一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法技术

本发明专利技术公开了一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法，该方法利用物理空间位置信息，即经度、纬度和高度信息进行IPv6编码，并且在编址和路由过程中采用短格式地址组网以降低通信开销和存储开销。本发明专利技术方法旨实现一种与现有IPv6标准兼容的低能耗IPv6编址方案,通过为IPv6地址同时赋予前缀属性和空间拓扑属性，支持IPv6地址短格式编码及基于地址位置的路由机制，从而适用于大规模、低能耗、异构、泛在的网络场景，如大规模传感器网络组网，且能简化与IPv6网络的互联过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法
本专利技术属于网络通信
，具体涉及一种利用物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法的设计。
技术介绍
一方面，随着监测信息朝着全面、综合、及精细化方向发展，传感器网络的大量应用实例都体现出泛在、异构互联、大规模化的明显趋势。但现有的各种传感器网络技术采用各异的编址方案使得相互之间无法兼容，而传感器节点的能耗限制及资源限制（如计算资源/带宽资源）使得传统路由算法在应用于大规模传感器网络组网时大都面临性能困难。尽管利用物理空间拓扑信息（基于地理位置）进行路由的方法能极大地改善路由性能，被认为是传感器网络路由研究的重要方向之一，但单纯的地理位置路由机制存在路由空洞等技术难题，且现有的地理位置路由协议没能与编址体系相结合，使得各个传感子网成为信息孤岛。另一方面，“IPv6是下一代互联网发展的必然趋势”已经得到业界共识，但现有USN（UbiquitousSensorNetwork，无处不在的传感器网）技术大都不能直接与IPv6技术兼容，存在各种互联、互通及性能问题。事实上，IPv6标准定义了巨大的地址空间（最多2128≈3.4×1038个地址），被认为足够为地球上的每粒沙子分配一个IPv6地址，显然采用IPv6地址为USN每个节点进行编址是理想选择，这样USN与IPv6网络互联将简单的多。然而，IPv6自动配置机制存在IPv6地址空间的巨大浪费，且简单地应用IPv6技术到USN面临传感器节点的能耗限制及资源限制（如计算资源/带宽资源）等问题，且不能为路由和组网带来益处。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有IPv6技术应用于大规模、低能耗、异构、泛在的网络场景存在的组网及互联困难，而提供一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法。本专利技术的技术方案是：一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法，具体包括：S1、一个uIPv6地址的完整格式由拓扑子网域与地址编号域（AddressID）拼接起来构成，所述拓扑子网域包括：固定前缀域、uIPv6前缀域、空间拓扑映射域；网络系统的中节点分为主节点和次节点；所述主节点自身带有的物理空间位置信息，即经度、纬度、高度信息，并能根据物理空间位置信息映射出拓扑子网域；所述次节点自身不带有物理空间位置信息，并依赖于主节点为其分配IPv6地址；S11、所述主节点根据约定的前缀使用固定前缀域、uIPv6前缀域，并根据空间拓扑信息产生空间拓扑映射域，其具体步骤为：将主节点获得的定位信息用三元组<x,y,h>表示，其中x,y,h分别表示主节点的经度、纬度和高度，然后将经度、纬度和高度分别表示成有限精度的二进制串Bx,By,Bh，并将该二进制串拼接起来即构成空间拓扑映射域，即f:<x,y,h>=Bx+By+Bh，所述Bh为主节点高度的二进制编码；所述Bx,By分别为用Mx位和My位二进制对经度和纬度进行编码，则其中，Mx、My取整数，C为地球的周长，Dx、Dy分别为经度、纬度上预设的精度要求；其中相同空间拓扑映射域的uIPv6地址属于同一拓扑子网；S12、同一拓扑子网内uIPv6主节点间相互配合为该子网内节点进行编址，所述子网内节点包括主节点和次节点，即分配地址编号域（AddressID）；所述空间拓扑映射域与地址编号域拼接起来构成一个uIPv6地址；S2、采用uIPv6地址的短格式进行组网，即不需要编址及路由过程中传输完整的uIPv6地址格式，仅需要主节点理解并记录完整的uIPv6地址格式，次节点使用其uIPv6地址的短格式；所述uIPv6地址的短格式仅在其拓扑路由域范围内唯一且有效，所述拓扑路由域采用欧几里得距离或者通信跳数来定义；所述uIPv6地址的短格式的编码方法如下：S21、根据所述步骤S1中得到的映射结果Bx,By,Bh，取后缀组成三元组<经度后缀,纬度后缀，高度后缀>，将该三元组作为空间拓扑映射域的短格式；根据预先设定的拓扑路由域的范围，计算后缀所需位数mx,my,mh，其计算公式为：其中，mx,my,mh取整数，Rx,Ry,Rh分别是拓扑路由域在经度、纬度、高度方向上的半径，Dx,Dy,Dh分别为经度、纬度、高度方向上预设的精度要求；S22、根据步骤S12中获得地址编号域（AddressID），在取地址编号域的短格式时，其短格式能够区分同一拓扑子网内的不同地址，其取值位数ma的计算公式为：其中Na为拓扑子网内的需要产生的地址个数。进一步的，所述主节点的物理空间位置信息来自全球定位或预先储存的位置信息，且产生的IPv6地址与物理空间位置具有映射关系。进一步的，所述步骤S11中的固定前缀域为：000或xxx，所述固定前缀域须符合GlobalUnicast地址类型要求,若uIPv6地址不采用“改进版的EUI-64”格式,则必须使用二进制“000”作为固定前缀域。进一步的，所述步骤S11中若经度、纬度方向上预设的精度要求相同，即Dx=Dy，则Mx和My取为Mx和Mx-1。进一步的，所述步骤S12中分配地址编号域（AddressID）的方式为：若uIPv6地址采用“改进版的EUI-64”格式，AddressID必须是64位，则采用RFC4862的自动配置机制来产生AddressID编号。进一步的，所述步骤S12中分配地址编号域（AddressID）的方式为：由uIPv6主节点为邻近节点分配AddressID，当存在多个空间拓扑映射域相同的uIPv6主节点时，采用AdHoc网络（无线自组织网）的编址方式来产生AddressID编号。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法，旨在解决现有IPv6技术应用于大规模、低能耗、异构、泛在的网络场景存在的组网及互联困难，借助当前易获取全球定位信息(经度、纬度、高度)的技术条件，能产生同时具有前缀属性及空间拓扑属性的IPv6地址，即uIPv6地址；由于uIPv6地址支持短格式编码，因而在编址及路由过程中无需传输完整的IPv6地址，从而使地址配置和通信过程中传输开销很小；所提方法与标准IPv6地址体系具有兼容性，能简化与IP网络的互联过程；同时，本专利技术的IPv6编址体系是一种利用物理空间位置信息进行IPv6编码的机制，它不局限于传感器网络，任何需要与IPv6互联的组网场合均可适用。附图说明图1为本专利技术中基于NASAWorldWind绘制的经纬度映射示意图(M=6)；图2为本专利技术uIPv6编址体系中的地址格式；图3为本专利技术中地址编号域（AddressID）编码的四类典型场景示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的阐述。本专利技术一种基于物理空间位置映射的IPv6编址与组网方法的本思想是利用当前易获取的全球定位信息，将IPv6地址空间按照物理空间拓扑进行分割，从而使得分配的IPv6地址都具有了空间拓扑性质，即这样的IPv6地址包含了自身所处的地理位置信息。为了便于描述，我们称具有这种空间拓扑性质的IPv6地址为uIPv6地址，产生uIPv6地址的过程称为uIPv6编址，基于uIPv6地址的USN组网技术称为uIPv6技术，如图1所示为本专利技术中基于NASAWorldWind绘制的经纬度映射示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间拓扑映射的IPv6编址与组网方法，具体包括：S1、一个uIPv6地址的完整格式由拓扑子网域与地址编号域（Address ID）拼接起来构成，所述拓扑子网域包括：固定前缀域、uIPv6前缀域、空间拓扑映射域；网络系统的中节点分为主节点和次节点；所述主节点自身带有的物理空间位置信息，即经度、纬度、高度信息，并能根据物理空间位置信息映射出拓扑子网域；所述次节点自身不带有物理空间位置信息，并依赖于主节点为其分配IPv6地址；S11、所述主节点根据约定的前缀使用固定前缀域、uIPv6前缀域，并根据空间拓扑信息产生空间拓扑映射域，其具体步骤为：将主节点获得的定位信息用三元组<x,y,h>表示，其中x,y,h分别表示主节点的经度、纬度和高度，然后将经度、纬度和高度分别表示成有限精度的二进制串Bx,By,Bh，并将该二进制串拼接起来即构成空间拓扑映射域，即f:<x,y,h>=Bx+By+Bh，所述Bh为主节点高度的二进制编码；所述Bx,By分别为用Mx位和My位二进制对经度和纬度进行编码，则其中，Mx、My取整数，C为地球的周长，Dx、Dy分别为经度、纬度上预设的精度要求；其中相同空间拓扑映射域的uIPv6地址属于同一拓扑子网；S12、同一拓扑子网内uIPv6主节点间相互配合为该子网内节点进行编址，所述子网内节点包括主节点和次节点，即分配地址编号域（Address ID）；所述空间拓扑映射域与地址编号域拼接起来构成一个uIPv6地址；S2、采用uIPv6地址的短格式进行组网，即不需要编址及路由过程中传输完整的uIPv6地址格式，仅需要主节点理解并记录完整的uIPv6地址格式，次节点使用其uIPv6地址的短格式；所述uIPv6地址的短格式仅在其拓扑路由域范围内唯一且有效，所述拓扑路由域采用欧几里得距离或者通信跳数来定义；所述uIPv6地址的短格式的编码方法如下：S21、根据所述步骤S1中得到的映射结果Bx,By,Bh，取后缀组成三元组<经度后缀,纬度后缀，高度后缀>，将该三元组作为空间拓扑映射域的短格式；根据预先设定的拓扑路由域的范围，计算后缀所需位数mx,my,mh，其计算公式为：其中，mx,my,mh取整数，Rx,Ry,Rh分别是拓扑路由域在经度、纬度、高度方向上的半径，Dx,Dy,Dh分别为经度、纬度、高度方向上预设的精度要求；S22、根据步骤S12中获得地址编号域（Address ID），在取地址编号域的短格式时，其短格式能够区分同一拓扑子网内的不同地址，其取值位数ma的计算公式为：其中Na为拓扑子网内的需要产生的地址个数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于空间拓扑映射的IPv6编址与组网方法，具体包括：S1、一个uIPv6地址的完整格式由拓扑子网域与地址编号域(AddressID)拼接起来构成，所述拓扑子网域包括：固定前缀域、uIPv6前缀域、空间拓扑映射域；网络系统中的节点分为主节点和次节点；所述主节点自身带有物理空间位置信息，即经度、纬度、高度信息，并能根据物理空间位置信息映射出拓扑子网域；所述次节点自身不带有物理空间位置信息，并依赖于主节点为其分配IPv6地址；S11、所述主节点根据约定的前缀使用固定前缀域、uIPv6前缀域，并根据空间拓扑信息产生空间拓扑映射域，其具体步骤为：将主节点获得的定位信息用三元组<x,y,h>表示，其中x,y,h分别表示主节点的经度、纬度和高度，然后将经度、纬度和高度分别表示成有限精度的二进制串Bx,By,Bh，并将该二进制串拼接起来即构成空间拓扑映射域，即f:<x,y,h>＝Bx+By+Bh，所述Bh为主节点高度的二进制编码；所述Bx,By分别为用Mx位和My位二进制对经度和纬度进行编码，则其中，Mx、My取整数，C为地球的周长，Dx、Dy分别为经度、纬度上预设的精度要求；其中相同空间拓扑映射域的uIPv6地址属于同一拓扑子网；S12、同一拓扑子网内uIPv6主节点间相互配合为该子网内节点进行编址，所述子网内节点包括主节点和次节点，即分配地址编号域(AddressID)；所述空间拓扑映射域与地址编号域拼接起来构成一个uIPv6地址；S2、采用uIPv6地址的短格式进行组网，即不需要编址及路由过程中传输完整的uIPv6地址格式，仅需要主节点理解并记录完整的uIPv6地址格式，次节点使用其uIPv6地址的短格式；所述uIPv6地址的短格式仅在其拓扑路由域范围内唯一且有效，所述拓扑路由域采用欧几里得距离或者通信跳数来定义；所述uIPv6地址的短格式的编码方法如下：S21、根据所述步骤S11中得到的映射结果Bx,By,Bh，取后缀组成三元组<经度后缀,纬度后缀，高度后缀>，将该...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙江，郑灵杰，毛玉明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51