一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法，属于无线传感器网络技术领域。基于6LoWPAN无线传感器网络的树型路由技术，根据6LoWPAN系列协议标准,对其适配层协议和邻居发现协议进行改进和扩展，设计了新的适配层冗余头部和冗余地址注册选项。在树型网络中增加冗余父节点：节点入网时从邻居路由器中选取冗余父节点，向父节点注册冗余父节点地址；当父节点和子节点间链路通信中断时，数据通过注册的冗余父节点进行冗余路由转发。从而增加树型网络的冗余路径，有效解决树型网络链路断开导致后代节点无法与其他节点通信的问题，提高网络的可靠性和整体通信能力。

A redundant routing method based on 6LoWPAN tree network

The invention discloses a redundant routing method based on 6LoWPAN tree type network, belonging to the wireless sensor network technical field. 6LoWPAN wireless sensor network tree routing technology based on 6LoWPAN series, according to the protocol, the protocol adaptation layer and neighbor discovery protocol is improved and extended, design a new adaptation layer redundancy head and redundant address registration options. Adding redundant parent node in tree networks: selecting redundant nodes in the parent node from the neighbor router network, redundant registered parent node address to the parent node; when the parent node and child node link between communication interruption, data redundancy routing through redundant parent node registration. In order to improve the reliability and overall communication ability of the network, the redundant path of tree network is increased, and the communication between the tree type link and the other nodes is not solved effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法
本专利技术属于无线传感器网络
，具体涉及一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法。
技术介绍
无线传感器网络（WSN）是当前国际研究热点之一，属于物联网技术的核心内容，实现物理世界信息的采集、处理和传输，可广泛应用于工业自动化、环境监控、智能家居和医疗系统等。通过引入IPv6技术到无线传感器网络，使传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址，实现与Internet主机端到端的纯IP通信，将互联网上的应用延伸到无线传感器网络。互联网工程任务组（IETF）于2004年成立了6LoWPAN（IPv6overLow-powerWirelessPersonalAreaNetworks）工作组，其目标是将IPv6应用到低功耗无线个域网上。6LoWPAN在底层采用IEEE802.15.4的MAC（媒体访问控制子层）和物理层，网络层及以上使用IPv6协议，并在两者中间添加了一个适配层，用于支持IPv6数据在IEEE802.15.4上的传输。6LoWPAN适配层的关键技术主要包括：IPv6头部压缩、分片重组、路由转发、网络构建和地址分配。6LoWPAN网络节点具有低功耗、低处理能力和低开销等特点，现有的IPv6路由协议并不适用于无线传感器网络，而传统无线传感器网络路由协议也不支持IPv6。因此，有必要对6LoWPAN网络的路由协议进行新的设计和改进。目前提出的6LoWPAN路由方法中，应用最为广泛的是树型路由方法。树型路由结合IEEE802.15.4特点进行分布式动态地址分配，并根据地址关系进行路由选择，无需路由发现消息和路由表，具有开销小、计算简单的优点。然而，在易受干扰的有损环境中，树型路由暴露出自身局限性，其路径选择单一、固定且没有冗余能力，链路断开将导致后代节点无法与其他节点通信，降低了网络的可靠性。例如，IETF提出的树型路由HiLow算法，其借助地址关系沿树型拓扑转发数据，但没有考虑到网络的冗余路径。为了迎合6LoWPAN树型网络对冗余可靠性的要求，针对网络中可能出现的链路断开情况，本专利技术提出一种树型冗余路由方法，旨在提高低功耗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解决链路中断将导致节点通信中断的问题，提高网络的抗干扰冗余能力，保证通信可靠性的基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法，其包括以下步骤：101、入网节点A入网时首先广播发送信标请求消息给一跳通信范围内的邻居节点路由器，获取邻居节点路由器信息，当所述邻居节点路由器收到信标请求消息后广播信标消息给该入网节点A；102、所述入网节点A收到若干信标消息，其中信标消息中包括邻居节点路由器的链路质量指示值LQI，入网节点A选取链路质量指示值LQI最大的邻居节点路由器为父节点，入网节点A向父节点发送关联请求消息，并选择LQI值次之的其他路由器为冗余父节点，保存冗余父节点地址信息到入网节点A的冗余路由表；103、父节点收到关联请求消息后为入网节点A分配子网短地址，并回复关联响应消息给入网节点A；入网节点A通过收到的关联响应消息获得短地址，并通过短地址生成IPv6链路本地地址，入网节点A根据该IPv6链路本地地址向父节点发送带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息；104、父节点收到步骤103中带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息后，父节点回复路由器通告消息RA给入网节点A，并将入网节点A的冗余父节点地址添加到对应入网节点A的冗余路由表，并通过路由器通告消息RA完成冗余父节点地址的注册，入网节点A成功加入到6LoWPAN网络；105、子节点A与父节点之间通信链路正常时，子节点A通过父节点转发数据；子节点A与父节点之间通信链路断开时，当子节点A上行数据冗余转发时，子节点A将上行数据递交给冗余父节点，冗余父节点沿树型路由寻址直接转发给目的地址；当进行下行数据的冗余转发时，则通过查找子节点A的冗余父节点表项得到冗余地址，计算到冗余地址的跳数，选择跳数最少的冗余父节点地址为数据的多跳网Mesh目的地址，下一跳子节点地址为冗余目的地址，并将其余冗余父节点地址添加到冗余头，构造冗余数据发送到冗余父节点，冗余父节点再转发给下一跳子节点；所述冗余父节点收到冗余数据后，如果到冗余目的地址的链路通信正常，则将数据的冗余头去掉，恢复为原本的Mesh路由头再转发给冗余目的节点；如果冗余父节点到冗余目的地址的链路通信中断，则查看数据的冗余头中是否有冗余地址：若有，则计算到冗余地址的跳数，选择跳数最少的冗余地址为Mesh目的地址，并删除冗余头中对应的冗余地址，重新构造Mesh头和冗余头转发数据；否则，放弃冗余数据的转发。进一步的，步骤104中的路由器请求消息RS中的冗余地址注册选项包括类型域、长度域、个数域、冗余地址域和预留域，其中，类型值编码为36，代表冗余地址注册选项。进一步的，步骤105中所述的冗余头包括冗余头Dispatch域、个数域、冗余目的地址域及冗余地址域。进一步的，所述冗余头Dispatch值为11000000到11001111范围，前五位11000标识6LoWPAN冗余头。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术相对于现有的6LoWPAN树型路由技术，增加了冗余父节点，当父子节点间链路中断时，通过冗余父节点转发数据，有效解决树型网络中父子节点间链路断开导致子节点及其后代节点无法与其他节点通信的问题，显著提高了树型网络的冗余能力，不需要额外的路由发现过程及庞大的路由表，具有低开销、高可靠的优点。附图说明图1为本专利技术所述6LoWPAN树型网络体系结构示意图；图2本专利技术所述节点入网和冗余地址注册过程的消息交互图；图3本专利技术所述树型网络中冗余路由转发示意图；图4本专利技术所述路由器数据处理流程图；图5本专利技术所述6LoWPAN冗余头格式图。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。图1所示为一个信标（Beacon）使能的6LoWPAN树型网络，该网络包括一个6LoWPAN网关（节点A）和6个已入网的6LoWPAN路由器（节点B、C、D、E、F、G），以及正在进行入网的路由器节点N，图中的实线连接代表树型路由节点的父子关系链路。6LoWPAN网关具有两个网络接口，连接6LoWPAN子网和IPv6网络，同时担任IEEE802.15.4协调器角色，管理整个网络；6LoWPAN路由器为IEEE802.15.4全功能设备(FFD)，具备短地址分配和路由转发功能。设定该网络的最大深度Lm为4，最大子节点个数Cm和最大路由子节点个数Rm都为2，树型路由根据分布式动态地址分配方案，从协调器依次向下为每个节点分配16位短地址，在子网内使用短地址进行通信，并根据短地址自动生成IPv6地址。树型路由根据动态地址与位置的关系就能进行路由选择，但只能与自己的父节点和子节点直接通信，不能与一跳通信范围内的其他邻居节点通信。因此，本专利技术对树型路由进行冗余改进，提出一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法，对邻居发现协议RS消息和适配层协议进行相应改进和扩展，添加冗余地址注册选项和6LoWPAN冗余头部。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法，其特征在于，包括以下步骤：101、入网节点A入网时首先广播发送信标请求消息给一跳通信范围内的邻居节点路由器，获取邻居节点路由器信息，当所述邻居节点路由器收到信标请求消息后广播信标消息给该入网节点A；102、所述入网节点A收到若干信标消息，其中信标消息中包括邻居节点路由器的链路质量指示值LQI，入网节点A选取链路质量指示值LQI最大的邻居节点路由器为父节点，入网节点A向父节点发送关联请求消息，并选择LQI值次之的其他路由器为冗余父节点，保存冗余父节点地址信息到入网节点A的冗余路由表；103、父节点收到关联请求消息后为入网节点A分配子网短地址，并回复关联响应消息给入网节点A；入网节点A通过收到的关联响应消息获得短地址，并通过短地址生成IPv6链路本地地址，入网节点A根据该IPv6链路本地地址向父节点发送带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息；104、父节点收到步骤103中带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息后，父节点回复路由器通告RA消息给入网节点A，并将入网节点A的冗余父节点地址添加到对应入网节点A的冗余路由表，完成冗余父节点地址的注册，入网节点A成功加入到6LoWPAN网络,入网成功后入网节点A变成子节点A；105、子节点A与父节点之间通信链路正常时，子节点A通过父节点转发数据；子节点A与父节点之间通信链路断开时，当子节点A进行上行数据的冗余转发时，子节点A将上行数据递交给冗余父节点，冗余父节点沿树型路由寻址直接转发给目的地址；当父节点进行下行数据的冗余转发时，则通过查找子节点A的冗余路由表得到冗余地址，计算到冗余地址的跳数，选择跳数最少的冗余父节点地址为数据的多跳网Mesh目的地址，并将其余冗余父节点地址添加到冗余头，构造冗余数据发送到冗余父节点，冗余父节点再转发给下一跳子节点；所述冗余父节点收到冗余数据后，如果到冗余目的地址的链路通信正常，则将数据的冗余头去掉，恢复为原本的Mesh路由头再转发给冗余目的节点；如果冗余父节点到冗余目的地址的链路通信中断，则查看数据的冗余头中是否有冗余地址：若有，则计算到冗余地址的跳数，选择跳数最少的冗余地址为Mesh目的地址，并删除冗余头中对应的冗余地址，重新构造Mesh路由头和冗余头转发数据；否则，放弃冗余数据的转发。...

【技术特征摘要】
1.一种基于6LoWPAN树型网络的冗余路由方法，其特征在于，包括以下步骤：101、入网节点A入网时首先广播发送信标请求消息给一跳通信范围内的邻居节点路由器，获取邻居节点路由器信息，当所述邻居节点路由器收到信标请求消息后广播信标消息给该入网节点A；102、所述入网节点A收到若干信标消息，其中信标消息中包括邻居节点路由器的链路质量指示值LQI，入网节点A选取链路质量指示值LQI最大的邻居节点路由器为父节点，入网节点A向父节点发送关联请求消息，并选择LQI值次之的其他路由器为冗余父节点，保存冗余父节点地址信息到入网节点A的冗余路由表；103、父节点收到关联请求消息后为入网节点A分配子网短地址，并回复关联响应消息给入网节点A；入网节点A通过收到的关联响应消息获得短地址，并通过短地址生成IPv6链路本地地址，入网节点A根据该IPv6链路本地地址向父节点发送带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息；104、父节点收到步骤103中带有冗余地址注册选项的路由器请求RS消息后，父节点回复路由器通告RA消息给入网节点A，并将入网节点A的冗余父节点地址添加到对应入网节点A的冗余路由表，完成冗余父节点地址的注册，入网节点A成功加入到6LoWPAN网络,入网成功后入网节点A变成子节点A；105、子节点A与父节点之间通信链路正常时，子节点A通过父节点转发数据；子节点A与父节点之间通信链路断开时，当子节点A进行上行数据的冗余转发时，子节点A将上行数据递交给冗余父节点，冗...

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