CN112073546A - 一种应用于智能电网无线传感器网络IPv6地址分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，包括所应用的无线传感器网络模型、对IPv6地址结构的定义以及IPv6地址分配方法步骤。本发明的有益效果为：在通过三维定位技术获得无线传感器节点位置信息后，对其位置信息进行分类处理，得到与其位置信息对应的唯一的IPv6地址信息，从而保证数据在智能电网无线传感器网络中的可靠有效传递。

Description

一种应用于智能电网无线传感器网络IPv6地址分配方法
技术领域
本发明涉及电力系统通信技术领域中的无线传感器网络IPv6地址分配方法，尤其涉及一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法。
背景技术
建设坚强智能电网的重要支柱和必要环节之一是智能用电，其基础是建设“全覆盖、全采集、全预付费”的用电信息采集系统从而实现对用户用电信息的完整、准确、实时的采集。目前采用的地址分配方法大多是基于二维平面的地址分配，而智能电网中的无线传感器网络应用场景则是类似高楼大厦的这种三维场景，基于二维平面的地址分配不能很好的满足当前智能电网中无线传感器网络的应用场景。同时，部分地址分配方法未能在分配的地址中保留其位置信息，还有一部分地址分配方法在部署大规模网络时不能保证节点被分配唯一的IP地址。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用于智能电网无线传感器网络中的 IPv6地址分配方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，包括以下步骤：
步骤一：提出一个三维空间中基于IPv6的无线传感器网络模型；
在所提出的网络模型中，有一个基站(BS)从传感器节点接收数据或向传感器节点发送数据；
步骤二：定义IPv6地址结构，；所定义的IPv6地址主要由全局路由前缀、个人局域网地址、地址三部分组成：
步骤三：根据位置信息对三维空间中无线传感器节点进行IPv6地址分配，其步骤如下：
步骤(1)：根据一些已开发的三维定位技术确定节点Ni的位置坐标 (xi,yi,zi)，其中i表示第i个传感器节点，1≤i≤n，n表示节点总数；
步骤(2)：根据每个节点的z坐标进行扫描排序，为其分配一个从0开始的顺序值a，对于z坐标相同的节点则比较其x坐标，x坐标大的顺序值大；对于z、x坐标均相同的节点则比较其y坐标，y坐标大的顺序值大；对于x、y、 z坐标都相同的节点则根据其扫描顺序对其顺序值进行顺延，最后得到的顺序值a＝n-1,根据节点总数n选择合适的k1值；
步骤(3)：根据下述公式求出每组所包含平均节点数Q，再对每个节点分配其对应的组地址Gd；公式为：
Q＝n/2k1；
Gd＝int(a/Q)
步骤(4)：将步骤(2)中得到的2k1个组中的节点按其组顺序分别投影到二维平面上。
步骤(5)：对于投影的二维平面，每个节点的位置坐标为(xi,yi)，首先将所有节点根据Y方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的顺序值b， yi相同的节点b值相同。
步骤(6)：将所有节点根据X方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从 0开始的c值，对于xi相同的节点，比较其b值，b值大的其c值往后顺延一个单位，若两个或多个节点(xi，yi)相同，则根据对这些节点的扫描顺序对其c 值进行顺延；至此每个节点会被分配一个不相同的c值，在对三维空间中所有节点进行分配c值后，根据cmax+1的值选择合适的k2值；
步骤(7)：对节点进行等数量分组，将二维平面的节点划分为2k2个区域，每个区域有q个节点，Zd即为这q个节点对应的区域地址；公式为：
Q＝(c+1)/2k2
Zd＝int(c/q)
Figure RE-GDA0002746655590000021
步骤(8)：对每个区域的节点分配成员地址Md；首先对b＝0的节点进行分配，每个区域Z分别对b＝0的节点根据其c值进行排序，其成员地址从0开始依次往下分配，直到该区域b＝0的节点被分配完毕，然后依次对所有区域b＝0的节点进行分配；
步骤(9)：对b＝1的节点进行分配，和b＝0时类似，在每个区域Z内，对b＝1的节点根据其c值进行排序，但其成员地址不再像步骤c-8所述从0开始分配，而是从b＝0节点中所分配Mdmax+1开始分配；
步骤(10)：类比步骤(9)，依次对所有节点进行成员地址分配，再对三维空间所有节点进行成员地址分配，根据最大成员地址选择合适的k3值。
步骤(11)：结束。
根据无线传感器节点的位置坐标对其进行IPv6地址分配。
所述的全局路由前缀，长度为64位；所有节点都具有相同的全局路由前缀；
所述的个人局域网地址，只包含一个IPv6入口网关，由(64-k1-k2-k3)位组成。
所述的地址包括组地址、区域地址和成员地址三部分；所述的组地址、区域地址和成员地址由ki(i＝1，2，3)位组成。
所述的ki的取值由无线传感器节点的密度和无线传感器网络的规模决定。
所述的无线传感器网络模型中的所有传感器节点都是固定的；由于传感器节点感知到的数据需要与其在实际应用中感知到数据时所在的空间位置相关联，所以假设节点有能力通过一些已开发的三维定位技术来确定其位置。
与现有技术相比，本发明的技术效果为：本发明满足应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其本质为在通过三维定位技术获得无线传感器节点位置信息后，对其位置信息进行分类处理，得到与其位置信息对应的唯一的IPv6地址信息，从而保证数据在智能电网无线传感器网络中的可靠有效传递。
附图说明
图1为本发明步骤(2)分配顺序值a的过程示意图，节点上数字即为节点的a值。
图2本发明步骤(4)将三维空间同一组地址的节点投影到二维平面的过程示意图。
图3本发明步骤(5)分配b值的过程示意图。
图4本发明步骤(6)分配c值的过程示意图，其中节点上数字为节点的c 值。
图5本发明步骤(7)示例节点的区域地址Zd分配过程示意图。
图6本发明步骤(8)～(10)为示例节点分配成员地址的过程示意图，其中节点上数字即为该节点被分配的成员地址。
图7本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图所示，一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，包括以下步骤：
步骤一：提出一个三维空间中基于IPv6的无线传感器网络模型；
在所提出的网络模型中，有一个基站(BS)从传感器节点接收数据或向传感器节点发送数据；所述的无线传感器网络模型中的所有传感器节点都是固定的；由于传感器节点感知到的数据需要与其在实际应用中感知到数据时所在的空间位置相关联，所以假设节点有能力通过一些已开发的三维定位技术来确定其位置；
步骤二：定义IPv6地址结构，；所定义的IPv6地址主要由全局路由前缀、个人局域网地址、地址三部分组成；所述的全局路由前缀，长度为64位；所有节点都具有相同的全局路由前缀；所述的个人局域网地址，只包含一个IPv6 入口网关，由(64-k1-k2-k3)位组成。
所述的地址包括组地址、区域地址和成员地址三部分；所述的组地址、区域地址和成员地址由ki(i＝1，2，3)位组成；所述的ki的取值由无线传感器节点的密度和无线传感器网络的规模决定。
IPv6地址结构
Figure RE-GDA0002746655590000041
步骤三：根据位置信息对三维空间中无线传感器节点进行IPv6地址分配，其步骤如下：
步骤(1)：根据一些已开发的三维定位技术确定节点Ni的位置坐标 (xi,yi,zi)，其中i表示第i个传感器节点，1≤i≤n，n表示节点总数；
步骤(2)：根据每个节点的z坐标进行扫描排序，为其分配一个从0开始的顺序值a，对于z坐标相同的节点则比较其x坐标，x坐标大的顺序值大；对于z、x坐标均相同的节点则比较其y坐标，y坐标大的顺序值大；对于x、y、 z坐标都相同的节点则根据其扫描顺序对其顺序值进行顺延，最后得到的顺序值a＝n-1,根据节点总数n选择合适的k1值；
步骤(3)：根据下述公式求出每组所包含平均节点数Q，再对每个节点分配其对应的组地址Gd；公式为：
Q＝n/2k1；
Gd＝floor(a/Q)
根据公式求出每组所包含平均节点数Q，再根据公式对每个节点分配其对应的组地址Gd。其中图1所示例子中顺序值为0～3的节点组地址为0,4～7的组地址为1,8～11的组地址为2，12～14的组地址为3。
步骤(4)：将步骤(2)中得到的2k1个组中的节点按其组顺序分别投影到二维平面上。
步骤(5)：对于投影的二维平面，每个节点的位置坐标为(xi,yi)，首先将所有节点根据Y方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的顺序值b， yi相同的节点b值相同。
步骤(6)：将所有节点根据X方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从 0开始的c值，对于xi相同的节点，比较其b值，b值大的其c值往后顺延一个单位，若两个或多个节点(xi，yi)相同，则根据对这些节点的扫描顺序对其c 值进行顺延。至此每个节点会被分配一个不相同的c值，在对三维空间中所有节点进行分配c值后，根据cmax+1的值选择合适的k2值；
步骤(7)：对节点进行等数量分组，将二维平面的节点划分为2k2个区域，每个区域有q个节点，Zd即为这q个节点对应的区域地址；公式为：
Q＝(c+1)/2k2
Zd＝int(c/q)
Figure RE-GDA0002746655590000051
步骤(8)：对每个区域的节点分配成员地址Md；首先对b＝0的节点进行分配，每个区域Z分别对b＝0的节点根据其c值进行排序，其成员地址从0开始依次往下分配，直到该区域b＝0的节点被分配完毕，然后依次对所有区域b＝0的节点进行分配；
步骤(9)：对b＝1的节点进行分配，和b＝0时类似，在每个区域Z内，对 b＝1的节点根据其c值进行排序，但其成员地址不再像步骤c-8所述从0开始分配，而是从b＝0节点中所分配Mdmax+1开始分配；
步骤(10)：类比步骤(9)，依次对所有节点进行成员地址分配，再对三维空间所有节点进行成员地址分配，根据最大成员地址选择合适的k3值。
步骤(11)：结束。
根据无线传感器节点的位置坐标对其进行IPv6地址分配。
如图所示：
步骤一：提出一个三维空间中基于IPv6的无线传感器网络模型；
在所提出的网络模型中，有一个基站(BS)从传感器节点接收数据或向传感器节点发送数据；所述的无线传感器网络模型中的所有传感器节点都是固定的；由于传感器节点感知到的数据需要与其在实际应用中感知到数据时所在的空间位置相关联，所以假设节点有能力通过一些已开发的三维定位技术来确定其位置；
根据每个节点的z坐标进行扫描排序，为其分配一个从0开始的顺序值a，对于z坐标相同的节点则比较其x坐标，x坐标大的顺序值大；对于z、x坐标均相同的节点则比较其y坐标，y坐标大的顺序值大；对于x、y、z坐标都相同的节点则根据其扫描顺序对其顺序值进行顺延，最后得到的顺序值a＝n-1, 根据节点总数n选择合适的k1值，例图中k1可选为2。
步骤二：定义IPv6地址结构，；所定义的IPv6地址主要由全局路由前缀、个人局域网地址、地址三部分组成；所述的全局路由前缀，长度为64位；所有节点都具有相同的全局路由前缀；所述的个人局域网地址，只包含一个IPv6 入口网关，由(64-k1-k2-k3)位组成。
所述的地址包括组地址、区域地址和成员地址三部分；所述的组地址、区域地址和成员地址由ki(i＝1，2，3)位组成；所述的ki的取值由无线传感器节点的密度和无线传感器网络的规模决定。
IPv6地址结构
Figure RE-GDA0002746655590000061
Figure RE-GDA0002746655590000071
步骤三：根据位置信息对三维空间中无线传感器节点进行IPv6地址分配，其步骤如下：
步骤(1)：根据一些已开发的三维定位技术确定节点Ni的位置坐标 (xi,yi,zi)，其中i表示第i个传感器节点，1≤i≤n，n表示节点总数；
步骤(2)：根据每个节点的z坐标进行扫描排序，为其分配一个从0开始的顺序值a，对于z坐标相同的节点则比较其x坐标，x坐标大的顺序值大；对于z、x坐标均相同的节点则比较其y坐标，y坐标大的顺序值大；对于x、y、z坐标都相同的节点则根据其扫描顺序对其顺序值进行顺延，最后得到的顺序值a＝n-1,根据节点总数n选择合适的k1值；
步骤(3)：根据下述公式求出每组所包含平均节点数Q，再对每个节点分配其对应的组地址Gd；公式为：
Q＝n/2k1；
Gd＝int(a/Q)
根据公式求出每组所包含平均节点数Q，再根据公式对每个节点分配其对应的组地址Gd。其中图1所示例子中顺序值为0～3的节点组地址为0,4～7的组地址为1,8～11的组地址为2，12～14的组地址为3。
Q＝n/2k1；
Gd＝int(a/Q)
步骤(4)：将步骤(2)中得到的2k1个组中的节点按其组顺序分别投影到二维平面上。如图2所示为图1中组地址为2的节点所投影过程。
步骤(5)：对于投影的二维平面，每个节点的位置坐标为(xi,yi)，首先将所有节点根据Y方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的顺序值b， yi相同的节点b值相同，如图3所示。
步骤(6)：将所有节点根据X方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的c值，对于xi相同的节点，比较其b值，b值大的其c值往后顺延一个单位，若两个或多个节点(xi，yi)相同，则根据对这些节点的扫描顺序对其c 值进行顺延。至此每个节点会被分配一个不相同的c值，根据cmax+1的值选择合适的k2值，如图4所示，可选k2为2。
步骤(7)：对节点进行等数量分组，其分组方法如公式(3)(4)所述，将二维平面的节点划分为个区域，每个区域有q个节点，Zd即为这q个节点对应的区域地址，如图5所示，q＝3。
Q＝(c+1)/2k2
Zd＝floor(c/q)
Figure RE-GDA0002746655590000081
步骤(8)：对每个区域的节点分配成员地址Md。首先对b＝0的节点进行分配，每个区域Z分别对b＝0的节点根据其c值进行排序，其成员地址从0开始依次往下分配，直到该区域b＝0的节点被分配完毕，然后依次对所有区域b＝0的节点进行分配。
步骤(9)：对b＝1的节点进行分配，和b＝0时类似，在每个区域Z内，对 b＝1的节点根据其c值进行排序，但其成员地址不再像步骤c-8所述从0开始分配，而是从b＝0节点中所分配Mdmax+1开始分配。
步骤(10)：类比步骤c-9，依次对所有节点进行成员地址分配，如图6所示，所有节点的区域地址和成员地址均被分配完成，此时成员地址最大为6，则可选择k3为3。
步骤(11)：结束。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：提出一个三维空间中基于IPv6的无线传感器网络模型；
在所提出的网络模型中，有一个基站(BS)从传感器节点接收数据或向传感器节点发送数据；
步骤二：定义IPv6地址结构，；所定义的IPv6地址主要由全局路由前缀、个人局域网地址、地址三部分组成：
步骤三：根据位置信息对三维空间中无线传感器节点进行IPv6地址分配，其步骤如下：
步骤(1)：根据一些已开发的三维定位技术确定节点Ni的位置坐标(xi,yi,zi)，其中i表示第i个传感器节点，1≤i≤n，n表示节点总数；
步骤(2)：根据每个节点的z坐标进行扫描排序，为其分配一个从0开始的顺序值a，对于z坐标相同的节点则比较其x坐标，x坐标大的顺序值大；对于z、x坐标均相同的节点则比较其y坐标，y坐标大的顺序值大；对于x、y、z坐标都相同的节点则根据其扫描顺序对其顺序值进行顺延，最后得到的顺序值a＝n-1,根据节点总数n选择合适的k1值；
步骤(3)：根据下述公式求出每组所包含平均节点数Q，再对每个节点分配其对应的组地址Gd；公式为：
Q＝n/2k1；
Gd＝int(a/Q)
步骤(4)：将步骤(2)中得到的2k1个组中的节点按其组顺序分别投影到二维平面上；
步骤(5)：对于投影的二维平面，每个节点的位置坐标为(xi,yi)，首先将所有节点根据Y方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的顺序值b，yi相同的节点b值相同；
步骤(6)：将所有节点根据X方向顺序进行扫描，每个节点被分配一个从0开始的c值，对于xi相同的节点，比较其b值，b值大的其c值往后顺延一个单位，若两个或多个节点(xi，yi)相同，则根据对这些节点的扫描顺序对其c 值进行顺延；至此每个节点会被分配一个不相同的c值，在对三维空间中所有节点进行分配c值后，根据cmax+1的值选择合适的k2值；
步骤(7)：对节点进行等数量分组，将二维平面的节点划分为2k2个区域，每个区域有q个节点，Zd即为这q个节点对应的区域地址；公式为：
Q＝(c+1)/2k2
Zd＝int(c/q)
Figure RE-FDA0002746655580000021
步骤(8)：对每个区域的节点分配成员地址Md；首先对b＝0的节点进行分配，每个区域Z分别对b＝0的节点根据其c值进行排序，其成员地址从0开始依次往下分配，直到该区域b＝0的节点被分配完毕，然后依次对所有区域b＝0的节点进行分配；
步骤(9)：对b＝1的节点进行分配，和b＝0时类似，在每个区域Z内，对b＝1的节点根据其c值进行排序，但其成员地址不再像步骤c-8所述从0开始分配，而是从b＝0节点中所分配Mdmax+1开始分配；
步骤(10)：类比步骤(9)，依次对所有节点进行成员地址分配，再对三维空间所有节点进行成员地址分配，根据最大成员地址选择合适的k3值；
步骤(11)：结束。
2.根据权利要求1所述的智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：根据无线传感器节点的位置坐标对其进行IPv6地址分配。
3.根据权利要求1所述的一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：所述的全局路由前缀，长度为64位；所有节点都具有相同的全局路由前缀。
4.根据权利要求1所述的一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：所述的个人局域网地址，只包含一个IPv6入口网关，由(64-k1-k2-k3)位组成。
5.根据权利要求1所述的一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：所述的地址包括组地址、区域地址和成员地址三部分；所述的组地址、区域地址和成员地址由ki(i＝1，2，3)位组成。
6.根据权利要求5所述的一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：所述的ki的取值由无线传感器节点的密度和无线传感器网络的规模决定。
7.根据权利要求1所述的一种应用于智能电网无线传感器网络中的IPv6地址分配方法，其特征在于：所述的无线传感器网络模型中的所有传感器节点都是固定的；假设节点有能力通过一些已开发的三维定位技术来确定其位置。
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