[发明专利]无线传感器网络IPv6路由协议报文分片重组的方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种无线传感器网络IPv6路由协议报文分片重组的方法。

背景技术

当前无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)存在体制多样，协议不同，互联互通存在困难的特点。传感网IEEE802.15.4仅对物理层和介质访问控制(MAC)层给出了规范，Zigbee协议提供了网络层及以上的通信协议，但仍无法实现到IP网络的无缝联接。针对与现有IP网络的互联互通问题，近年来IETF(Internet工程任务组)开展了深入研究，成立了6LoWPAN工作组，研究制定在LoWPAN(Low-Power Wireless Personal Area Networks)上运行IPv6(Internet Protocol Version 6)协议栈的一系列技术与标准，利用IEEE802.15.4链路支持基于IP的通信，遵守开放标准以及保证与其它IP设备的互操作性，使WSN节点可以IP化。与传统的因特网TCP/IP协议体系结构相比，6LoWPAN在层次结构上多了一个适配层，该层是保证6LoWPAN网络正常运行的关键，主要完成IPv6协议帧的分片重组，帧头压缩及mesh-under路由等过程。

在6LoWPAN(IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks，基于IPv6的低功耗无线个域网)网络中，数据包的传输需要多个中间节点的转发。数据包由源到目的节点需要经过两个过程：转发和路由。RFC4919指出6LoWPAN中的路由协议应满足路由过程低开销，内存占用小，支持休眠机制以减少能量消耗等要求。此外，IPv6协议中规定的链路层最小MTU(maximum transmission unit)为1280bytes，而IEEE802.15.4物理层MTU为127bytes，数据帧控制开销最多要消耗25bytes，因此数据链路层只有102bytes可用。当一个IP数据报经过报头压缩后长度大于102bytes时，源节点或者中间节点的适配层须对其进行分片，然后接收节点或者中间节点对其进行重组恢复完整数据报，减少IPv6协议在IEEE802.15.4协议上实现的障碍。根据路由协议在协议栈的位置不同可以分为两类：一类为Mesh-under，路由决策在6LoWPAN适配层，利用mesh报头进行简单的二层转发；另一类为Route-over，路由决策在网络层，主要为IETF ROLL工作组提出的RPL(IPv6 Routing Protocol for LLNs)协议。

Mesh-under路由协议具有简单、快速、低开销等优点，但其缺陷也十分明显。第一，Mesh路由是在适配层上进行，因此传感器网络将不具有任何IP化的特征。第二，现有互联网的网络管理和诊断工具都是基于IP的，这些工具不适用于Mesh-under路由。第三，Mesh-under路由不支持超大规模组网，可扩展性差。

Route-over路由转发是真正适合6LoWPAN网络的转发方式，这种方式对适配层的数据格式没有任何特殊要求，网络层收到数据报时，适配层已完成了数据报的解压缩过程。然而传统的基于Route-over协议的IP报文分片重组中，每个中间节点都可作为一个IP路由器，数据报由源节点逐跳转发至目的节点。在转发过程中，适配层每接收到一个分片，都会将其复制到重组缓存区中，待所有的分片都到达并进入缓存区，整个IP报文的分片重组完成，适配层将其送至网络层进行路由获取下一跳节点的IP地址。随后，适配层重新对该数据包进行分片，根据获取的下一跳MAC地址将分片发送出去，直至数据报到达目的节点，重组完成并送至上层。然而，这种方法存在很大问题，即数据报在每个中间节点都要进行重组分片才转发出去，在一些无线通信条件下，例如频分双工、竞争信道等，都会增加IP报文端到端到传输时延，此外，中间节点需要缓存每一个到来的分片直至重组恢复出完整的数据包，若出现重组失败，则会导致存储空间利用率低，计算复杂。

发明内容

本发明所要解决的是现有无线传感器网络6LowPAN协议中Route-over分片重组过程中数据报逐跳重组分片然后才转发而造成端到端时延增大、存储空间利用率低的问题，提供一种无线传感器网络IPv6路由协议报文分片重组的方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

无线传感器网络IPv6路由协议报文分片重组的方法，包括如下步骤：