[发明专利]一种基于定位信息的移动网络通信实现方法

权利要求书

1.一种基于定位信息的移动网络通信实现方法，其特征在于，所述移动网络包括三种节点：一个网关、一个以上的全功能节点以及一个以上的部分功能节点；网关是固定节点，是用于连接移动网络和IPv6互联网的接入路由器；全功能节点包括骨干全功能节点、定位全功能节点和移动全功能节点，骨干全功能节点和移动全功能节点具有路由转发功能，骨干全功能节点为固定节点；定位全功能节点为固定节点，其地理坐标已知，定位全功能节点用于定位且不具有路由转发功能；部分功能节点为用于收集数据的节点，不具有路由转发功能；定位全功能节点均匀分布于移动网络，骨干全功能节点和移动全功能节点通过定位全功能节点计算自己的地理坐标；

在一个移动网络内，一个网关和所有的骨干全功能节点以及移动全功能节点构建成路由骨干网，其拓扑结构为树状结构，称为网关树，树根节点为网关，中间节点为骨干全功能节点，叶子节点为移动全功能节点；位于两个以上的移动网络覆盖区域内的骨干全功能节点称为公共节点，公共节点具有两个以上IPv6地址，每个IPv6地址分别隶属于不同的移动网络；

一个移动全功能节点与一跳范围内的部分功能节点组成移动簇，簇首节点为移动全功能节点；一个移动簇作为一个整体移动，部分功能节点通过本簇簇首节点所在的网关树与IPv6互联网进行通信；部分功能节点在移动过程中不配置转交地址，在整个生命周期由家乡地址唯一标识，移动全功能节点在移动过程中配置转交地址用于确保路由正确性；

全功能节点和部分功能节点的IPv6地址包括三个部分：第一部分是全局路由前缀，它唯一确定一个移动网络，在一个移动网络中获取的IPv6地址的全局路由前缀都相同，其值等于该移动网络中网关的全局路由前缀；第二部分是节点类型，节点类型值为0，则表明为部分功能节点，节点类型值为1，则表明为骨干全功能节点，节点类型值为2，则表明为移动全功能节点，节点类型值为3，则表明为定位全功能节点；第三部分是节点ID，节点ID唯一标识移动网络中的一个骨干全功能节点、移动全功能节点或者部分功能节点；节点类型和节点ID构成链路地址；网关的链路地址中的节点类型值为1，节点ID为0，骨干全功能节点、移动全功能节点和部分功能节点的节点ID不为0；网关的IPv6地址预先设置；

骨干全功能节点或者移动全功能节点的节点ID的有效长度l与该全功能节点所在网关树的深度d成正比，如公式(1)所示：

l＝σ-2+σ·(d-1)；d≥1，σ＞2 (1)，

其中，σ为比例系数，如果深度d等于1，则可分配全功能地址区间为[1,2^σ-2-1]；如果深度d大于1，则可分配全功能地址区间为[1,2^σ-1]；

网关在一跳范围内定期广播信标帧，信标帧负载为所在移动网络的全局路由前缀；骨干全功能节点或者移动全功能节点通过接收网关的信标帧获取全局路由前缀并获取IPv6地址；骨干全功能节点获取IPv6地址后，在一跳范围内广播信标帧，信标帧负载为全局路由前缀、工作信道和可分配全功能地址区间长度；移动全功能节点不能为其他全功能节点分配IPv6地址，其可分配全功能地址区间长度为0；

骨干全功能节点在获取IPv6地址之前，将自己的MAC地址与全局路由前缀相结合获得临时IPv6地址，节点类型值为1；移动全功能节点在获取IPv6地址之前，将自己的MAC地址与全局路由前缀相结合获得临时IPv6地址，节点类型值为2；定位全功能节点将自己的MAC地址与全局路由前缀相结合获得临时IPv6地址，节点类型值为3；定位全功能节点只用于定位，不获取IPv6地址，始终由临时IPv6地址来标识自己；

全功能节点Y启动后，扫描所有信道并接收邻居网关或者邻居骨干全功能节点广播的信标帧，并选择从所在网关树深度值最小且可分配全功能地址区间不为0的邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1获取IPv6地址；如果所在网关树深度值最小且可分配全功能地址区间不为0的邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1的可分配全功能地址区间长度为[L,U]，L<U，则全功能节点Y从邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1获取IPv6地址的过程为：

步骤101：开始；

步骤102：全功能节点Y向邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1发送全功能地址请求消息，全功能地址请求消息源地址为全功能节点Y的临时IPv6地址，全功能地址请求消息的目的地址为邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1的IPv6地址；

步骤103：邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1收到全功能地址请求消息后，将自己的可分配全功能地址区间长度设置为[L+1，U]，然后构建一个IPv6地址，该IPv6地址的全局路由前缀为自己的IPv6地址的全局路由前缀，节点类型为全功能地址请求消息的源地址中的节点类型，节点ID设置为自己的IPv6地址的节点ID，然后将该IPv6地址中的节点ID有效长度扩展w比特并将扩展的比特位值设置为L，w的值等于比例系数σ；最后，邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1向全功能节点Y返回一个全功能地址响应消息，负载为构建的IPv6地址；

步骤104：全功能节点Y收到全功能地址响应消息后，将自己的IPv6地址设置为全功能地址响应消息负载中的IPv6地址，同时将邻居网关GW1或者骨干全功能节点FN1标记为自己的父节点；

步骤105：如果全功能节点Y为移动全功能节点，那么它将自己的家乡地址和转交地址全部设置为全功能地址响应消息负载中的IPv6地址；

步骤106：结束；

移动网络内的所有骨干全功能节点和移动全功能节点通过步骤101～106获取IPv6地址，同时构建基于网关树的路由骨干网，网关树通过全功能地址请求消息的目的地址即可实现路由；

如果骨干全功能节点能够同时接收来自不同移动网络的骨干全功能节点的信标帧，那么针对每个移动网络，该骨干全功能节点通过步骤101～106获取一个IPv6地址，同时将自己标记为公共节点；公共节点广播的信标帧负载为工作信道信息、可分配全功能地址区间长度，以及其所有IPv6地址的全局路由前缀；

骨干全功能节点只作为路由骨干网的节点存在并且不构建簇，骨干全功能节点的可分配部分功能地址区间长度为0；移动全功能节点获取IPv6地址后，在一跳范围内广播信标帧，信标帧负载为其家乡IPv6地址和可分配部分功能地址区间长度；

部分功能节点启动后，扫描所有信道并接收邻居移动全功能节点广播的信标帧，选择从信号强度最大且可分配部分功能地址区间长度不为0的移动全功能节点获取IPv6地址，如果该移动全功能节点的可分配部分功能地址区间长度为[L1,U1]，L1<U1，部分功能节点从移动全功能节点获取IPv6地址的过程为：

步骤201：开始；

步骤202：部分功能节点向移动全功能节点发送部分功能节点地址请求消息；

步骤203：移动全功能节点收到部分功能节点地址请求消息后，将自己的可分配部分功能地址区间长度设置为[L1+1，U1]，构建一个IPv6地址，将该IPv6地址的全局路由前缀设置为自己的IPv6地址的全局路由前缀，节点类型值为0，节点ID设置为自己的IPv6地址的节点ID，移动全功能节点将该IPv6地址中的节点ID有效长度扩展2w比特，前w比特设置为0，后w比特设置为L1；移动全功能节点向部分功能节点返回一个部分功能地址响应消息，消息负载为构建的IPv6地址；

步骤204：部分功能节点收到部分功能地址响应消息后，将自己的IPv6地址设置为该部分功能地址响应消息负载中的IPv6地址，同时将移动全功能节点标记为簇首节点；

步骤205：结束；

部分功能节点获取IPv6地址后，它的IPv6地址在整个生命周期都保持不变；

骨干全功能节点获取IPv6地址后，扫描所有信道接收邻居骨干全功能节点的信标帧，从而获取邻居骨干全功能节点的工作信道；定位全功能节点扫描所有信道接收邻居骨干全功能节点的信标帧，用于保存邻居骨干全功能节点的工作信道，对于每个邻居骨干全功能节点的工作信道，定位全功能节点广播一个信标帧，信标帧负载为定位全功能节点自己的地理坐标；

如果一个骨干全功能节点或者移动全功能节点收到N_A个定位全功能节点的信标帧，定位全功能节点的地理坐标为(x_i,y_i)，1≤i≤N_A，那么它执行公式(2)和(3)获取自己的地理坐标(x,y)，骨干全功能节点或者移动全功能节点获取地理坐标后，在信标帧中定期广播其地理坐标；

如果骨干全功能节点B1的地理坐标为(x1,y1)，骨干全功能节点B2的地理坐标为(x2,y2)，骨干全功能节点B1和骨干全功能节点B2为邻居节点，骨干全功能节点B1通过接收骨干全功能节点B2的信标帧获取了骨干全功能节点B2的地理坐标(x2，y2)，那么通过公式(4)计算骨干全功能节点B1与骨干全功能节点B2的相对角度φ_B1-B2，其中c为任意正整数；

如果移动全功能节点X的父节点为骨干全功能节点Y，骨干全功能节点Y有N个邻居骨干全功能节点，骨干全功能节点Y接收到N个邻居骨干全功能节点的信标帧获取地理坐标后，计算它与每个邻居骨干全功能节点的相对角度，然后按照相对角度降序排列，排序后的邻居骨干全功能节点记做Zn，1≤n≤N,2≤N；

在骨干全功能节点Y与移动全功能节点X的相对角度为φ_Y-X，骨干全功能节点Y与邻居骨干全功能节点Z_n的相对角度为骨干全功能节点Y与邻居骨干全功能节点Z_{(n+1)MOD N}的相对角度为的条件下，如果骨干全功能节点Y检测到移动全功能节点X与自己的距离大于传输半径的70％，且相对角度φ_Y-X满足公式(5)，

or

那么骨干全功能节点Y执行下述过程来确定移动全功能节点X的下一个父节点：

步骤301：开始；

步骤302：骨干全功能节点Y根据公式(6)和公式(7)计算移动全功能节点X与骨干全功能节点Z_n的绝对角度以及移动全功能节点X与骨干全功能节点Z_{(n+1)MOD N}之间的绝对角度

步骤303：如果大于则进行步骤304，否则进行步骤305；

步骤304：骨干全功能节点Y选择骨干全功能节点Z_n为移动全功能节点X的下一个父节点，执行步骤308；

步骤305：如果小于则执行步骤306，否则执行步骤307；

步骤306：骨干全功能节点Y选择骨干全功能节点Z_{(n+1)MOD N}为移动全功能节点X的下一个父节点，执行步骤308；

步骤307：骨干全功能节点Y重新获取移动全功能节点X的地理坐标，计算绝对角度和绝对角度执行步骤303；

步骤308：结束；