一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法，属于无线传感网技术领域；基于6LoWPAN与无线传感网的树型路由技术，根据6LoWPAN系列协议标准，对IPv6邻居发现协议进行了改进。结合工业无线传感网节点部署密集的特点，路由器从邻居路由器中建立自身的冗余路由器，当路由器不工作时，冗余路由器透明代理其数据路由转发工作。同时，当失效路由器恢复正常工作后，冗余路由器自行停止代理工作。本发明专利技术可有效地解决树型网络中因路由器失效而导致后代节点无法通信的问题，从而实现同时迎合工业应用可靠性、实时性和开销小要求的IPv6无线传感网路由技术，提高网络的整体可靠通信能力。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法
本专利技术属于无线传感网
，具体涉及一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法。
技术介绍
随着无线技术的快速发展，无线传感网（WSN）成为国际上备受关注的前沿高科技领域之一，将传感器技术、通信技术和计算机技术等结合在一起，具有信息采集、传输和处理的能力，广泛用于工业自动化、环境监控、智能家居和医疗系统等方面。IPv6作为下一代互联网络技术可引入到无线传感网，使得海量的传感器节点可以拥有自己的全球唯一IPv6地址，实现与Internet主机纯IP的端到端通信，将互联网上的应用延伸到无线传感网。IPv6应用到无线传感网是物联网发展的必然趋势，实现人与人、人与物、物与物之间基于统一协议的自由通信。从中也产生了新的问题与挑战，其中，路由协议的设计至关重要，直接关系着网络的整体性能。无线传感网节点具有低处理能力、低开销、低功耗和低数据率等特点，而IPv6技术的设计并没有考虑到无线传感网的特点，使得现有的IPv6路由协议并不适用于无线传感网，而传统无线传感网路由协议也未支持IPv6。因此，为了满足在无线传感网中传输IPv6数据的需求，改进或设计新的路由协议是必要的。目前在IPv6无线传感网的研究与应用中，路由技术大多采用树型路由方法。树型路由充分考虑到IEEE802.15.4设备类型分为全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD）的特点进行地址的合理分配，并根据地址关系进行路由选择，具有开销小、计算简单、无需路由表和控制报文等优点。互联网工程任务组（IETF）提出的HiLow就是一种典型的分级树型路由方法，借助动态地址分配算法沿树型路径转发数据，不需要建立和维护路由表。然而，树型路由亦有自身局限性，其路径选择单一固定且没有冗余能力，路由器节点失效将导致后代节点无法与其他节点通信，极大地降低了网络的可靠性，尤其不适用于对网络可靠安全性要求较高的工业无线环境。工业环境一般具有高危险、低带宽、环境复杂、易受干扰等特点，容易出现节点失效或重启现象。因此，要在这种低功率、有损耗的设备上实施无线技术，必须充分考虑可靠性和能耗的问题，针对工业无线传感网的这些特点，建立低功耗、高可靠的树型冗余网络已成为一种迫切的需求。为了迎合树型无线传感网对可靠冗余的要求，本专利技术针对现场设备部署密集的特点，提出一种IPv6路由器冗余方法，有效提高树型网络的可靠性和整体通信性能。
技术实现思路
针对以上现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种有效保障数据传输的可靠性、保证工业环境中IPv6树型网络的可靠性的适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法，本专利技术的技术方案如下：一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法,其包括以下步骤：101、无线传感网建立动态自组织树型网络，所述树型网络中的请求路由器首先广播发送改进的冗余RS消息给邻居路由器，当邻居路由器收到改进的冗余RS消息，则回复冗余RA响应消息，跳转至步骤102,；否则不进行回复，结束；102、请求路由器收到冗余RA响应消息后，获知能与自己建立冗余关系的邻居路由器，并获取与之对应邻居路由器通信链路的LQI值，将LQI值与邻居路由器的信息存储于缓存中，选取LQI值最优的邻居路由器作为候选冗余路由器，请求路由器发送TRR冗余关联请求消息给该候选冗余路由器；103、候选冗余路由器收到TRR冗余关联请求消息后，候选冗余路由器广播发送改进的冗余NS消息给其周围邻居，请求路由器的父节点和子节点将对该改进的冗余NS消息回复改进的冗余NA响应消息，候选冗余路由器则根据接收到的冗余NA响应消息统计出重叠节点的个数n，并发送TRR冗余关联响应消息给请求路由器；104、请求路由器收到候选冗余路由器的冗余关联响应后，计算与候选冗余路由器的重叠节点个数n占自身父、子节点总个数m的比例n/m，若大于作为冗余路由器的设定比例P，则成功建立冗余关系，发送TRR冗余关联确认消息给候选冗余路由器；若小于设定比例P，则选择剩余LQI值中最大的邻居路由器为候选冗余路由器，重复上述过程，重新查找冗余路由器；邻居路由器收到冗余关联确认消息，则完成冗余关系的建立，设置自己为请求路由器的冗余路由器；105、请求路由器正常工作时，冗余路由器工作于冗余正常路由模式，冗余路由器只进行自身父子节点间的数据路由转发；请求路由器失效时，冗余路由器工作于冗余代理路由模式，冗余路由器在接收目的地址为自己的数据的同时，还接收MAC目的地址为请求路由器的数据；冗余路由器通过请求路由器的地址和深度计算出其后代节点地址，若Mesh路由终点地址为请求路由器的地址，则丢弃该数据包；若Mesh路由终点地址为请求路由器的后代节点的地址，则根据树型路由公式计算出下一跳地址，并转发给该节点；若Mesh路由终点地址为非请求路由器的后代节点的地址，则为上行数据，直接转发给请求路由器的父节点;其中冗余路由器为请求路由器代理转发的数据所使用的MAC源地址为该请求路由器的MAC地址；106、当失效的请求路由器恢复正常工作时，冗余路由器则恢复到冗余正常路由模式，冗余路由器与请求路由器互相监测对方的工作状态以实现冗余关系的维护。进一步的，步骤105中请求路由器失效时冗余路由器工作切换到冗余代理路由模式采用主动和被动两种失效发现方式：其中主动方式为请求路由器主动发送TRR路由器失效通告消息给冗余路由器；被动方式为冗余路由器周期性监测请求路由器是否正常工作。进一步的，步骤106中的请求路由器恢复方式，采用主动和被动两种恢复机制。若为主动失效后恢复，请求路由器存储有冗余关系，则发送TRR路由器恢复通告消息给冗余路由器使其转换到冗余正常路由模式；若为被动失效后恢复，请求路由器将重新入网，冗余路由器发现请求路由器已恢复工作，发送TRR冗余关系通告消息给请求路由器，并转换到冗余正常路由模式，请求路由器获知该冗余关系。进一步的，所述TRR冗余控制消息格式包括类型、编码、校验和、负载和预留域。其中，TRR的类型值为TBD1，编码值为1，代表TRR控制消息类型。本专利技术的优点及有益效果如下：相对于现有的树型路由技术欠缺冗余可靠性问题，本专利技术可以为树型无线传感网建立IPv6冗余路由器，在保证通信实时性的情况下为网络提供自愈冗余能力，有效解决路由器失效导致后代节点无法与其他节点通信的问题，即保持树型路由原有优点又增强了整个网络的通信可靠性。附图说明图1冗余路由器建立的消息交互过程；图2树型网络冗余路由器示意图；图3冗余路由器工作状态转换图；图4TRR消息格式图；图5改进的RS消息格式图；图6改进的RA消息格式图；图7改进的NS消息格式图；图8改进的NA消息格式图。具体实施方式下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本专利技术作进一步的阐述。IPv6无线传感网在树型路由中节点只与自身父节点和子节点通信，在适配层根据Mesh路由头部的地址转发数据，严格遵守树型拓扑结构进行路由决策，但当某个节点故障失效时，会导致其后代节点无法再与其他节点通信，成为网络中孤立的一部分。而树型无线传感网在实际的部署应用中具有节点部署密集的特点，通常路由器节点相距较近而有较大的射频重叠覆盖范围，存在路由器能与另一个邻居路由器的所有子节点和父节点直接一跳通信的情况，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于树型无线传感网的IPv6路由器冗余方法,其特征在于，包括以下步骤：101、无线传感网建立动态自组织树型网络，所述树型网络中的请求路由器首先广播发送改进的冗余RS消息给邻居路由器，当邻居路由器收到改进的冗余RS消息，则回复冗余RA响应消息，跳转至步骤102,；否则不进行回复，结束；102、请求路由器收到冗余RA响应消息后，获知能与自己建立冗余关系的邻居路由器，并获取与之对应邻居路由器通信链路的LQI值，将LQI值与邻居路由器的信息存储于缓存中，选取LQI值最优的邻居路由器作为候选冗余路由器，请求路由器发送ICMPV6TRR冗余关联请求消息给该候选冗余路由器；103、候选冗余路由器收到ICMPV6TRR冗余关联请求消息后，候选冗余路由器广播发送改进的冗余NS消息给其周围邻居，请求路由器的父节点和子节点将对该改进的冗余NS消息回复改进的冗余NA响应消息，候选冗余路由器则根据接收到的冗余NA响应消息统计出重叠节点的个数n，并发送ICMPV6TRR冗余关联响应消息给请求路由器；104、请求路由器收到候选冗余路由器的冗余关联响应后，计算与候选冗余路由器的重叠节点个数n占自身父、子节点总个数m的比例n/m，若大于作为冗余路由器的设定比例P，则成功建立冗余关系，发送ICMPV6TRR冗余关联确认消息给候选冗余路由器；若小于设定比例P，则选择剩余LQI值中最大的邻居路由器为候选冗余路由器，重复上述过程，重新查找冗余路由器；邻居路由器收到冗余关联确认消息，则完成冗余关系的建立，设置自己为请求路由器的冗余路由器；105、请求路由器正常工作时，冗余路由器工作于冗余正常路由模式，冗余路由器只进行自身父子节点间的数据路由转发；请求路由器失效时，冗余路由器工作于冗余代理路由模式，冗余路由器在接收目的地址为自己的数据的同时，还接收MAC目的地址为请求路由器的数据...

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