CN102572015B - 一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法 - Google Patents
一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，所述移动自组网络包括四类节点：中心节点、簇首节点、簇内节点以及新节点。一个移动自组网络由三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>唯一标识，时间戳为发起新中心节点选举的时间。将移动自组网络分成多个簇，其中一个簇的簇首节点设置为中心节点，其他簇的簇首节点与中心节点构成星型拓扑结构。新节点为未加入任何簇的节点。中心节点为簇首节点及本簇的簇内节点分配IPv6地址，簇首节点为本簇簇内节点分配IPv6地址。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种地址自动配置的实现方法，尤其涉及的是一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法。
背景技术
移动自组网络中的节点之间通信通过中间节点的转发和路由来实现，因此，每个节点必须配有具有唯一性的地址来实现通信，因此，实现自动自组网络需要解决的关键技术之一就是地址自动配置问题。
目前的地址配置分为有状态地址配置和无状态地址配置两种形式，有状态地址配置方案采用服务器/客户端的通信方式分配地址，即节点向服务器提出申请地址的请求，然后由服务器统一为网络内的节点分配地址。由于移动自组网没有任何基础设施，例如服务器，因此，有状态地址配置方案无法应用到移动自组网中。在无状态地址配置方案中，每个被分配的地址都需要在整个网络中进行重复地址检测以确保它的唯一性，导致了大量的控制包开销，消耗了大量的网络资源，因此也不适用于移动自组网使用。
因此针对移动自组网络需要建立一种低开销的地址自动配置方案。
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，提供一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法。
技术方案：本发明公开了一种移动自组网络地址自动配置的实现方法，所述移动自组网络包括四类节点：中心节点、簇首节点、簇内节点以及新节点。
将所述移动自组网络分成多个簇，其中一个簇的簇首节点设置为中心节点，其他簇的簇首节点与中心节点构成星型拓扑结构。
新节点为未加入任何簇的节点。
中心节点为簇首节点及本簇的簇内节点分配IPv6地址，簇首节点为本簇簇内节点分配IPv6地址。
中心节点、簇首节点和簇内节点的IPv6地址包括四部分：第一部分是网络ID，它由中心节点采用随机函数生成，长度为128-i-j-n比特，一个移动自组网络中所有节点的网络ID都相同；第二部分为中心节点ID，长度为i比特，它由中心节点采用随机函数生成，一个移动自组网络中所有节点的中心节点ID都相同；第三部分为簇首节点ID，长度为i比特，它由中心节点分配给簇首节点，一个簇的簇首节点的簇首节点ID和本簇内所有簇内节点的簇首节点ID相同；第四部分为簇内节点ID，长度为n比特，它由簇首节点分配给簇内节点；所述i，j和n为小于128的正整数且i，j、n三者之和小于等于128，中心节点的簇首节点ID以及簇内节点ID为0，簇首节点的簇内节点ID为0。
初始状态时，网络ID的设置区间为[1，2128-i-j-n-1]，中心节点ID的设置区间为[1，2i-1]，中心节点为簇首节点的地址分配空间为[1，2j-1]，簇首节点为簇内节点的地址分配空间为[1，2n-1]。
一个移动自组网络由三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>唯一标识，时间戳为发起新中心节点选举的时间。
初始状态时，所有节点均为新节点且有一个具有网络唯一性的节点ID值，例如MAC(Media Access Control)地址，每个节点保存一个邻居节点记录表，邻居节点记录表包括三个域：邻居节点的节点ID值、邻居节点类型以及邻居节点可分配地址数量；其中新节点的可分配地址数量为0，簇内节点可分配地址数量等于本簇簇首节点的可分配地址数量。
每个节点在一跳范围内定期广播消息，消息负载为节点类型、邻居新节点的数量以及邻居节点可分配地址数量；每个节点通过接收邻居节点广播的消息建立邻居节点记录表。
新节点建立邻居节点记录表后，如果它的邻居节点包含中心节点或者簇首节点或者簇内节点且其可分配地址数量大于零，则向可分配地址数量最大的中心节点或者簇首节点或者簇内节点请求地址，如果新节点的邻居新节点数量大于所有邻居新节点的邻居新节点总数或者总数相等且其节点ID值最小，新节点则开始建立簇。
新节点建立簇包括如下步骤：
步骤301：开始；
步骤302：新节点向邻居节点记录表中所有邻居新节点发送簇加入请求消息；
步骤303：在规定时间内，判断邻居新节点是否收到多个新节点发送的簇加入请求消息，如果是，进行步骤304，否则进行步骤305；
步骤304：邻居新节点对比多个消息的节点ID值，向节点ID值最小的新节点返回一个簇加入响应消息，进行步骤306；
步骤305：邻居新节点向发送请求消息的新节点返回一个簇加入响应消息；
步骤306：在规定时间内，判断新节点收到的簇加入响应消息的数量是否等于邻居节点记录表中邻居新节点的总数量，如果是，进行步骤307，否则进行步骤311；
步骤307：新节点向所有邻居新节点发送一个簇加入确认消息，同时将自己标识为簇首节点；
步骤308：在规定时间内，邻居新节点是否收到簇加入确认消息，如果是，进行步骤309，否则进行步骤311；
步骤309：邻居新节点将自己标识为簇内节点，记录下本簇的簇首节点ID；
步骤310：完成建立簇；
步骤311：结束。
上述簇构建方法实现了簇首节点最小化，从而降低了簇首节点地址配置总代价，节省了移动自组网的能量。
本发明所述方法中，中心节点定期在移动自组网络内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>。
如果簇首节点X在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组，则发起中心节点选举操作，其过程如下：
步骤401：开始；
步骤402：簇首节点X在移动自组网络内广播新中心节点消息，消息负载为随机产生的网络ID、中心节点ID和时间戳；
步骤403：簇首节点Y收到新中心节点消息后，判断它发送的新中心节点消息优先级是否大于接收到的新中心节点消息的优先级，如果是，进行步骤404，否则进行步骤405；
步骤404：簇首节点Y放弃新中心节点消息，进行步骤407；
步骤405：簇首节点Y继续广播此消息；
步骤406：重复步骤403～步骤405，直到所有簇首节点都收到优先级最高的新中心节点消息；
步骤407：在规定时间内，判断簇首节点发送的新中心节点消息的优先级是否最高，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；
步骤408：簇首节点将自己标识为中心节点；
步骤409：簇首节点记录下新中心节点ID，即发送优先级最高的新中心节点消息的簇首节点ID，同时记录下新中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>；
步骤410：中心节点选举完成；
步骤411：结束。
如果一个新中心节点消息T的时间戳比另外一个新中心节点消息T’的时间戳早，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
如果新中心节点消息T的时间戳与新中心节点消息T’的时间戳相同，则比较消息中的中心节点ID，如果新中心节点消息T的中心节点ID小于新中心节点消息T’中的中心节点ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
如果新中心节点消息T的时间戳和中心节点ID与新中心节点消息T’的时间戳及中心节点ID相同，则比较消息中的网络ID，如果新中心节点消息T的网络ID小于新中心节点消息T’中的网络ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
本发明所述方法中，中心节点选举成功后，中心节点用网络ID和中心节点ID构建成自己的IPv6地址，其中，簇首节点ID及簇内节点ID为0，并定期在自动自组网中广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>。
本发明所述方法中，簇首节点收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤501：开始；
步骤502：簇首节点向中心节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇首节点的节点ID值组成；
步骤503：中心节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇首节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇首节点；
步骤504：簇首节点收到地址响应消息后，将消息内的簇首节点ID与网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，其中簇内节点ID为0；
步骤505：簇首节点成功获取IPv6地址；
步骤506：结束。
簇首节点获取IPv6地址后，开始定期在一跳范围内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量。
通过上述过程，簇首节点从中心节点获取具有唯一性的地址。上述过程中，消息的传输控制在一跳范围内，降低了簇首节点地址配置代价，缩短了地址配置延迟，增强了网络扩展性。
本发明所述方法中，簇内节点在规定时间内收到本簇簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤601：开始；
步骤602：簇内节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇内节点ID组成；
步骤603：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤604：簇内节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址；
步骤605：簇内节点成功获取IPv6地址；
步骤606：结束。
通过上述过程，簇内节点从簇首节点获取具有唯一性的地址。上述过程中，消息的传输控制在一跳范围内，无需进行地址重复检测，提高了地址配置效率，增强了网络扩展性。由于簇首节点分布于整个移动自组网络，因此实现了负载均衡。
本发明所述方法中，当新节点加入网络后，如果它在规定时间内收到多个簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则向可分配簇内节点ID数量最多的簇首节点H申请地址，包括如下步骤：
步骤701：开始；
步骤702：新节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤703：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给新节点；
步骤704：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤705：新节点获取IPv6地址；
步骤706：结束。
通过上述过程，新节点从簇首节点获取具有唯一性的地址。上述过程中，消息的传输控制在一跳范围内，降低了新节点地址配置代价，缩短了地址配置延迟，增强了网络扩展性。
如果新节点在规定时间内没有收到任何簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则在一跳范围内广播地址请求消息，簇内节点收到地址请求消息后，它向新节点返回其所在簇簇首节点可分配簇内节点ID数量。
新节点向可分配簇内节点ID数量最多的簇内节点申请地址，包括如下步骤：
步骤801：开始；
步骤802：新节点向簇内节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤803：簇内节点收到地址申请消息后，将此消息转发给本簇簇首节点；
步骤804：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤805：簇内节点收到地址响应消息后，将其转发给新节点；
步骤806：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤807：新节点获取IPv6地址；
步骤808：结束。
本发明所述方法中，如果簇首节点在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>，它则认为中心节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的中心节点：
步骤901：开始；
步骤902：簇首节点在移动自组网内中广播新中心节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤903：邻居簇首节点收到新中心节点消息后，比较它的簇首节点ID是否小于簇首节点的簇首节点ID，如果小于，进行步骤905，否则进行步骤904；
步骤904：邻居簇首节点继续广播收到的新中心节点消息，进行步骤906；
步骤905：邻居簇首节点放弃收到的新中心节点消息同时广播一个新中心节点消息；
步骤906：重复步骤903～步骤905，直到移动自组网络内所有簇首节点都收到最小簇首节点ID的簇首节点发送的新中心节点消息为止；
步骤907：簇首节点ID最小的簇首节点被选举为新的中心节点；
步骤908：结束。
通过选举新的中心节点，可以确保MANET中节点地址的唯一性，也保证了通信的正确性和路由的正确性。
本发明所述方法中，簇内节点定期向本簇簇首节点发送更新消息以示其处于正常工作状态，簇首节点收到簇内节点的更新消息后，向其返回更新响应消息以示其处于正常工作状态；如果簇首节点在规定时间内没有收到簇内节点的更新消息，它则认为簇内节点失效或者脱离移动自组网，并将簇内节点对应的簇内节点ID设置为未配置状态。
如果簇内节点在规定时间内没有收到本簇簇首节点发送的响应消息，它则认为簇首节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的簇首节点：
步骤1001：开始；
步骤1002：簇内节点在移动自组网内中广播新簇首节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤1003：本簇内其他簇内节点收到新簇首节点消息后，比较它的簇内节点ID是否小于簇内节点的簇内节点ID，如果是，进行步骤1005，否则，进行步骤1004；
步骤1004：其他簇内节点继续广播收到的新簇首节点消息，进行步骤1006；
步骤1005：其他簇内节点放弃收到的新簇首节点消息同时广播一个新簇首节点消息；
步骤1006：重复步骤1003～步骤1005，直到本簇内所有簇内节点都收到本簇内具有最小簇内节点ID的簇内节点发送的新簇首节点消息为止；
步骤1007：簇内节点ID最小的簇内节点被选举为新的簇首节点；
步骤1008：结束。
通过选举新的簇首节点，可以确保MANET中节点地址的唯一性，也保证了通信的正确性和路由的正确性。
本发明所述方法中，移动自组网络A与移动自组网络B合并且移动自组网络A中的三元组优先级更高；移动自组网络B中的簇首节点X收到移动自组网络A的中心节点发送的三元组后，由于消息中的三元组优先级高于自己所在网络三元组的优先级，因此，移动自组网络B根据下述过程获取新的IPv6地址：
步骤1101：开始；
步骤1102：簇首节点X向中心节点C发送合并消息；
步骤1103：中心节点C收到合并消息后，将最小未分配簇首节点ID封装到合并响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将合并响应消息发送给簇首节点X；
步骤1104：簇首节点X收到合并响应消息后，将消息内的簇首节点ID与移动自组网络A中的网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将新的IPv6地址发送给其簇内节点并保存新的三元组；
步骤1105：簇内节点收到簇首节点X新的IPv6地址后，更新其IPv6地址中的网络ID、中心节点ID以及簇首节点ID获取新的IPv6地址，同时保存新的三元组；
步骤1106：结束。
通过上述合并过程，可以确保合并后的子网中节点地址的唯一性，实现了通信的正确性和路由的正确性。
有益效果：本发明提供了一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，由于移动自组网节点同时具有主机和路由器两个身份，因此导致移动自组网体系结构和传统网络体系结构不同，所以目前传统网络中的IPv6地址配置方案无法应用到移动自组网络中，迫切需要一种适合移动自组网络使用的地址配置方案。在本发明中，簇首节点从中心节点获取具有唯一性的地址，簇内节点从簇首节点获取具有唯一性的地址，由于地址配置消息的传输控制在一跳范围内，无需进行地址重复检测，提高了地址配置效率，增强了网络扩展性。由于簇首节点分布于整个移动自组网络，因此实现了负载均衡。所述移动自组网络中的节点通过本发明所提供的IPv6地址配置的实现方法，可拥有具有网络唯一性的IPv6地址，从而实现正确的通信。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，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为本发明所述的移动自组网络拓扑结构示意图。
图2为本发明所述IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述邻居节点记录表项结构示意图。
图4为本发明所述的簇建立流程示意图。
图5为本发明所述中心节点选举流程示意图。
图6为本发明所述簇首节点配置IPv6地址流程示意图。
图7为本发明所述簇内节点配置IPv6地址流程示意图。
图8为本发明所述新节点从簇首节点获取IPv6地址流程示意图。
图9为本发明所述新节点从簇内节点获取IPv6地址流程示意图。
图10为本发明所述新中心节点选举流程示意图。
图11为本发明所述新簇首节点选举流程示意图。
图12为本发明所述网络合并流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，在所述方法中，移动自组网络中的每个节点可获取具有网络唯一性的IPv6地址，实现正确的通信。
图1为本发明所述的移动自组网络拓扑结构示意图。所述移动自组网络6包括四类节点：中心节点1、簇首节点2、簇内节点3以及新节点4。将所述移动自组网6络分成多个簇5，其中一个簇的簇首节点设置为中心节点1，其他簇的簇首节点2与中心节点1构成星型拓扑结构。新节点4为未加入任何簇5的节点。中心节点1为簇首节点2及本簇的簇内节点3分配IPv6地址，簇首节点2为本簇的簇内节点3分配IPv6地址。一个移动自组网络6由三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>唯一标识，时间戳为发起新中心节点1选举的时间。
图2为本发明所述IPv6地址结构示意图。中心节点、簇首节点和簇内节点的IPv6地址包括四部分：第一部分是网络ID，它由中心节点采用随机函数生成，长度为128-i-j-n比特，一个移动自组网络中所有节点的网络ID都相同；第二部分为中心节点ID，长度为i比特，它由中心节点采用随机函数生成，一个移动自组网络中所有节点的中心节点ID都相同；第三部分为簇首节点ID，长度为j比特，它由中心节点分配给簇首节点，一个簇的簇首节点的簇首节点ID和本簇内所有簇内节点的簇首节点ID相同；第四部分为簇内节点ID，长度为n比特，它由簇首节点分配给簇内节点；所述i，j和n为小于128的正整数且i、j、n三者之和小于等于128，中心节点的簇首节点ID以及簇内节点ID为0，簇首节点的簇内节点ID为0。
初始状态时，网络ID的设置区间为[1，2128-i-j-n-1]，中心节点ID的设置区间为[1，2i-1]，中心节点为簇首节点的地址分配空间为[1，2j-1]，簇首节点为簇内节点的地址分配空间为[1，2n-1]。
图3为本发明所述邻居节点记录表项结构示意图。初始状态时，所有节点均为新节点且有一个具有网络唯一性的节点ID值，例如MAC地址值。每个节点保存一个邻居节点记录表，邻居节点记录表包括三个域：邻居节点的节点ID值、邻居节点类型以及邻居节点的可分配地址数量，其中新节点的可分配地址数量为0，簇内节点可分配地址数量等于本簇簇首节点的可分配地址数量。
每个节点在一跳范围内定期广播消息，消息负载为节点类型、邻居新节点的数量以及邻居节点可分配地址数量。每个节点通过接收邻居节点广播的消息建立邻居节点记录表。
图4为本发明所述的簇建立流程示意图。新节点建立邻居节点记录表后，如果它的邻居节点包含中心节点或者簇首节点或者簇内节点且其可分配地址数量大于零，则向可分配地址数量最大的中心节点或者簇首节点或者簇内节点请求地址，如果新节点的邻居新节点数量大于所有邻居新节点的邻居新节点总数或者总数相等且其节点ID值最小，新节点则开始建立簇。
新节点建立簇包括如下步骤：
步骤301：开始；
步骤302：新节点向邻居节点记录表中所有邻居新节点发送簇加入请求消息；
步骤303：在规定时间内，判断邻居新节点是否收到多个新节点发送的簇加入请求消息，如果是，进行步骤304，否则进行步骤305；
步骤304：邻居新节点对比多个消息的节点ID值，向节点ID值最小的新节点返回一个簇加入响应消息，进行步骤306；
步骤305：邻居新节点向发送请求消息的新节点返回一个簇加入响应消息；
步骤306：在规定时间内，判断新节点收到的簇加入响应消息的数量是否等于邻居节点记录表中邻居新节点的总数量，如果是，进行步骤307，否则进行步骤311；
步骤307：新节点向所有邻居新节点发送一个簇加入确认消息，同时将自己标识为簇首节点；
步骤308：在规定时间内，邻居新节点是否收到簇加入确认消息，如果是，进行步骤309，否则进行步骤311；
步骤309：邻居新节点将自己标识为簇内节点，记录下本簇的簇首节点ID；
步骤310：完成建立簇；
步骤311：结束。
图5为本发明所述中心节点选举流程示意图。中心节点定期在移动自组网络内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>。如果簇首节点X在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组，则发起中心节点选举操作，包括如下步骤：
步骤401：开始；
步骤402：簇首节点X在移动自组网络内广播新中心节点消息，消息负载为随机产生的网络ID、中心节点ID和时间戳；
步骤403：簇首节点Y收到新中心节点消息后，判断它发送的新中心节点消息优先级是否大于接收到的新中心节点消息的优先级，如果是，进行步骤404，否则进行步骤405；
步骤404：簇首节点Y放弃新中心节点消息，进行步骤407；
步骤405：簇首节点Y继续广播此消息；
步骤406：重复步骤403～步骤405，直到所有簇首节点都收到优先级最高的新中心节点消息；
步骤407：在规定时间内，判断簇首节点发送的新中心节点消息的优先级是否最高，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；
步骤408：簇首节点将自己标识为中心节点；
步骤409：簇首节点记录下新中心节点ID，即发送优先级最高的新中心节点消息的簇首节点ID，同时记录下新中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>；
步骤410：中心节点选举完成；
步骤411：结束。
如果一个新中心节点消息T的时间戳比另外一个新中心节点消息T’的时间戳早，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
如果新中心节点消息T的时间戳与新中心节点消息T’的时间戳相同，则比较消息中的中心节点ID，如果新中心节点消息T的中心节点ID小于新中心节点消息T’中的中心节点ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
如果新中心节点消息T的时间戳和中心节点ID与新中心节点消息T’的时间戳及中心节点ID相同，则比较消息中的网络ID，如果新中心节点消息T的网络ID小于新中心节点消息T’中的网络ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
中心节点选举成功后，中心节点用网络ID和中心节点ID构建成自己的IPv6地址，其中，簇首节点ID及簇内节点ID为0，并定期在自动自组网中广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>。
图6为本发明所述簇首节点配置IPv6地址流程示意图。簇首节点收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤501：开始；
步骤502：簇首节点向中心节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇首节点的节点ID值组成；
步骤503：中心节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇首节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇首节点；
步骤504：簇首节点收到地址响应消息后，将消息内的簇首节点ID与网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，其中簇内节点ID为0；
步骤505：簇首节点成功获取IPv6地址；
步骤506：结束.
簇首节点获取IPv6地址后，开始定期在一跳范围内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量。
图7为本发明所述簇内节点配置IPv6地址流程示意图。簇内节点在规定时间内收到本簇簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤601：开始；
步骤602：簇内节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇内节点ID组成；
步骤603：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤604：簇内节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址；
步骤605：簇内节点成功获取IPv6地址；
步骤606：结束。
图8为本发明所述新节点从簇首节点获取IPv6地址流程示意图。当新节点加入网络后，如果它在规定时间内收到多个簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则向可分配簇内节点ID数量最多的簇首节点H申请地址，包括如下步骤：
步骤701：开始；
步骤702：新节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤703：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给新节点；
步骤704：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤705：新节点获取IPv6地址；
步骤706：结束。
图9为本发明所述新节点从簇内节点获取IPv6地址流程示意图。如果新节点在规定时间内没有收到任何簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则在一跳范围内广播地址请求消息，簇内节点收到地址请求消息后，它向新节点返回其所在簇簇首节点可分配簇内节点ID数量。
新节点向可分配簇内节点ID数量最多的簇内节点申请地址，包括如下步骤：
步骤801：开始；
步骤802：新节点向簇内节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤803：簇内节点收到地址申请消息后，将此消息转发给本簇簇首节点；
步骤804：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤805：簇内节点收到地址响应消息后，将其转发给新节点；
步骤806：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤807：新节点获取IPv6地址；
步骤808：结束。
图10为本发明所述新中心节点选举流程示意图。如果簇首节点在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>，它则认为中心节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的中心节点：
步骤901：开始；
步骤902：簇首节点在移动自组网内中广播新中心节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤903：邻居簇首节点收到新中心节点消息后，比较它的簇首节点ID是否小于簇首节点的簇首节点ID，如果小于，进行步骤905，否则进行步骤904；
步骤904：邻居簇首节点继续广播收到的新中心节点消息，进行步骤906；
步骤905：邻居簇首节点放弃收到的新中心节点消息同时广播一个新中心节点消息；
步骤906：重复步骤903～步骤905，直到移动自组网络内所有簇首节点都收到最小簇首节点ID的簇首节点发送的新中心节点消息为止；
步骤907：簇首节点ID最小的簇首节点被选举为新的中心节点；
步骤908：结束。
图11为本发明所述新簇首节点选举流程示意图。簇内节点定期向本簇簇首节点发送更新消息以示其处于正常工作状态，簇首节点收到簇内节点的更新消息后，向其返回更新响应消息以示其处于正常工作状态；如果簇首节点在规定时间内没有收到簇内节点的更新消息，它则认为簇内节点失效或者脱离移动自组网，并将簇内节点对应的簇内节点ID设置为未配置状态；
如果簇内节点在规定时间内没有收到本簇簇首节点发送的响应消息，它则认为簇首节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的簇首节点：
步骤1001：开始；
步骤1002：簇内节点在移动自组网内中广播新簇首节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤1003：本簇内其他簇内节点收到新簇首节点消息后，比较它的簇内节点ID是否小于簇内节点的簇内节点ID，如果是，进行步骤1005，否则，进行步骤1004；
步骤1004：其他簇内节点继续广播收到的新簇首节点消息，进行步骤1006；
步骤1005：其他簇内节点放弃收到的新簇首节点消息同时广播一个新簇首节点消息；
步骤1006：重复步骤1003～步骤1005，直到本簇内所有簇内节点都收到本簇内具有最小簇内节点ID的簇内节点发送的新簇首节点消息为止；
步骤1007：簇内节点ID最小的簇内节点被选举为新的簇首节点；
步骤1008：结束。
图12为本发明所述网络合并流程示意图。移动自组网络A与移动自组网络B合并且移动自组网络A中的三元组优先级更高；移动自组网络B中的簇首节点X收到移动自组网络A的中心节点发送的三元组后，由于消息中的三元组优先级高于自己所在网络三元组的优先级，因此，
移动自组网络B根据下述过程获取新的IPv6地址：
步骤1101：开始；
步骤1102：簇首节点X向中心节点C发送合并消息；
步骤1103：中心节点C收到合并消息后，将最小未分配簇首节点ID封装到合并响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将合并响应消息发送给簇首节点X；
步骤1104：簇首节点X收到合并响应消息后，将消息内的簇首节点ID与移动自组网络A中的网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将新的IPv6地址发送给其簇内节点并保存新的三元组；
步骤1105：簇内节点收到簇首节点X新的IPv6地址后，更新其IPv6地址中的网络ID、中心节点ID以及簇首节点ID获取新的IPv6地址，同时保存新的三元组；
步骤1106：结束。
综上所述，本发明提供了动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，此项技术可以应用于车载监控、医疗健康、军事国防等诸多领域，例如，在车载监控领域，可将动态移动自组网络IPv6地址配置技术应用于道路拥塞监控，每台车辆为一个移动自组网节点，它们配置地址后，可以进行信息通信，传输道路交通情况，以有效避免道路拥塞，保持交通畅通，因此，本技术具有很高的推广价值。
本发明提供了一种动态移动自组网络IPv6地址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 (9)
1.一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，所述移动自组网络包括四类节点：中心节点、簇首节点、簇内节点以及新节点；
将所述移动自组网络分成多个簇，其中一个簇的簇首节点设置为中心节点，其他簇的簇首节点与中心节点构成星型拓扑结构；
新节点为未加入任何簇的节点；
中心节点为簇首节点及本簇的簇内节点分配IPv6地址，簇首节点为本簇簇内节点分配IPv6地址；
中心节点、簇首节点和簇内节点的IPv6地址包括四部分：第一部分是网络ID，它由中心节点采用随机函数生成，长度为128-i-j-n比特，一个移动自组网络中所有节点的网络ID都相同；第二部分为中心节点ID，长度为i比特，它由中心节点采用随机函数生成，一个移动自组网络中所有节点的中心节点ID都相同；第三部分为簇首节点ID，长度为j比特，它由中心节点分配给簇首节点，一个簇的簇首节点的簇首节点ID和本簇内所有簇内节点的簇首节点ID相同；第四部分为簇内节点ID，长度为n比特，它由簇首节点分配给簇内节点；所述i,j和n为小于128的正整数且i,j、n三者之和小于等于128，中心节点的簇首节点ID以及簇内节点ID为0，簇首节点的簇内节点ID为0；
初始状态时，网络ID的设置区间为[1,2128-i-j-n-1]，中心节点ID的设置区间为[1,2i-1]，中心节点为簇首节点的地址分配空间为[1,2j-1]，簇首节点为簇内节点的地址分配空间为[1,2n-1]；
一个移动自组网络由三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>唯一标识，时间戳为发起新中心节点选举的时间；
初始状态时，所有节点均为新节点且有一个具有网络唯一性的节点ID值，每个节点保存一个邻居节点记录表，邻居节点记录表包括三个域：邻居节点节点ID值、邻居节点类型以及邻居节点可分配地址数量；其中新节点的可分配地址数量为0，簇内节点可分配地址数量等于本簇簇首节点的可分配地址数量；
每个节点在一跳范围内定期广播消息，消息负载为节点类型、邻居新节点的数量以及邻居节点可分配地址数量；每个节点通过接收邻居节点广播的消息建立邻居节点记录表；
新节点建立邻居节点记录表后，如果它的邻居节点包含中心节点或者簇首节点或者簇内节点且其可分配地址数量大于零，则向可分配地址数量最大的中心节点或者簇首节点或者簇内节点请求地址，如果新节点的邻居新节点数量大于所有邻居新节点的邻居新节点总数或者总数相等且其节点ID值最小，新节点则开始建立簇；
新节点建立簇包括如下步骤：
步骤301：开始；
步骤302：新节点向邻居节点记录表中所有邻居新节点发送簇加入请求消息；
步骤303：在规定时间内，判断邻居新节点是否收到多个新节点发送的簇加入请求消息，如果是，进行步骤304，否则进行步骤305；
步骤304：邻居新节点对比多个消息的节点ID值，向节点ID值最小的新节点返回一个簇加入响应消息，进行步骤306；
步骤305：邻居新节点向发送请求消息的新节点返回一个簇加入响应消息；
步骤306：在规定时间内，判断新节点收到的簇加入响应消息的数量是否等于邻居节点记录表中邻居新节点的总数量，如果是，进行步骤307，否则进行步骤311；
步骤307：新节点向所有邻居新节点发送一个簇加入确认消息，同时将自己标识为簇首节点；
步骤308：在规定时间内，邻居新节点是否收到簇加入确认消息，如果是，进行步骤309，否则进行步骤311；
步骤309：邻居新节点将自己标识为簇内节点，记录下本簇的簇首节点ID；
步骤310：完成建立簇；
步骤311：结束。
2.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，中心节点定期在移动自组网络内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>；
如果簇首节点X在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组，则发起中心节点选举操作，其过程如下：
步骤401：开始；
步骤402：簇首节点X在移动自组网络内广播新中心节点消息，消息负载为随机产生的网络ID、中心节点ID和时间戳；
步骤403：簇首节点Y收到新中心节点消息后，判断它发送的新中心节点消息优先级是否大于接收到的新中心节点消息的优先级，如果是，进行步骤404，否则进行步骤405；
步骤404：簇首节点Y放弃新中心节点消息，进行步骤407；
步骤405：簇首节点Y继续广播此消息；
步骤406：重复步骤403～步骤405，直到所有簇首节点都收到优先级最高的新中心节点消息；
步骤407：在规定时间内，判断簇首节点发送的新中心节点消息的优先级是否最高，如果是，进行步骤408，否则进行步骤409；
步骤408：簇首节点将自己标识为中心节点；
步骤409：簇首节点记录下新中心节点ID，即发送优先级最高的新中心节点消息的簇首节点ID，同时记录下新中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>；
步骤410：中心节点选举完成；
步骤411：结束；
如果一个新中心节点消息T的时间戳比另外一个新中心节点消息T’的时间戳早，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’；
如果新中心节点消息T的时间戳与新中心节点消息T’的时间戳相同，则比较消息中的中心节点ID，如果新中心节点消息T的中心节点ID小于新中心节点消息T’中的中心节点ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’；
如果新中心节点消息T的时间戳和中心节点ID与新中心节点消息T’的时间戳及中心节点ID相同，则比较消息中的网络ID，如果新中心节点消息T的网络ID小于新中心节点消息T’中的网络ID，则新中心节点消息T的优先级高于新中心节点消息T’。
3.根据权利要求2所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，中心节点选举成功后，中心节点用网络ID和中心节点ID构建成自己的IPv6地址，其中，簇首节点ID及簇内节点ID为0，并定期在移动自组网中广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>。
4.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，簇首节点收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤501：开始；
步骤502：簇首节点向中心节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇首节点的节点ID值组成；
步骤503：中心节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇首节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇首节点；
步骤504：簇首节点收到地址响应消息后，将消息内的簇首节点ID与网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，其中簇内节点ID为0；
步骤505：簇首节点成功获取IPv6地址；
步骤506：结束；
簇首节点获取IPv6地址后，开始定期在一跳范围内广播三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量。
5.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，簇内节点在规定时间内收到本簇簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、节点ID值以及可分配簇内节点ID数量后，它根据下述过程获取IPv6地址：
步骤601：开始；
步骤602：簇内节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及簇内节点ID组成；
步骤603：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤604：簇内节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址；
步骤605：簇内节点成功获取IPv6地址；
步骤606：结束。
6.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，当新节点加入网络后，如果它在规定时间内收到多个簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则向可分配簇内节点ID数量最多的簇首节点H申请地址，包括如下步骤：
步骤701：开始；
步骤702：新节点向簇首节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤703：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给新节点；
步骤704：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤705：新节点获取IPv6地址；
步骤706：结束；
如果新节点在规定时间内没有收到任何簇首节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>、网络ID值以及可分配簇内节点ID数量，它则在一跳范围内广播地址请求消息，簇内节点收到地址请求消息后，它向新节点返回其所在簇簇首节点可分配簇内节点ID数量；
新节点向可分配簇内节点ID数量最多的簇首节点申请地址，包括如下步骤：
步骤801：开始；
步骤802：新节点向簇内节点发送地址请求消息，消息的源地址由网络ID，中心节点ID及新节点的网络ID值组成；
步骤803：簇内节点收到地址申请消息后，将此消息转发给本簇簇首节点；
步骤804：簇首节点收到地址请求消息后，将最小未分配的簇内节点ID封装到地址响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将地址响应消息发送给簇内节点；
步骤805：簇内节点收到地址响应消息后，将其转发给新节点；
步骤806：新节点收到地址响应消息后，将消息内的簇内节点ID与网络ID、中心节点ID及簇首节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将自己标识为簇内节点，记录下簇首节点的地址；
步骤807：新节点获取IPv6地址；
步骤808：结束。
7.根据权利要求6所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，如果簇首节点在规定时间内没有收到中心节点广播的三元组<网络ID，中心节点ID，时间戳>，它则认为中心节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的中心节点：
步骤901：开始；
步骤902：簇首节点在移动自组网内中广播新中心节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤903：邻居簇首节点收到新中心节点消息后，比较它的簇首节点ID是否小于簇首节点的簇首节点ID，如果小于，进行步骤905，否则进行步骤904；
步骤904：邻居簇首节点继续广播收到的新中心节点消息，进行步骤906；
步骤905：邻居簇首节点放弃收到的新中心节点消息同时广播一个新中心节点消息；
步骤906：重复步骤903～步骤905，直到移动自组网络内所有簇首节点都收到最小簇首节点ID的簇首节点发送的新中心节点消息为止；
步骤907：簇首节点ID最小的簇首节点被选举为新的中心节点；
步骤908：结束。
8.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，簇内节点定期向本簇簇首节点发送更新消息以示其处于正常工作状态，簇首节点收到簇内节点的更新消息后，向其返回更新响应消息以示其处于正常工作状态；如果簇首节点在规定时间内没有收到簇内节点的更新消息，它则认为簇内节点失效或者脱离移动自组网，并将簇内节点对应的簇内节点ID设置为未配置状态；
如果簇内节点在规定时间内没有收到本簇簇首节点发送的响应消息，它则认为簇首节点失效或者脱离移动自组网，并根据下述过程选举新的簇首节点：
步骤1001：开始；
步骤1002：簇内节点在移动自组网内中广播新簇首节点消息，消息负载为原来的三元组<网络ID、中心节点ID和时间戳>；
步骤1003：本簇内其他簇内节点收到新簇首节点消息后，比较它的簇内节点ID是否小于簇内节点的簇内节点ID，如果是，进行步骤1005，否则，进行步骤1004；
步骤1004：其他簇内节点继续广播收到的新簇首节点消息，进行步骤1006；
步骤1005：其他簇内节点放弃收到的新簇首节点消息同时广播一个新簇首节点消息；
步骤1006：重复步骤1003～步骤1005，直到本簇内所有簇内节点都收到本簇内具有最小簇内节点ID的簇内节点发送的新簇首节点消息为止；
步骤1007：簇内节点ID最小的簇内节点被选举为新的簇首节点；
步骤1008：结束。
9.根据权利要求1所述的一种动态移动自组网络IPv6地址配置的实现方法，其特征在于，移动自组网络A与移动自组网络B合并且移动自组网络A中的三元组优先级更高；移动自组网络B中的簇首节点X收到移动自组网络A的中心节点发送的三元组后，移动自组网络B根据下述过程获取新的IPv6地址：
步骤1101：开始；
步骤1102：簇首节点X向中心节点C发送合并消息；
步骤1103：中心节点C收到合并消息后，将最小未分配簇首节点ID封装到合并响应消息中，同时将其设置为已分配状态，然后将合并响应消息发送给簇首节点X；
步骤1104：簇首节点X收到合并响应消息后，将消息内的簇首节点ID与移动自组网络A中的网络ID和中心节点ID相结合形成自己的IPv6地址，同时将新的IPv6地址发送给其簇内节点并保存新的三元组；
步骤1105：簇内节点收到簇首节点X新的IPv6地址后，更新其IPv6地址中的网络ID、中心节点ID以及簇首节点ID获取新的IPv6地址，同时保存新的三元组；
步骤1106：结束。
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