基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法技术

本发明专利技术提供一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，包括以下步骤：入网子节点定期发送DIS包；父节点在DIO包中加入自身参数信息；子节点判断接收的是否为所需的DIO包，若否，丢弃DIO包；子节点提取DIO包中的父节点的自身参数信息；子节点计算子节点到父节点的前向时延；子节点计算自身的最小延时度量；子节点计算子节点到父节点的路径权重值；子节点选出最优的两个候选父节点；子节点对排在首位父节点发送DAO包，示意申请加入该链路。本发明专利技术的基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法有效降低传输时延，使网络在缓解拥塞和减小时延上得到平衡，增大网络吞吐量，在网络中突发大量数据流量时提高无线传感网的效率和性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络的
，特别是涉及一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法。
技术介绍
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)由大规模的传感器节点组成，这些节点通常具有智能感知和一定的数据处理能力。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。传感器常常被部署到恶劣和偏僻的环境中进行远程监控。低功耗无线链路通信的通信方式是一种不可靠不确定的通信模式，因为无线链接的节点无法确定接收节点是否收到了发送节点发送来的信息。这种传输环境的网络被称之为低功耗有损网络(Low power and Lossy Network，LLN)。设计适用于低功耗有损网络的路由协议存在着很大的挑战，主要原因是这种网络中的节点通常有着较低的数据传输速率，有限的处理能力、能量和存储空间，同时节点由不稳定的有损链路连接，网络中数据传输失败的概率很高。现有的无线自组网路由协议如AODV(AdHoc On Demand Vector)、OSPF(Open Shortest Path First)、IS-IS(Intermediate System toIntermediate System)、OLSR(Optimized Link State Routing)均无法满足LLN的需求。因此，IETF的ROLL工作组(Routing Over Low power and Lossy networks Working Group)针对低功耗有损网络的特点设计了RPL路由协议(Routing Protocol for LLN)。RPL协议是一个IPv6路由协议，提供了可在6LoWPAN(IPv6over Low Power Wireless Personal Area Networks)中运行的路由机制。RPL是为LLN而设计的基于IPv6的距离矢量路由协议，通过使用目标函数(ObjectFunction，OF)和度量集合构建具有目的地的有向无环图(Destination Oriented Directed AcyclicGraph，DODAG)。目标函数定义了路由性能的目标，例如低时延、节约能量、高可靠性，利用度量和约束条件的集合计算并决定路径的选择。每个节点维护着它到有向无环图(Directed Acyclic Graph，DAG)根节点的RANK值，RANK值的计算方法取决于目标函数，它描述了节点在DODAG中的深度。RPL路由协议使用三种ICMPv6控制消息来建立和维持DODAG，分别是DODAG请求信息(DODAG Information Solicitation，DIS)，DODAG信息对象(DODAG Information Object，
DIO)和目的地通告(Destination Advertisement Object，DAO)。DODAG根节点通过广播DIO来建立DODAG拓扑。DIO中的OCP(Object Code Point)字段里包含了目标函数的定义，其他节点收到DIO消息之后，会根据OCP来计算自己的rank值，并决定是否加入到这个DODAG当中。一旦节点加入到DODAG当中，它就有了一条通向DODAG根节点的路由。接下来节点会向自己的父节点发送包含有路由信息的DAO消息，收到DAO的节点会记录其路由信息，并继续发送给自己的父节点，直到根节点收到DAO。至此，一条根节点到DODAG节点的路径就建立了。加入DODAG的节点会继续广播DIO消息直到所有叶子节点都接收到。若某个节点已经加入了一个DODAG，它可以选择丢弃收到的DIO，或者通过新收到的DIO来修改自己的RANK值。节点也可以使用DIS消息来主动向邻居节点请求DODAG信息。最终网络中构建出的DODAG包含有从DODAG root节点到DODAG节点的向下路由(Point-To-MultiPoint,P2MP)和从DODAG节点到DODAG root节点的向上路由(MultiPoint-To-Point,MP2P)。RPL路由是根据目标函数以及一系列的度量和约束来建立的。目前为止，ROLL工作组已经制定了两种目标函数，一个是Objective Function Zero(OF0)，这个目标函数以跳数作为路由度量；另一个是Minimum Rank with Hysteresis Objective Function(MRHOF)，这个目标函数以ETX(Expected Transmission Count，期望传输次数)作为路由度量。但是这些路由度量都只考虑到一个方面，在LLN中效果并不好。如果只考虑跳数的度量，那么网络可能会产生大量的丢包；如果只考虑ETX，那么网络的时延又会大幅度增大。RPL是由目标函数选择单一路径传输的路由协议，一旦既有的链路失效，它必须重新选择链路组建新的拓扑，这种拓扑的修复与重构必将导致网络的整体延迟；同时，当网络的负载较大时，单一路径传输将出现网络的拥塞和节点能量的迅速能耗等问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，在RPL路由的基础上进行多路径优化，设计了一种最短时延路由度量，并和ETX、父节点周期时间收包数REC、父节点RANK值等三种路由度量相结合，来计算多路径路由中各条路径的权重，从而将大量连续的数据流分散到不同的路径上传输，并通过选择最近唤醒的父节点来降低传输时延，使网络在缓解拥塞和减小时延上得到平衡，增大网络吞吐量，在网络中突发大量数据流量时提高无线传感网的效率和性能。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路
由方法，包括以下步骤：步骤S1、在网络初始建立时，入网子节点定期发送DIS包，请求父节点将自己加入DAG；步骤S2、父节点构建DIO包，并在DIO包中加入自身参数信息，其中自身参数信息包括ETX、单位时间收包数REC、RANK值、从MAC层提取的自身唤醒周期和相位，以及自身的DELAY_ROOT值；步骤S3、父节点定期发送自身DIO包，子节点接收到DIO包后，判断是否为所需的DIO包，若是转入步骤S4；若否，丢弃DIO包；步骤S4、子节点提取DIO包中的父节点的自身参数信息；步骤S5、子节点计算子节点到父节点的前向时延；步骤S6、子节点计算自身的最小延时度量DELAY_ROOT；步骤S7、子节点计算子节点到父节点的路径权重值；步骤S8、子节点计算出到所有父节点的路径权重值，根据路径权重值对父节点链路进行排序并形成链路表，选出最优的两个候选父节点；步骤S9、子节点对排在首位父节点发送DAO包，示意申请加入该链路；同时子节点将自身最新的DELAY_ROOT值写入DIO包，继续发给自身的子节点。根据上述的基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其中：所述步骤S5中，子节点判断子节点和父节点的唤醒周期是否相同，若是，则使用公式计算子节点到父节点的前向时延；若否，使用公式FD＝[(CT,C+MFT)+MFT]/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、在网络初始建立时，入网子节点定期发送DIS包，请求父节点将自己加入DAG；步骤S2、父节点构建DIO包，并在DIO包中加入自身参数信息，其中自身参数信息包括ETX、单位时间收包数REC、RANK值、从MAC层提取的自身唤醒周期和相位，以及自身的DELAY_ROOT值；步骤S3、父节点定期发送自身DIO包，子节点接收到DIO包后，判断是否为所需的DIO包，若是转入步骤S4；若否，丢弃DIO包；步骤S4、子节点提取DIO包中的父节点的自身参数信息；步骤S5、子节点计算子节点到父节点的前向时延；步骤S6、子节点计算自身的最小延时度量DELAY_ROOT；步骤S7、子节点计算子节点到父节点的路径权重值；步骤S8、子节点计算出到所有父节点的路径权重值，根据路径权重值对父节点链路进行排序并形成链路表，选出最优的两个候选父节点；步骤S9、子节点对排在首位父节点发送DAO包，示意申请加入该链路；同时子节点将自身最新的DELAY_ROOT值写入DIO包，继续发给自身的子节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、在网络初始建立时，入网子节点定期发送DIS包，请求父节点将自己加入DAG；步骤S2、父节点构建DIO包，并在DIO包中加入自身参数信息，其中自身参数信息包括ETX、单位时间收包数REC、RANK值、从MAC层提取的自身唤醒周期和相位，以及自身的DELAY_ROOT值；步骤S3、父节点定期发送自身DIO包，子节点接收到DIO包后，判断是否为所需的DIO包，若是转入步骤S4；若否，丢弃DIO包；步骤S4、子节点提取DIO包中的父节点的自身参数信息；步骤S5、子节点计算子节点到父节点的前向时延；步骤S6、子节点计算自身的最小延时度量DELAY_ROOT；步骤S7、子节点计算子节点到父节点的路径权重值；步骤S8、子节点计算出到所有父节点的路径权重值，根据路径权重值对父节点链路进行排序并形成链路表，选出最优的两个候选父节点；步骤S9、子节点对排在首位父节点发送DAO包，示意申请加入该链路；同时子节点将自身最新的DELAY_ROOT值写入DIO包，继续发给自身的子节点。2.根据权利要求1所述的基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其特征在于：所述步骤S5中，子节点判断子节点和父节点的唤醒周期是否相同，若是，则使用公式计算子节点到父节点的前向时延；若否，使用公式FD＝[(CT,C+MFT)+MFT]/2＝(CT,C/2)+MFT计算子节点到父节点的前向时延；其中，代表子节点的唤醒相位，代表父节点的唤醒相位，CT,C表示父节点的唤醒周期，MFT为父节点到子节点的最小转发时间。3.根据权利要求2所述的基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其特征在于：所述子节点根据子节点和父节点间的唤醒相位差来判断子节点和父节点的唤醒周期是否相同；若唤醒相位差为常数，则子节点和父节点的唤醒周期相同；若唤醒相位差为非常数，则子节点和父节点的唤醒周期不相同。4.根据权利要求1所述的基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法，其特征在于：所述步骤S6中，子节点使用公式计算自身的最小延时度量D...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐玮圣，魏建明，马皛源，包开阳，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31