首节点向簇首节点H返回一个响应数据包，此数据包包括将要分配的IPv6地址；

步骤405，若所述簇首节点H在规定时间内收到其他多个簇首节点返回的响应数据包，则簇首节点H根据响应数据包返回的IPv6地址的簇ID计算出返回响应数据包的簇首节点所在树状结构的层数，选择层数值最小的簇首节点做为父节点并向父节点返回一个确认数据包，同时将父节点分配的IPv6地址作为自己的IPv6地址同时也记录下父节点的IPv6地址；

步骤406，父节点收到确认数据包后，将分配给簇首节点H的IPv6地址标记为已分配，以免重复分配；

步骤407，簇首节点H成功加入树状结构并获取自己的IPv6地址；

步骤408，过程结束。

图5所示的是所述的簇内节点IPv6地址的簇内ID结构示意图，簇内节点的IPv6地址的簇内ID包括两个部分，第一部分是i比特的簇内前缀，其值为0；第二部分为(64-i-n-i)比特的内部ID，其值为非0。其中，i与n的含义与图2所示相同。

图6所示的是本发明所述的簇内节点采用随机分配方式获取IPv6地址的流程示意图，簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的比特长度很大时，例如当比特长度大于等于预设值52时，所述簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址，参见图4所示的流程；簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的比特长度很小时，例如当比特长度小于预设值52时，所述簇首节点采用随机分配的无状态地址配置方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址。簇内节点通过随机分配的无状态地址配置方案获取传IPv6地址的流程描述如下：

步骤601，簇内节点向所在簇的簇首节点发送请求IPv6地址的数据包；

步骤602，所述簇首节点收到数据包后，判断自己是否还有剩余地址资源可供分配，如果有进行步骤603，否则进行步骤605；

步骤603，所述簇首节点采用随机数函数产生一个内部ID，并在簇内广播此内部ID；

步骤604，在预定时间内簇首节点判断自己是否接收到本簇内具有相同内部ID返回的响应数据包，如果收到，转到步骤603，否则进行步骤606；所述预定时间一般设置为1～3秒钟，此值为预先设定值，根据具体应用中的传感器网络规模和传感器节点的硬件条件来设定。

步骤605，所述簇首节点向所述簇内节点返回一个响应帧，此帧返回的簇内节点ID为0，进行步骤607；

步骤606，所述簇首节点将内部ID与自己的全局路由前缀、树ID及簇ID形成IPv6地址，并将其封装到响应数据包中返回给簇内节点；

步骤607，所述簇内节点收到响应数据包后，判断返回的IPv6地址是否为0，如果是，进行步骤608，否则进行步骤610；

步骤608，所述簇内节点向所述簇首节点发送一个离开簇的数据包，并将自己标记为孤立传感器节点；

步骤609，所述簇首节点收到数据包后，将所述簇内节点从邻居节点列表以及簇内节点列表中删除，进行步骤613；

步骤610，所述簇内节点将响应数据包中的IPv6地址作为自己的IPv6地址，同时向所述簇首节点返回一个确认数据包；

步骤611，所述簇首节点收到确认数据包分配IPv6地址的总数递增1；

步骤612，所述簇内节点成功获取自己的IPv6地址；

步骤613，过程结束。

图7所示的是本发明所述的簇首节点、簇内节点失效处理流程示意图，簇首节点、簇内节点电量小于预定值时，本发明就认为此节点为无效节点。传感器节点是靠电池

驱动的，而且电池一般是不可更换的，如果电池耗尽了，传感器节点也就不能工作了。本实施例中预设值一般设置范围为50～200μJ。当簇首节点、簇内节点X检测到自己即将失效时，它的处理流程为：

步骤701，传感器节点X检测到自己即将失效；

步骤702，传感器节点X判断自己是否为簇首节点，如果是，进行步骤703，否则进行步骤707；

步骤703，簇首节点X向簇内广播一个离开簇的数据包；

步骤704，簇内节点收到数据包后，向簇首节点X返回一个包含自己当前性能参数的响应数据包；

步骤705，簇首节点X利用返回响应数据包中的性能参数计算簇内节点的性能参数，选择性能参数最好的簇内节点M成为新的簇首节点，同时将簇内节点M从邻居节点列表及簇内节点列表中删除，并释放簇内节点M所占用的IPv6地址资源(或将分配IPv6地址总数递减1)，最后将自己所有参数发送给簇内节点M；

步骤706，簇内节点M收到这些参数后，保存这些参数，采用簇首节点X的IPv6地址，替代簇首节点X成为新的簇首节点，进行步骤713；

步骤707，传感器节点X判断自己是否为簇内节点，如果是，进行步骤708，否则进行步骤713；

步骤708，簇内节点X向所在簇的簇首节点H发送一个离开簇的数据包，并将自己标记为孤立状态；

步骤709，簇首节点H收到数据包后，将簇内节点X从邻居节点列表以及簇内节点列表中删除；

步骤710，簇首节点H判断自己是否通过随机分配方式为簇内节点分配IPv6地址，如果是，进行步骤711，否则进行步骤712；

步骤711，簇首节点H将分配的IPv6地址总数递减1，进行步骤713；

步骤712，簇首节点H释放簇内节点X所占用的IPv6地址资源；

步骤713，处理过程结束。

图8所示的是本发明所述的簇内节点性能参数计算算法，假设簇首节点X所在簇有M个簇内节点，记做N_j(j＝1…M)，K个子节点，记做H_k(k＝1…K)，一个父节点F。节点H_k经过N_j到达F的路径记做R_jk，R_jk的性能参数包括：

b_jk：R_jk的可用带宽；

d_jk：R_jk传输单位数据所消耗的能量；

s_jk：R_jk的数据传输成功率；

t_jk：R_jk的数据传输时延。

这样，R_j的平均可用带宽B(R_j)为：

R_j传输单位数据所消耗的平均能量D(R_j)为：

R_j的数据传输成功率S(R_j)为：

R_j的平均数据传输时延T(R_j)为：

综合上述参数，簇内节点N_j的性能参数P(N_j)为：

$P\left(N_j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)}=0\\ \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)},& \frac{B\left(R_j\right)\×S\left(R_j\right)}{D\left(R_j\right)\×T\left(R_j\right)}\≠0\end{array}\right.---\left(5\right)$

这样，簇首节点H获取簇内节点X的性能参数的流程为：

步骤801，簇内节点X向簇首节点H返回如下参数，平均可用带宽(公式(1))、单位数据所消耗的平均能量(公式(2))、数据传输成功率(公式(3))及平均数据传输时延(公式(4))；

步骤802，簇首节点H根据公式(5)计算出簇内节点X的性能参数；

步骤803，计算过程结束。

综上所述，本发明提供了无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，此项技术可以应用于农业现代化、医疗健康、军事国防等诸多领域，例如，在农业现代化领域，可将无线传感器网络IPv6地址自动配置技术应用于现代设施农业环境监测控制，传感器节点随机散布在农田中并自动实现IPv6地址配置，这样农业劳动者不受地理位置限制，通过互联网可随时访问农田中的传感器节点，获取农田温度、湿度、光强度等环境参数，及时掌握农作物的生长环境，确保农作物健康成长。由于传感器节点具有体积小、价格低廉、易于布置、易于维护等特点，而互联网具有地理位置覆盖广泛，使用方便，界面友好、费用低廉等特点，因此，本技术具有很高的推广价值。

本发明提供了一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括四类节点：孤立传感器节点、IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点，其中，孤立传感器节点、簇首节点及簇内节点的状态可以互相转换；所述IPv6接入节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，簇首节点为树状结构的中间节点或叶子节点；所述无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个所述簇首节点和一个以上所述簇内节点，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形；所述簇首节点与簇内节点根据最大连通度算法生成；所述孤立传感器节点为没有被标记为IPv6接入节点或者簇首节点或者簇内节点的传感器节点；所述IPv6接入节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络，所述无线传感器网络被n个IPv6接入节点划分为n个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入节点，且所述IPv6接入节点为树状结构的根节点，每个IPv6接入节点具有一个ID，该ID唯一地标识IPv6接入节点以及以此IPv6接入节点为根节点的树状结构；IPv6接入节点与簇首节点为固定节点，且能够为其他簇首节点或者簇内节点分配IPv6地址；所述簇内节点为固定节点，用于无线传感器网络中的数据采集与数据处理；

所述IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由四个部分组成，第一部分是全局路由前缀，一个传感器网络中所有节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为树ID，树ID唯一地标识一个以IPv6接入节点为根节点的树状结构，一个树状结构中所有簇首节点和簇内节点IPv6地址的树ID都相同；第三部分为簇ID，簇ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇ID都相同；第四部分为簇内ID，簇内ID唯一地标识一个簇内节点；所述IPv6接入节点IPv6地址的簇ID及簇内ID为0，所述簇首节点IPv6地址的簇内ID为0；

所述IPv6接入节点或者簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置为其他簇首节点分配IPv6地址，所述簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址配置或者随机分配的无状态地址配置为所在簇的簇内节点分配IPv6地址；

所述簇首节点采用随机分配的无状态地址配置为所在簇的簇内节点分配IPv6地址时，对于所分配的IPv6地址的重复地址检测只在本簇内进行。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，其特征在于，所述簇首节点通过加入距离本簇首节点最近的IPv6接入节点所在的树状结构实现IPv6地址的自动配置，距离的度量单位为跳数；在获取IPv6地址之后，簇首节点为所在簇的簇内节点分配IPv6地址，所述IPv6接入节点的IPv6地址的树ID的有效比特长度为i，且64≥i≥1；所述簇首节点所在树状结构的层次与其IPv6地址的簇首ID的有效比特长度成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇首ID的有效比特长度等于它所在树状结构的层次数乘以i，其中树状结构的根节点的子节点所在的层次为0。

3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，其特征在于，所述簇首节点即将失效时，从本簇内选择性能参数最好的簇内节点成为新的簇首节点，新的簇首节点使用该簇首节点的IPv6地址；所述簇内节点即将失效时，如果其IPv6地址是簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址分配方案分配的，那么簇内节点释放其IPv6地址所占用的地址空间。

4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，其特征在于，所述簇内节点的IPv6地址的簇内ID包括两个部分：簇内前缀及内部ID，其中簇内前缀的长度为i比特，其值为0，内部ID的值为非0。

5.根据权利要求4所述的一种无线传感器网络IPv6地址自动配置的实现方法，其特征在于，所述簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的长度大于等于预设值，所述簇首节点采用记录地址分配状态的有状态地址分配方案为所在簇的簇内节点分配IPv6地址；所述簇首节点的IPv6地址的树ID与簇ID的长度小于所述预设值时，所述簇首节点采用随机分配的无状态地址分配为所在簇的簇内节点分配IPv6地址。

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