[发明专利]一种基于6LoWPAN的无线传感器网络节能数据传递方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能数据传递方法，适用于基于6LoWPAN的无线传感器网络。

技术背景

无线传感器网络通常把IEEE 802.15.4作为通信标准，它被广泛应用于环境观测、智能家居、医疗护理、交通监控等领域。在IEEE 802.15.4标准中，网络设备具有低功耗、低数据传输率、短通信距离、短数据包长度等特点。例如，该标准规定链路层最大传输单元MTU即Maximum Transmission Unit的大小为127字节；工作于2.4GHz频段的无线设备最大数据传输速率为250kbps；除了64位的全球唯一扩展地址，还支持16位的短地址格式。

IPv6是IETF即互联网工程任务组设计的用于替代现行版本4的IP协议即IPv4的下一代IP协议。IPv6的地址长度为128位，且IPv6数据包的最小MTU达1280字节。因为IEEE 802.15.4数据链路层的MTU只能达到127字节，所以IPv6数据包在基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络中传输时，需要将数据包分片传输。2007年8月1日，IETF起草并发布了RFC 4919，提出了6LoWPAN协议以支持在基于IEEE 802.15.4标准的无线个域网络中传递IPv6数据包。6LoWPAN的主要特点有三个：数据包分片、头部压缩以及第二层转发数据包。6LoWPAN在网络层和数据链路层之间添加一个适应层即adaptation layer。这样，路由既可以在网络层进行，也可以在新增的适应层进行。前者称为ROR即route-over routing；后者称为MUR即mesh-under routing。

在本发明之前，相关的发明有：

2010年10月18日，常熟理工学院王晓楠申请了专利“一种6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法”。在该发明中，移动网络节点无需经过所在移动网络的移动路由器代理建立隧道即可与通信节点通信，移动网络节点可根据目的通信节点的IPv6地址准确判断此通信节点是否与移动网络节点处于同一个6LoWPAN网络内，从而建立到达目的通信节点的最优路由路径，缩短数据传输延迟。

2010年11月23日，常熟理工学院王晓楠申请了专利“一种6LoWPAN无线传感器网络路由方法”。该方法把无线传感器网络的节点分为全功能传感器节点和部分功能传感器节点两类，此外，还将传感器节点的IPv6地址分为全局路由前缀和传感器节点ID两部分。全功能节点包含一个路由表，传感器节点通过路由表建立到达目的节点的路径从而实现数据通信。当路径中的全功能传感器节点失效时，可通过路由表自动实现路由修复功能。

2011年1月26日，武汉邮电科学研究院郝俊瑞申请了专利“一种基于6LoWPAN邻居发现的树状路由方法”。在6LoWPAN传感器节点加入网络时，该方法建立树状拓扑的根节点，并对它们配置网络的基本信息。若发生叶子节点失效、离开、移动三种情况之一时，则触发路由修复过程。该方法无需发送和接收额外的路由协议报文，降低了整个网络的能耗和路由开销。

2011年8月10日，北京邮电大学黄小红等人申请专利“6LoWPAN网络面向HTTP协议的TCP首部压缩方法”。该方法在适应层先完成IP首部与IP扩展首部的压缩，然后按照报头压缩结构、编码和队列的方式对TCP首部进行压缩，保证了压缩方法的兼容性和操作实现的简便性。形成的6LoWPAN数据报再交到数据链路层，经数据链路层和物理层将帧发送给接收端。该方法减少了数据链路层的数据分片，提高了通信效率。

如前所述，6LoWPAN网络在原有TCP/IP协议栈的IP层和MAC层之间加入了适应层。路由决策由IP层来完成的称为ROR，路由决策在适应层层完成的称为MUR。