一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法技术

本发明专利技术涉及一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，属于无线传感器网络技术领域。本方法在基于IPv6技术的6LoWPAN无线传感网中，利用RPL协议根据源节点到汇聚节点的跳数值和节点剩余能量构建路由时生成的父节点集合，根据报文的可靠性要求以及父节点的Rank值将报文复制多份后分发到多个RPL父节点上转发。为了使6LoWPAN网络支持多路径报文传输，本方法在适配层设计一个新的6LoWPAN头部——多路径头部，用于将报文复制到多条路径传输以及报文最后的消除。本发明专利技术通过增加报文传输时的冗余路径，可提高网络中报文传输的可靠性，并在选择传输路径时考虑了节点剩余能量和到汇聚节点的跳数，可有效延长网络生存期。

Multipath transmission method of IPv6 wireless sensor network based on RPL routing protocol

The invention relates to a multipath transmission method of IPv6 wireless sensor network based on RPL routing protocol, belonging to the wireless sensor network technology field. This method is based on 6LoWPAN wireless sensor network IPv6 technology, according to the source node to the hop count and residual energy of the nodes construct the routing nodes when the parent node set generated by the RPL protocol, according to the reliability requirement of message and Rank parent node value multi copy message distributed to multiple RPL parent node forwarding. In order to make the 6LoWPAN network supports multi path packet transmission, the method to design a new 6LoWPAN head -- head in the multi path adaptation layer, is used to remove the last message copied to multiple paths and message transmission. The present invention through the redundant path added message transmission, can improve the reliability of message transmission in the network, and consider the residual energy of nodes and hops to the sink node in the transmission path selection, can effectively prolong the network lifetime.

【技术实现步骤摘要】
一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法
本专利技术属于无线传感器网络
，涉及一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法。
技术介绍
无线传感器网络一直被视为当前国际研究热点，是物联网技术的核心研究内容之一，能实现物理信息的感知、采集、处理和传输，广泛应用于工业、环境监测、医疗和军事等多个方面。引入IPv6技术到无线传感器网络，可使每个传感器节点都有一个唯一的IPv6地址，实现了节点端与主机端的IP通信，成功将互联网上的应用延伸到了无线传感器网络。并且，将无线传感器网络与IPv6技术相结合的6LoWPAN网络具有较高的普及性与适用性，更多的地址空间满足了部署大规模、高密度低速无线个域网设备的需要。但由于6LoWPAN网络中传感器节点有着处理能力低、能量有限、通信环境恶劣的缺陷，使得在报文传输中易发生丢包现象，从而导致传输失败。为了增加报文通信可靠性、提高报文传输性能，在6LoWPAN网络中引入多路径报文传输技术就显得尤为重要。目前在无线传感器网络领域中已经提出了多种多路径路由技术，虽都能建立多条传输路径供报文传输，但不能直接改进并应用于6LoWPAN网络。为提出一种适用于6LoWPAN网络的多路径传输方法，采用已有的路由协议进行实现。RPL作为被IETF标准化了的路由协议，在6LoWPAN网络中广泛应用。RPL路由协议设计了一系列的新机制，是一个针对无线传感网络的、高效的距离向量协议，节点通过交换距离矢量构造一个有向无环图，用其传输可以避免多路径形成环路。但在报文传输过程中仅使用一条传输路径，易发生报文传输失败的情况，降低了网络的传输可靠性。为了确保无线传感器网络对报文传输可靠性的要求，针对6LoWPAN网络中可能出现的报文传输失败的情况，基于RPL路由协议，本专利技术提出一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，旨在提高6LoWPAN网络报文传输的可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，该方法利用RPL协议根据节点到汇聚节点的跳数值和节点剩余能量构建路由时生成的父节点集合，建立到多个父节点的多条报文传输路径。该方法能够解决报文传输失败的问题，有效提高报文端到端的传输成功率，提高网络的传输可靠性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，在该方法中，源节点发送报文时，先确定传输报文所需的路径条数，然后通过Rank值之间的大小关系为每个父节点分配该Rank值对应的路径条数，Rank值由RPL根据节点剩余能量值和到汇聚节点的跳数值计算得到，并在适配层将路径条数封装在报文的多路径头部中，发送到该Rank对应的父节点，每个中间路由节点依据上述方法进行报文转发，直至发送到汇聚节点为止。进一步的，该方法具体包括以下步骤：S1：适配层多路径传输实体收到协议栈上层传来的报文后，根据报文的可靠性要求，确定传输该报文所需的总路径条数P；当P小于等于1时，表明该报文不需使用多路径传输，则将该报文直接转发出去；S2：当传输该报文所需的总路径条数P大于1时，利用多路径报文分配方法为RPL父节点集合中每个父节点分配需要转发该报文的份数C；S3：多路径传输实体对于转发份数C大于等于1的父节点，复制报文并在其适配层头部中添加多路径头部后，然后将报文发向该父节点；所述多路径头部包含头类型说明域、多路径包序列号域(SequenceNumber)和路径条数域(PathCount)；其中，所有复制报文中多路径头部的多路径包序列号域必须保持一致，并在发送下一个新的报文时累加，路径条数域填充对应的转发份数C；对转发份数C小于1的父节点，不发送复制的报文；S4：中间路由节点收到包含多路径头部的报文后，判断多路径头部中路径条数域的值PathCount是否等于1，若PathCount等于1则保持多路径头部各域的值不变直接转发该报文；若PathCount大于1则该报文需要在此节点继续复制PathCount份并分发到多条路径上，重复步骤S2和S3，在步骤S2中P等于PathCount，在步骤S3中，不重新添加新的多路径头部并保持多路径包序列号域不变，改变路径条数域填充对应的转发份数C即可；S5：当目的节点收到包含多路径头部的报文后，通过多路径头部中的多路径包序列号域和源地址可以判断之前是否收到过该报文，若没有则传递给上层协议，若有则丢弃该报文。进一步的，在步骤S2中，所述多路径报文分配方法为：若发送节点所要求的路径数P大于RPL父节点集合中父节点总数，则根据每个父节点的Rank值之间的大小关系为每个父节点分配多条路径，采用如下公式：其中，round()为四舍五入函数，为后面的计算结果作四舍五入处理；P为总的路径条数，Pm是为父节点m分配的路径条数；Rm是父节点m对应的Rank值(m＝1，2，…,n)。若路径数P小于或者等于父节点数，则按照Rank值从小到大的顺序依次选择P个Rank值，并为每个Rank值对应的父节点分配一条路径。进一步的，在步骤S3中，多路径头部包含头类型说明域、多路径包序列号域(SequenceNumber)和路径条数域(PathCount)；其中，适配层不同类型的报文头前面都必须有一个头类型说明域，长度为8位；SequenceNumber域包含报文的唯一序列号，长度为16位；PathCount域包含节点发送或转发报文需要填充的路径条数，长度为8位。本专利技术的有益效果在于：1)本方法能够有效提高IPv6无线传感网中报文端到端的传输成功率，提高网络的传输可靠性。可靠性要求较高的多路径报文，通过提前分配好的路径条数，发给对应的多个父节点，以此建立多条传输路径，从而有效地解决6LoWPAN网络单路径报文传输易失败的问题。2)本方法能够有效地均衡能耗、缓解网络拥塞。发送节点通过父节点Rank值为其分配所需要转发的报文份数即路径条数时，父节点Rank值的计算需考虑两个参数，该节点到汇聚节点的跳数值和剩余能量值。对能量的考虑有利于能量均衡，避免过多的报文由能量较低的中间路由节点转发。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术所述6LoWPAN网络多路径传输方法流程图；图2为本专利技术所述6LoWPAN协议栈架构图；图3为本专利技术所述适配层多路径头部帧格式图；图4为本专利技术所述单个父节点报文传输示意图；图5为本专利技术所述多个父节点(路径条数P大于父节点数)报文传输示意图；图6为本专利技术所述多个父节点(路径条数P小于或者等于父节点数)报文传输示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为6LoWPAN网络多路径传输方法流程图，在6LoWPAN网络中，源节点发送报文时，先确定传输报文所需的路径条数，然后通过Rank值为每个父节点分配一条或多条路径，Rank值由其父节点根据自身剩余能量值和到汇聚节点的跳数值计算得到，并在适配层将路径条数封装在报文的多路径头部中，发送到该Rank值对应的父节点，每个中间路由节点依据上述方法进行报文转发，直至发送到汇聚节点为止。该方法具体包括以下步骤：S1、适配层多路径传输实体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，其特征在于：在该方法中，源节点发送报文时，先确定传输报文所需的路径条数，然后通过Rank值之间的大小关系为每个父节点分配该Rank值对应的路径条数，Rank值由RPL根据节点剩余能量值和到汇聚节点的跳数值计算得到，并在适配层将路径条数封装在报文的多路径头部中，发送到该Rank对应的父节点，每个中间路由节点依据上述方法进行报文转发，直至发送到汇聚节点为止。

【技术特征摘要】
1.一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，其特征在于：在该方法中，源节点发送报文时，先确定传输报文所需的路径条数，然后通过Rank值之间的大小关系为每个父节点分配该Rank值对应的路径条数，Rank值由RPL根据节点剩余能量值和到汇聚节点的跳数值计算得到，并在适配层将路径条数封装在报文的多路径头部中，发送到该Rank对应的父节点，每个中间路由节点依据上述方法进行报文转发，直至发送到汇聚节点为止。2.根据权利要求1所述的一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网多路径传输方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：S1：适配层多路径传输实体收到协议栈上层传来的报文后，根据报文的可靠性要求，确定传输该报文所需的总路径条数P；当P小于等于1时，表明该报文不需使用多路径传输，则将该报文直接转发出去；S2：当传输该报文所需的总路径条数P大于1时，利用多路径报文分配方法为RPL父节点集合中每个父节点分配需要转发该报文的份数C；S3：多路径传输实体对于转发份数C大于等于1的父节点，复制报文并在其适配层头部中添加多路径头部后，然后将报文发向该父节点；所述多路径头部包含头类型说明域、多路径包序列号域(SequenceNumber)和路径条数域(PathCount)；其中，所有复制报文中多路径头部的多路径包序列号域必须保持一致，并在发送下一个新的报文时累加，路径条数域填充对应的转发份数C；对转发份数C小于1的父节点，不发送复制的报文；S4：中间路由节点收到包含多路径头部的报文后，判断多路径头部中路径条数域的值PathCount是否等于1，若PathCount等于1则保持多路径头部各域的值不变直接转发该报文；若PathCount大于1则该报文需要在此节点继续...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，王亚东，蒲宬亘，王平，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50