[发明专利]基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法，属于无线6LoWPAN协议栈研究领域。

背景技术

物联网(Internet of Things，IoT)感知层由大量能量、计算能力和存储能力等资源受限的嵌入式设备组成。这些资源受限的嵌入式设备以无线的方式互联成低功耗、低带宽的无线网络。实现无线传感器网络中的异构嵌入式设备之间的互联互通、更好的将网络中的嵌入式设备与现有的IP互联网无缝连接，成为当今无线传感器网络面临的新挑战。

IETF于2004年11月正式成立(IPv6over Low Power Wireless Personal Area Network)6LoWPAN工作组，将IPv6引入以IEEE802.15.4为底层标准的无线个域网。6LoWPAN是一种研究将IPv6协议应用于无线嵌入式设备上的技术。该技术的出现很好的满足了无线传感器网络在应用和功能方面新的需求，实现了IPv6网络层与IEEE802.15.4MAC层的无缝连接。随着IETF对低功耗IPv6网络协议深入的研究，2008年ISA组织制定了一个基于6LoWPAN的标准-SP100.11A，它是一个无线工业自动化系统的标准。同年IP500联盟也开始推广基于6LoWPAN的技术。6LoWPAN网络已经应用于人们生活的方方面面，如室内和建筑工业、卫生保健工业、个人健康、工业自动化、实时环境监测和汽车工业等。

6LoWPAN网络本质上是一种特殊的无线传感器网络，具有以下几个方面的特点：(1)网络节点大规模部署，且节点采用无线通信方式，带宽资源受限；(2)网络层对上层协议数据单元采用IPv6头进行封装；(3)节点资源(能量、存储能力和计算能力等)极其受限，在复杂环境下节点易于失效；(4)通常情况下，节点部署在无人值守的环境中并采用电池供电，能量补充困难，因此能量优化问题对于网络的正常运行尤为重要；(5)6LoWPAN网络的设计是面向具体应用，不同应用对于QoS有不同的要求；(6)6LoWPAN网络中节点采集的数据量大，且在时间和空间维度上的冗余性高。针对6LoWPAN以上特点，减少网络中传输的数据量，提高数据传输效率，降低数据包在无线信道中传输时的冲突，节约能量是6LoWPAN网络在设计和研究时需考虑的重要问题之一。

数据聚合技术是一种对节点采集或者接收的多个数据进行聚合处理的技术。该技术通过去除冗余数据、减少网络中传输的数据量，来节约数据发送和接收时的带宽资源，提高网络数据采集效率。然而，数据聚合同样带来了数据传输时延的问题。因此，综合考虑网络中的数据聚合以及区分数据实时性成为研究的重点。

因此，有必要设计一种基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法，该基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法通过增加数据聚合功能，实现动态数据聚合机制来减少网络层和MAC层之间的数据通信量，提高网络的实时性。

发明的技术解决方案如下：

一种基于6LoWPAN协议栈的数据聚合方法，适配层输入队列接收网络层输出的数据包后，根据报头字段中的通信类别(Traffic Class)判断该数据包是否为实时性数据：

A)若为实时性数据，则将数据包直接输出到适配层输出队列；

B)若为非实时性数据，则将该数据包在时间粒度T内经过数据聚合处理再输出到适配层输出队列；当Hash表中任意一个链表的长度Length＝1/(1-D)时，才触发聚合，是否要加入这一条件在这个步骤中；其中D聚合度；

所述时间粒度T是一个时间阈值；

所述数据聚合处理是指根据数据包报头中的目的地址(Destination Address)对接收到的数据包分类，即将目的地址相同的数据包进行聚合，以及按聚合度D和分类进行数据聚合(数据聚合即将多个数据包进行合并)，所述聚合度为参与数据聚合的数据包个数。

聚合度D的默认值为0，聚合度D的动态调整方法如下：

(1)当适配层输出队列排队时延Queuing Delay≥T，同时(Queuing Delay-T)/T不大于1时，使得聚合度D增加(Queuing Delay-T)*D/T，以降低网络层数据包进入适配层输出队列的速度，减少网络中数据包个数，降低MAC层数据冲突；公式中，【D不为整数】；

其中，T为时间粒度，T＝αM/S；

其中α为取值为0～1的相关因子；