CN102325302A - 一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线移动Ad hoc网络的地址分配方法，尤其是一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，属通信技术领域。本发明的目的是提出一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，通过定位信息实时了解和预测网络的拓扑变化，在较大程度上消除了移动自组网拓扑变化的不确定性，从而提高了地址动态分配的性能。本发明的有益效果是：1.该方法通过引入位置信息，感知和预测拓扑的变化，在同类方法中具有较小的协议开销和配置延时、较好的可扩展性。2.该方法较好的解决了网络的分裂与合并问题，并且支持多用户群。

Description

一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法

技术领域

本发明涉及一种无线移动Ad hoc网络的地址分配方法，尤其是一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，属通信技术领域。

背景技术

移动自组网的移动、多跳、自组织等特性与传统网络有很大的不同，目前关于它的研究很热，其中路由、安全、地址自动配置等，都是其实用化的关键技术，特别是地址自动配置技术，近来越来越受到重视。

在通信网络里，节点必须拥有自己的网络地址才能进行通信。这也是移动自组网的路由协议研究中的一个基本前提条件，即网络中所有节点都必须具有一个全网唯一的网络地址。当前，几乎所有的Ad Hoc路由协议都假设节点在加入网络之前，已经预先配置了全网唯一的永久性网络地址。而事实上这一前提是不具备的。

除了一些小规模的移动自组网，可以进行手工分配地址外，对于开放的、大型的移动自组网，再进行手工分配地址已经显得无能为力了，节点需要能够自动的完成地址配置。

移动自组网地址自动配置方法，需要能够适应移动自组网网络环境，并且能够满足网络通信的需要，具体说来应该满足以下基本条件：

(1)唯一性。(2)代价小。(3)分布执行。(4)能够适应拓扑变化。(5)稳定性。(6)鲁棒性。

满足以上条件是对自动配置机制的要求，但在移动自组网网络环境下满足上述条件是很困难的，它毕竟不同于以往任何一种传统网络，它的很多特性给地址自动配置带来了很大的困难，具体说来以下几点带来了较大的困难：

(1)无中心、无基础设施。

(2)拓扑变化。

(3)网络带宽有限。

到目前为止，已提出多种适于移动自组网的自动配置方法，它们对网络有不同的适应能力，各有优缺点。这就给我们提出了一个非常现实的问题：面对这么多配置机制，我们究竟应如何选择呢？有没有一个合适的度量标准？一般来说，算法优越性的度量标准是一个复合的概念，用评价指标进行描述。常用的指标如下：

(1)配置开销。

(2)可靠性。

(3)时延。

(4)稳定性。

(5)平坦性。

(6)地址回收。

以上是衡量一种地址配置方法的常用标准，这些指标有些也不是必须的。各种配置方法都有各自的优缺点和适用场合，在具体应用实例中，应根据具体需求来选用评判标准。

现有移动自组织网络地址分配算法的局限性主要体现在以下几个方面：

(1)协议开销大。

(2)配置延时大。

(3)可扩展性差，只适用于小规模(网络节点数少)网络。

(4)不能有效处理网络的分裂和合并问题。

(5)只支持单一用户群，不能在不同用户群之间切换。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，通过定位信息实时了解和预测网络的拓扑变化，在较大程度上消除了移动自组网拓扑变化的不确定性，从而提高了地址动态分配的性能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于包括地址代理的产生过程、节点在网络中获得地址的初始化过程、节点的越区切换过程和节点的离开过程。

所述地址代理的产生过程的步骤如下：

(1)节点计算与当前小区中心点的直线距离；

(2)节点向它的所有邻居节点发送选择地址代理的信息；

(3)所有收到选择地址代理消息的节点，根据小区号，如果不是同一小区，则回复消息，表示不在同一小区内；收到该消息的节点将标记发送节点为非当前小区邻居节点；如果是当前小区标记，则读取节点的MAC地址，并将其存入候选地址代理表，并将发送节点标记为当前小区邻居节点；

(4)节点收到所有邻居节点的回复后，从候选地址代理表中将当前小区邻居节点中离小区中心最近的节点挑出，并与自己离小区中心的距离比较；如果自己离小区中心的距离更近，则立即向同小区邻居节点广播地址代理消息，表明自己是当选地址代理；否则，向距离更近的节点发送地址代理任命消息，收到该消息后，该节点立即广播地址代理消息；所有收到地址代理消息的节点，立即停止簇头的选举；如果出现两个节点离小区中心距离一致的情况，则选择MAC地址小者为地址代理。

所述节点在网络中获得地址的初始化过程步骤如下：

(1)节点A通过定位设备获取位置坐标，并对照电子地图获取位置信息，包括当前小区、小区中心点和小区对应的地址段等；

(2)节点A侦听当前小区地址代理的地址代理广播，同时启动等待广播计时器；如果当前小区已存在地址代理，节点A会在计时器超时前收到地址代理广播，并向地址代理发送地址请求消息申请一个地址；地址代理收到消息后，从地址段中取一个空闲地址发送给A；否则，在计时器超时后，A认为当前小区不存在地址代理，并自立为地址代理，管理本小区的地址分配；A拥有整个地址段的分配权，并取第一个地址作为自己的地址。

所述节点的越区切换过程分为普通节点的越区切换过程和地址代理节点的越区切换过程；其中所述的普通节点的越区切换过程的步骤如下：

(1)首先侦听新进入小区的地址代理广播，同时启动等待广播计时器；

(2)如果它收到广播，则向新小区地址代理申请一个地址；否则，在计时器超时后，它自立为新小区的地址代理，拥有新小区整个地址段的分配权，并取地址段的第一个地址作为自己的地址；

(3)节点向原小区地址代理发送越区切换消息，新地址包含在消息中；原小区地址代理收到消息后，将节点的原地址和新地址存入越区切换地址对应表；该表的每一项表示某个节点切换前和切换后地址的对应关系；然后，节点向与自己正在通信的所有节点发送地址更新消息，将新地址通知它们；此后，放弃原地址，使用新地址，越区切换完成；

所述的地址代理节点的越区切换过程步骤如下：

(1)当地址代理检测到自己正要离开当前小区而进入一个新的小区时，地址代理向小区内的节点广播选举新地址代理消息；小区内的节点收到消息后，计算当前位置离小区中心点的距离，并将该值回复给地址代理；

(2)收到小区内所有节点的回复后，地址代理指定离小区中心最近的节点作为新的地址代理；地址代理向新的地址代理节点移交小区地址管理权；

(3)节点变为普通节点，它的切换过程与普通节点的越区切换相同。

所述节点的离开过程分为普通节点的离开过程和地址代理节点的离开过程；普通节点的离开过程的步骤如下：

(1)节点想要离开网络时，它向当前小区地址代理发送离开消息，当前使用地址包含在消息中；

(2)地址代理收到消息后，向节点发送确认消息，并将对应的地址回收；

(3)节点收到确认消息后，就可以彻底离开网络；

所述的地址代理的离开过程的步骤如下：

(1)地址代理想要离开网络时，地址代理向小区内的节点广播选举新地址代理消息；

(2)新地址代理的挑选过程与地址代理的越区切换中挑选新地址代理的过程相同；在新地址代理产生后，原地址代理向新地址代理移交地址管理工作；

(3)节点成为普通节点，它的离开过程与普通节点的离开过程相同。

本发明的有益效果是：

1.该方法通过引入位置信息，感知和预测拓扑的变化，在同类方法中具有较小的协议开销和配置延时、较好的可扩展性。

2.该方法较好的解决了网络的分裂与合并问题，并且支持多用户群。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是地址动态分配流程图。

图2是初始化流程图。

图3是越区切换流程图。

图4是重新选举地址代理流程图。

具体实施方式

在网络中的地址配置过程。当某个节点A想连接网络时，它启动连接网络的初始化过程。在初始化过程中，A获得当前小区的地址。随着它的移动，A可能离开当前小区而进入邻近小区。此时，A需要切换地址。这个切换地址的过程叫做越区切换。当A完成任务后，它会断开网络连接，同时归还正在使用的地址。

在小区内实行分层管理，由地址代理管理小区内的地址分配。分为4个过程：绍小区内地址代理的选举过程，节点在网络中获得地址的初始化过程、改变地址的越区切换过程和归还地址的离开网络过程。

地址代理的产生：

(1)节点计算与当前小区中心点的直线距离。设(x，y)错误！未找到引用源。为节点的当前坐标，当前小区的中心点坐标为(a，b)，则它离小区中心的直线距离为：

错误！未找到引用源。

(2)节点向它的所有邻居节点发送SelectAA{ZoneID，MACAddress，d}消息，消息包含当前小区标识ZoneID和节点离当前小区中心的距离d和节点的MAC地址MACAddress。

(3)所有收到SelectAA{ZoneID，MACAddress，d}消息的节点，首先读取ZoneID的值，如果不是当前小区的标识，则回复消息NotWithinZone，表示不在同一小区内；收到该消息的节点将标记发送节点为非当前小区邻居节点。如果是当前小区标记，则读取{MACAddress，d}并将其存入候选地址代理表，并将发送节点标记为当前小区邻居节点。

(4)节点收到所有邻居节点的回复后，从候选地址代理表中将当前小区邻居节点中离小区中心最近的节点挑出，并与自己离小区中心的距离比较。如果自己离小区中心的距离更近，则立即向同小区邻居节点广播Address_Agent消息，表明自己是当选地址代理。否则，向距离更近的节点发送AA_Appoint消息，收到该消息后，该节点立即广播Address_Agent消息。所有收到Address_Agent消息的节点，立即停止簇头的选举。如果出现两个节点离小区中心距离一致的情况，则选择MACAddress小者为地址代理。

初始化过程：

地址代理管理小区的地址分配。地址代理周期性的向小区内的其它节点广播Address_Agent消息。该消息包含地址代理本身的地址。地址代理一旦产生，在其离开小区前，将一直有效。

当某个节点A想连接网络时，它启动网络连接初始化过程。首先，它通过定位设备获取位置坐标，并对照电子地图获取位置信息，包括当前小区、小区中心点和小区对应的地址段等。然后，A侦听当前小区地址代理的Address_Agent广播，同时启动等待广播计时器。如果当前小区已存在地址代理，A会在计时器超时前收到Address_Agent广播，并向地址代理发送Address_Request消息申请一个地址。地址代理收到消息后，从地址段中取一个空闲地址发送给A。否则，在计时器超时后，A认为当前小区不存在地址代理，并自立为地址代理，管理本小区的地址分配。A拥有整个地址段的分配权，并取第一个地址作为自己的地址。

越区切换过程：

网络中的节点周期性的查询位置信息，当它发现此次查询的位置坐标对应的小区与上一次的不一样时，它启动越区切换程序。因为节点分为两种类型：普通节点和地址代理，所以分两种情况讨论节点的越区切换。

1.普通节点的越区切换：

某个普通节点C进行越区切换时，它首先侦听新进入小区的地址代理广播，同时启动等待广播计时器。如果它收到广播，则向新小区地址代理申请一个地址。否则，在计时器超时后，它自立为新小区的地址代理，拥有新小区整个地址段的分配权，并取地址段的第一个地址作为自己的地址。然后，C向原小区地址代理发送越区切换消息Zone_Switch，新地址(记为y)包含在消息中。原小区地址代理收到消息后，将C的原地址(记为x)和新地址y存入越区切换地址对应表。该表的每一项表示某个节点切换前和切换后地址的对应关系。然后，C向与自己正在通信的所有节点发送Address_Update消息，将新地址y通知它们。此后，放弃原地址x，使用新地址y，越区切换完成。

2.地址代理的越区切换：

地址代理与普通节点越区切换的不同之处在于地址代理在越区切换前需指定一个新的地址代理，并向新地址代理移交小区的地址管理工作。当地址代理A检测到自己正要离开当前小区而进入一个新的小区时，地址代理向小区内的节点广播选举新地址代理消息。小区内的节点收到消息后，计算当前位置离小区中心点的距离，并将该值回复给地址代理。收到小区内所有节点的回复后，地址代理指定离小区中心最近的节点(记为B)作为新的地址代理。地址代理A向节点B移交小区地址管理权。此后，A成为普通节点，它的切换过程与普通节点的越区切换相同。

离开网络过程：

下面根据节点的类型分两种情况讨论节点的离开。

1.普通节点的离开

某个普通节点C想要离开网络时，它向当前小区地址代理发送离开消息Bye，当前使用地址包含在消息中。地址代理收到消息后，向C发送确认消息，并将对应的地址回收。C收到确认消息后，就可以放心的离开了。

2.地址代理的离开

地址代理与普通节点离开网络不同之处在于，地址代理离开网络前需指定一个新的地址代理并向新地址代理移交小区地址分配管理工作。新地址代理的挑选过程与地址代理的越区切换中挑选新地址代理的过程相同。在新地址代理(记为B)产生后，原地址代理(记为A)向B移交地址管理工作。此后，A成为普通节点，它的离开过程与普通节点的离开过程相同。

Claims (5)

1.一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于包括地址代理的产生过程、节点在网络中获得地址的初始化过程、节点的越区切换过程和节点的离开过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于所述地址代理的产生过程的步骤如下：

(1)节点计算与当前小区中心点的直线距离；

(2)节点向它的所有邻居节点发送选择地址代理的信息；

(3)所有收到选择地址代理消息的节点，根据小区号，如果不是同一小区，则回复消息，表示不在同一小区内；收到该消息的节点将标记发送节点为非当前小区邻居节点；如果是当前小区标记，则读取节点的MAC地址，并将其存入候选地址代理表，并将发送节点标记为当前小区邻居节点；

(4)节点收到所有邻居节点的回复后，从候选地址代理表中将当前小区邻居节点中离小区中心最近的节点挑出，并与自己离小区中心的距离比较；如果自己离小区中心的距离更近，则立即向同小区邻居节点广播地址代理消息，表明自己是当选地址代理；否则，向距离更近的节点发送地址代理任命消息，收到该消息后，该节点立即广播地址代理消息；所有收到地址代理消息的节点，立即停止簇头的选举；如果出现两个节点离小区中心距离一致的情况，则选择MAC地址小者为地址代理。

3.根据权利要求1所述的一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于所述节点在网络中获得地址的初始化过程步骤如下：

(1)节点A通过定位设备获取位置坐标，并对照电子地图获取位置信息，包括当前小区、小区中心点和小区对应的地址段等；

(2)节点A侦听当前小区地址代理的地址代理广播，同时启动等待广播计时器；如果当前小区已存在地址代理，节点A会在计时器超时前收到地址代理广播，并向地址代理发送地址请求消息申请一个地址；地址代理收到消息后，从地址段中取一个空闲地址发送给A；否则，在计时器超时后，A认为当前小区不存在地址代理，并自立为地址代理，管理本小区的地址分配；A拥有整个地址段的分配权，并取第一个地址作为自己的地址。

4.根据权利要求1所述的一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于所述节点的越区切换过程分为普通节点的越区切换过程和地址代理节点的越区切换过程；其中所述的普通节点的越区切换过程的步骤如下：

(1)首先侦听新进入小区的地址代理广播，同时启动等待广播计时器；

(2)如果它收到广播，则向新小区地址代理申请一个地址；否则，在计时器超时后，它自立为新小区的地址代理，拥有新小区整个地址段的分配权，并取地址段的第一个地址作为自己的地址；

(3)节点向原小区地址代理发送越区切换消息，新地址包含在消息中；原小区地址代理收到消息后，将节点的原地址和新地址存入越区切换地址对应表；该表的每一项表示某个节点切换前和切换后地址的对应关系；然后，节点向与自己正在通信的所有节点发送地址更新消息，将新地址通知它们；此后，放弃原地址，使用新地址，越区切换完成；

所述的地址代理节点的越区切换过程步骤如下：

(1)当地址代理检测到自己正要离开当前小区而进入一个新的小区时，地址代理向小区内的节点广播选举新地址代理消息；小区内的节点收到消息后，计算当前位置离小区中心点的距离，并将该值回复给地址代理；

(2)收到小区内所有节点的回复后，地址代理指定离小区中心最近的节点作为新的地址代理；地址代理向新的地址代理节点移交小区地址管理权；

(3)节点变为普通节点，它的切换过程与普通节点的越区切换相同。

5.根据权利要求1所述的一种基于地理位置信息的移动自组网的地址分配方法，其特征在于所述节点的离开过程分为普通节点的离开过程和地址代理节点的离开过程；普通节点的离开过程的步骤如下：

(1)节点想要离开网络时，它向当前小区地址代理发送离开消息，当前使用地址包含在消息中；

(2)地址代理收到消息后，向节点发送确认消息，并将对应的地址回收；

(3)节点收到确认消息后，就可以彻底离开网络；

所述的地址代理的离开过程的步骤如下：

(1)地址代理想要离开网络时，地址代理向小区内的节点广播选举新地址代理消息；

(2)新地址代理的挑选过程与地址代理的越区切换中挑选新地址代理的过程相同；在新地址代理产生后，原地址代理向新地址代理移交地址管理工作；

(3)节点成为普通节点，它的离开过程与普通节点的离开过程相同。

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