[发明专利]一种基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线传感器网络技术领域，具体涉及一种IPv6工业无线网络的路由方法。

背景技术

随着无线技术的发展，传统的现场总线结构已经不能满足工业现场的应用需求，工业无线传感器技术以其不用布线、可广泛分布、应用灵活、成本较低等优势成为工业领域的研究热点。由于工业环境一般具有高危险、低带宽等特点，无线设备的资源有限，且需长时间运行，因此要在这种低功率、有损耗的设备上实施无线技术，必须合理的安排时间、信道和带宽等资源，并充分考虑能耗的问题，调度机制便在这种情况下应运而生。针对工业无线传感器网络的这些特点，在工业环境下建立基于确定性调度和高可靠性及实时性的无线传感器网络已成为一种迫切的需求。

同时，随着工业无线技术的发展，全球布置的无线节点可能是海量的，IPv6技术为海量节点的应用提供了保障。而6LoWPAN标准是目前应用最广泛的基于IPv6的短距离无线标准，必然成为工业无线传感器网络应用领域的主流标准。然而工业应用环境中的数据应用等级严格并且种类繁多，同时工业应用环境对确定性、可靠性要求较高，这些特性对6LoWPAN的应用提出了挑战。

为了迎合工业应用环境的确定性、实时性和可靠性的要求，提出一种合理的路由方法是有必要的，正如中国专利：《基于调度与链路质量的无线传感器网络路由方法》（申请号：201010182448.1）文中所指出的。尽管目前已经涌现出大量的关于工业无线传感器网络的路由方法，但其各种方法均有其局限性，只考虑了确定性、实时性和可靠性中的部分因素，不能很好的迎合工业应用环境的需求。如上述专利通过减小或消除无线传感器网络数据传输过程中容易出现丢包、延时等问题，保障了数据传输的可靠性和实时性，却没有保障其确定性。

本发明针对以上缺点通过改进6LoWPAN系列标准的适配层协议和邻居发现协议，设计调度帧头、SRR和SRC，选择调度时间和信道质量作为路径选择的准则，提出基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，目的在于提高工业无线传感器网络的整体通信性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为，针对现有路由技术无线传感器网络路由方法中主要考虑减小或消除无线传感器网络数据传输过程中容易出现丢包、延时等问题，保障数据传输的可靠性和实时性，而不能保障其确定性的缺陷，本发明根据工业无线传感器网络的特点，提出了一种满足工业环境应用的，能够提高网络整体通信性能的路由方法。根据6LoWPAN系列标准，对其适配层协议和邻居发现协议进行改进；根据工业无线传感器网络的应用需求，选择合适的路由准则，进而实现工业应用确定性、实时性和可靠性要求的工业无线传感器网络路由技术。

本发明解决上述问题的技术方案是，针对工业无线传感器网络的特点，根据6LoWPAN系列协议标准，对其适配层协议和邻居发现协议进行改进，在改进适配层协议的过程中，在适配层帧头中新增了调度帧头，为传输数据标定确定性特征；在改进6LoWPAN邻居发现协议的过程中，增加了新的Internet控制报文协议(ICMP)报文，即调度路由请求报文SRR和调度路由确认报文SRC。通过设计调度帧头、SRR和SRC，并选择调度时间和信道质量作为路径选择的准则，最终采用分布式方式为标记了确定性特征的数据选取一条同时满足两个路由准则的最优通信路径，从而实现满足确定性调度的路由方法。具体为：提出一种基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，包括如下步骤：

a）源节点构造调度路由请求报文SRR；

b）计算源节点到其所有邻居节点的调度时间，用SRR中的调度时间限制STL值减去调度时间，得到新的STL值更新SRR中的STL值，若此新的STL值小于等于零，则终止此链路上的路径查找，若此新的STL值大于等于零，则执行步骤c）；

c）将信道质量域累加上源节点到其邻居节点链路上的信道质量，再将SRR以单播的形式在源节点与其邻居节点的发送时隙发送出去；

d）源节点的邻居节点各自创建一个指向源节点的逆向路由表项，同时将更新了STL值的SRR转发给各自的下一级邻居节点，用SRR中的调度时间限制STL值减去源节点的邻居节点到下一级邻居节点的调度时间，更新SRR中的STL值，对STL值大于等于零的链路，进一步转发到再下一级邻居节点，重复上述过程直到目的节点；

e）目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，建立调度路由确认报文SRC进行路径确认；