專利名稱：一種基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法，適用于基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常把IEEE 802. 15. 4作為通信標(biāo)準(zhǔn)，它被廣泛應(yīng)用于環(huán)境觀測、智能家居、醫(yī)療護(hù)理、交通監(jiān)控等領(lǐng)域。在IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率、短通信距離、短數(shù)據(jù)包長度等特點(diǎn)。例如，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鏈路層最大傳輸單兀MTU即Maximum Transmission Unit的大小為127字節(jié)；工作于2. 4GHz頻段的無線設(shè)備最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps ;除了 64位的全球唯一擴(kuò)展地址，還支持16位的短地址格式。IPv6是IETF即互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本4的IP協(xié)議即IPv4 的下一代IP協(xié)議。IPv6的地址長度為128位，且IPv6數(shù)據(jù)包的最小MTU達(dá)1280字節(jié)。因?yàn)镮EEE 802. 15. 4數(shù)據(jù)鏈路層的MTU只能達(dá)到127字節(jié)，所以IPv6數(shù)據(jù)包在基于IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，需要將數(shù)據(jù)包分片傳輸。2007年8月I日，IETF起草并發(fā)布了 RFC 4919，提出了 6LoWPAN協(xié)議以支持在基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)中傳遞IPv6數(shù)據(jù)包。6LoWPAN的主要特點(diǎn)有三個(gè)數(shù)據(jù)包分片、頭部壓縮以及第二層轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。6LoWPAN在網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間添加一個(gè)適應(yīng)層即adaptation layer。這樣，路由既可以在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行，也可以在新增的適應(yīng)層進(jìn)行。前者稱為ROR即!"oute-overrouting ;后者稱為 MUR 即 mesh-under routing。在本發(fā)明之前，相關(guān)的發(fā)明有2010年10月18日，常熟理工學(xué)院王曉楠申請了專利“一種6LoWPAN的嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化方法”。在該發(fā)明中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無需經(jīng)過所在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)路由器代理建立隧道即可與通信節(jié)點(diǎn)通信，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可根據(jù)目的通信節(jié)點(diǎn)的IPv6地址準(zhǔn)確判斷此通信節(jié)點(diǎn)是否與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處于同一個(gè)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，從而建立到達(dá)目的通信節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路由路徑，縮短數(shù)據(jù)傳輸延遲。2010年11月23日，常熟理工學(xué)院王曉楠申請了專利“一種6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法”。該方法把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分為全功能傳感器節(jié)點(diǎn)和部分功能傳感器節(jié)點(diǎn)兩類，此外，還將傳感器節(jié)點(diǎn)的IPv6地址分為全局路由前綴和傳感器節(jié)點(diǎn)ID兩部分。全功能節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)路由表，傳感器節(jié)點(diǎn)通過路由表建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。當(dāng)路徑中的全功能傳感器節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，可通過路由表自動(dòng)實(shí)現(xiàn)路由修復(fù)功能。2011年I月26日，武漢郵電科學(xué)研究院郝俊瑞申請了專利“一種基于6LoWPAN鄰居發(fā)現(xiàn)的樹狀路由方法”。在6LoWPAN傳感器節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該方法建立樹狀拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)，并對它們配置網(wǎng)絡(luò)的基本信息。若發(fā)生葉子節(jié)點(diǎn)失效、離開、移動(dòng)三種情況之一時(shí)，則觸發(fā)路由修復(fù)過程。該方法無需發(fā)送和接收額外的路由協(xié)議報(bào)文，降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗和路由開銷。2011年8月10日，北京郵電大學(xué)黃小紅等人申請專利“6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)面向HTTP協(xié)議的TCP首部壓縮方法”。該方法在適應(yīng)層先完成IP首部與IP擴(kuò)展首部的壓縮，然后按照報(bào)頭壓縮結(jié)構(gòu)、編碼和隊(duì)列的方式對TCP首部進(jìn)行壓縮，保證了壓縮方法的兼容性和操作實(shí)現(xiàn)的簡便性。形成的6LoWPAN數(shù)據(jù)報(bào)再交到數(shù)據(jù)鏈路層，經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層將幀發(fā)送給接收端。該方法減少了數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)分片，提高了通信效率。如前所述，6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)在原有TCP/IP協(xié)議棧的IP層和MAC層之間加入了適應(yīng)層。路由決策由IP層來完成的稱為R0R，路由決策在適應(yīng)層層完成的稱為MUR0如

圖1，當(dāng)一條路徑由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，且節(jié)點(diǎn)之間的鏈路均基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在ROR和MUR這兩種路由算法中，把數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)Atl發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)An的過程是不同的。在ROR中，數(shù)據(jù)包首先被源節(jié)點(diǎn)A0分成多個(gè)分片，每個(gè)分片以IP協(xié)議傳遞，即以節(jié)點(diǎn)An的IP地址作為數(shù)據(jù)包頭部的目的地址。源節(jié)點(diǎn)Atl根據(jù)路由表選擇節(jié)點(diǎn)A1為下一跳，把所有分片發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)A,。節(jié)點(diǎn)A1在接收到所有分片后，把這些分片拼裝為原來的數(shù)據(jù)包，交給網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層讀出數(shù)據(jù)包頭部的目的IP地址之后，根據(jù)路由表做出路由決策即選擇A2為下一跳，然后，把拼裝后的數(shù)據(jù)包重新分片，并把所有分片傳給下一跳節(jié)點(diǎn)A2，節(jié)點(diǎn)A2在接收到所有分片后，把這些分片拼裝為原來的數(shù)據(jù)包。依此類推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)K。MUR的數(shù)據(jù)傳遞過程與ROR是不同的。在MUR中，路由在適應(yīng)層進(jìn)行數(shù)據(jù)包首先被分片，所有分片按照局部鏈路地址即Local-Iink地址逐跳轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)An。在IPv6中，局部鏈路地址的前綴是FE80: : /64。目的節(jié)點(diǎn)An在接收到所有的分片之后，將這些分片拼裝為源節(jié)點(diǎn)Atl所發(fā)送的數(shù)據(jù)包。無論是ROR路由策略，還是MUR路由策略，如果在傳輸鏈路上丟失了數(shù)據(jù)包中的一個(gè)或多個(gè)分片，那么該數(shù)據(jù)包的所有分片都需要重傳。但是，前者只在一跳的鏈路上進(jìn)行重傳，而后者需要進(jìn)行端到端的重傳。因此，當(dāng)信源到信宿之間路徑較長即路徑上的鏈路數(shù)數(shù)過大時(shí)，MUR的數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)就會(huì)變得很大，從而浪費(fèi)節(jié)點(diǎn)的能量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MUR路由策略因?yàn)樾旁吹叫潘拗g鏈路跳數(shù)過大從而導(dǎo)致能耗過大這一弊端，本發(fā)明提供一種有效降低節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)包的能耗、降低數(shù)據(jù)包的重傳遞次數(shù)以及通信時(shí)延的基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法。為了解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案為
一種基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法包括以下過程首先，通過在信源和信宿之間尋找一個(gè)最優(yōu)的臨時(shí)拼裝節(jié)點(diǎn)TAN，選擇臨時(shí)拼裝節(jié)點(diǎn)TAN的方法如下步驟I :以〈A。Aj)表示連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Aj的鏈路，以<A。，A1,... ,An>表示以Atl為信源節(jié)點(diǎn)、An為信宿節(jié)點(diǎn)并且經(jīng)過節(jié)點(diǎn)A1, A2, A3,...和Alri的數(shù)據(jù)包傳遞路徑，共n跳。步驟2 :按式(19)計(jì)算 Eavg(n),并取 Min_E=Eavg(n),并記 Best_Pair= {n}。Eavg{n) E PsuccEfoI, +(I-PbuJE^a,
權(quán)利要求
1.一種基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法包括以下過程 首先，通過在信源和信宿之間尋找一個(gè)最優(yōu)的臨時(shí)拼裝節(jié)點(diǎn)TAN，選擇臨時(shí)拼裝節(jié)點(diǎn)TAN的方法如下 步驟I :以〈A。Aj)表示連接節(jié)點(diǎn)Ai和節(jié)點(diǎn)Aj的鏈路，以〈A。，A1, , An>表示以Atl為信源節(jié)點(diǎn)、An為信宿節(jié)點(diǎn)并且經(jīng)過節(jié)點(diǎn)A1, A2, A3,...和Alri的數(shù)據(jù)包傳遞路徑，共n跳。
步驟 2 :按式(19)計(jì)算 Eavg (n),并取 Min_E=Eavg(n),并記 Best_Pair= {n}。
全文摘要
一種基于6LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳遞方法，通過在信源和信宿之間尋找一個(gè)最優(yōu)的臨時(shí)拼裝節(jié)點(diǎn)TAN，信源先把IPv6數(shù)據(jù)包分片再將分片逐一通過6LoWPAN協(xié)議的MUR路由即Mesh-under Routing方法將數(shù)據(jù)包傳遞到TAN，TAN將所有接收到的分片拼裝成原來的IPv6數(shù)據(jù)包，然后，再把該IPv6數(shù)據(jù)包分片且逐一把分片通過MUR傳遞到信宿節(jié)點(diǎn)，以此降低節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的總能耗。其中，“TAN尋找方法”是本發(fā)明的關(guān)鍵，其核心是式(19)。本發(fā)明可以降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)包的能耗、數(shù)據(jù)包的重傳次數(shù)以及通信時(shí)延。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102711211SQ201210179768
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者戴光麟, 朱益軍, 朱藝華, 池凱凱, 陳淦 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)