一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法技术

IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，包括下行过程和上行过程；下行过程包括：SD1、检测IPv6数据报的长度；SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，反之则执行SD5；SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息；SD4、将所有数据片向ZigBee网络传输；SD5、直接将数据报向ZigBee网络传输；上行过程：SU1、检测ZigBee数据报是否分片；SU2、若ZigBee数据报已进行分片则执行SU3至SU5，反之则执行SU6；SU3、将所有分片后的ZigBee数据报依次缓存入缓冲区；SU4、待所有ZigBee数据报缓存完毕后进行重组，得到IPv6数据报；SU5、将IPv6数据报向IPv6网络传输；SU6、直接将ZigBee数据报向IPv6网络传输。本发明专利技术有效改善了时延和能耗，具有良好的连通性和可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法
本专利技术涉及网关
，具体的说是一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法。
技术介绍
物联网的不断发展,使得基于802.15.4标准的无线传感器网络与IPv6网的融合越来越迫切。在诸多无线传感网技术中，ZigBee是目前主流的的无线传感器技术，由于ZigBee技术仅支持传感网内部节点间通信，无法直接与IP网互联。而作为下一代互联网核心标准[4]的IPv6，开始仅仅是为互联网通信设计的协议，并没有考虑到应用在无线传感网络中会造成的节点能耗受限和传输带宽低等问题。因此将ZigBee网络与IPv6网络融合面临着能耗、带宽、处理能力有限以及不同协议间的兼容性问题。6LoWPAN技术是当前连接Zigbee(802.15.4)和IPv6(802.3)的主要方式，6LoWPAN(IPv6overLowWPAN)工作组通过在两种异构网络中间添加适配层的方式来完成两种异构网络的连接。国内外科研人员提出了很多ZigBee无线传感网和IPv6网络互联的方法，总的来说，可以分为网关协议转换、网关协议承载和直接接入三种方式。一、网关协议转换。网关协议转换的方案是在网关上面运行IPv6和ZigBee双栈协议，这种方案虽然部署方便，但是要额外投入网关硬件设备，成本较高，还需要重新设计轻量级的IPv6协议栈，且不方便IPv6用户直接寻址物联网节点。该方案存在应用的局限性。二、网关协议承载、网关协议承载的方式又分为IPv6overZiBbee和ZigBeeoverIPv6两种。IPv6overZigBee的方法是将IPv6堆栈放在ZigBeeNWK层的顶部。每个ZigBee节点都被分配一个IPv6地址，IPv6overZigBee的关键问题是数据报大小问题(MTU仅有127字节)，由于IEEE802.15.4不支持数据报分片，此方案需要处理IPv6所需的1280字节最小传输单元。IETF于2004年成立了6LoWPAN协议工作组，专门用于解决IPv6包在IEEE802.15.4网络上的传输的问题,它的解决方案是在802.15.4的MAC层以上新增了一个的适配层。该适配层功能是用于IPv6数据报的分片和重组，使得IPv6分组可以分成许多802.15.4帧进行传输。由于它将ZigBee堆栈丢弃，没有ZigBeeNWK，因此需要对数据转发、路由结构和地址分配进行重新设计，所以这种设计在具体实现过程中仍有巨大的挑战，但仍不失是针对这两种异构网络融合的一种颇具参考价值的方案。ZigBeeoverIPv6的方法是在ZigBee网络的NWK层与APL层间添加IPv6/UDP层，使与ZigBee网络通信的IPv6网络节点上虚拟出虚网络，利用隧道技术，将ZigBee网络中的数据报以负载的方式封装在IPv6数据报中，在IPv6网络中传输。这种方式最大的问题在于报文首部的压缩和数据分片，虽然Reen-ChengWang等人对这种基于NAT的方法进行改进，但仍旧存在基站代价高、用户透明度低等问题，而且数据的分片问题仍然未得到解决。三、直接接入。直接接入方式是一种将ZigBee网络与TCP/IP(v6)直接结合的方式，也称为全IP方式，这种方案是在ZigBee传感器网络全部节点植入TCP/IP(v6)协议栈，为每个节点分配IPv6地址，这种全IP接入方式也需要设计轻量级的IPv6协议栈。目前认可度比较高的是由瑞典计算机科学院的AdamDunkels等人开发的适用于WSN的轻量级uIP和LwIP协议栈，但是本方案也只是停留在理论研究阶段，并没有实际应用中可以借鉴的模式。综上所述，以上几种方法都不完全适合将ZigBee/802.15.4和IPv6/802.3网络集成在一起。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，有效改善了时延和能耗，并且具有良好的连通性和实际应用的可行性。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，包括从IPv6网络到ZigBee网络的下行过程和从ZigBee网络到IPv6网络的上行过程；所述下行过程包括如下步骤：SD1、检测IPv6数据报的长度；SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，若IPv6数据报的长度不超过阈值则执行SD5；SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息；SD4、将所有数据片向ZigBee网络传输；SD5、直接将数据报向ZigBee网络传输；所述上行过程包括如下步骤：SU1、检测ZigBee数据报是否分片；SU2、若ZigBee数据报已进行分片，则执行SU3至SU5，若ZigBee数据报未进行分片，则执行SU6；SU3、将所有分片后的ZigBee数据报依次缓存入缓冲区；SU4、待所有ZigBee数据报缓存完毕后进行重组，得到IPv6数据报；SU5、将IPv6数据报向IPv6网络传输；SU6、直接将ZigBee数据报向IPv6网络传输。所述下行过程还包括如下步骤：SD6、对每个数据片的头部信息进行压缩。SD6的具体方法包括：SD61、将数据片的头部信息映射到一个长度为若干个比特的标记字段上；SD62、建立头部信息到标记字段的映射表；SD63、将除了第一个数据片之外的所有数据片的头部信息替换为标记字段。所述下行过程还包括如下步骤：SD7、所有数据片到达ZigBee网络后ZigBee网络设备读取映射表；SD8、ZigBee网络设备将数据片的标记字段转换为头部信息；SD9、ZigBee网络设备将具有相同头部信息的所有数据片重组得到IPv6数据报。所述标记字段的长度设置为8比特。所述缓冲区包括头字段和数据字段，所述映射表存储在头字段中，IPv6数据报分片后得到的所有数据片以及分片后的ZigBee数据报均缓存入数据字段。所述阈值设置为127比特。有益效果：本专利技术重点改进了数据报分片及重组和报头压缩的过程，相较于现有技术进一步减少了各分片的冗余数据，通过仿真实验验证，在通信规模较大的网络状态下，本专利技术有效改进了时延和能耗，并且具有良好的连通性和实际应用的可行性。附图说明图1是仿真实验一中节点总消耗的对比结果图；图2是仿真实验一中平均时延的对比结果图；图3是仿真实验二中连通性测试的结果图；图4是仿真实验三中可行性测试的结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，包括从IPv6网络到ZigBee网络的下行过程和从ZigBee网络到IPv6网络的上行过程。下行过程包括SD1至SD9。SD1、检测IPv6数据报的长度。SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，若IPv6数据报的长度不超过阈值则执行SD5，阈值设置为127比特。SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息。SD4、将所有数据片向ZigB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，其特征在于：包括从IPv6网络到ZigBee网络的下行过程和从ZigBee网络到IPv6网络的上行过程；所述下行过程包括如下步骤：SD1、检测IPv6数据报的长度；SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，若IPv6数据报的长度不超过阈值则执行SD5；SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息；SD4、将所有数据片向ZigBee网络传输；SD5、直接将数据报向ZigBee网络传输；所述上行过程包括如下步骤：SU1、检测ZigBee数据报是否分片；SU2、若ZigBee数据报已进行分片，则执行SU3至SU5，若ZigBee数据报未进行分片，则执行SU6；SU3、将所有分片后的ZigBee数据报依次缓存入缓冲区；SU4、待所有ZigBee数据报缓存完毕后进行重组，得到IPv6数据报；SU5、将IPv6数据报向IPv6网络传输；SU6、直接将ZigBee数据报向IPv6网络传输。

【技术特征摘要】
1.一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，其特征在于：包括从IPv6网络到ZigBee网络的下行过程和从ZigBee网络到IPv6网络的上行过程；所述下行过程包括如下步骤：SD1、检测IPv6数据报的长度；SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，若IPv6数据报的长度不超过阈值则执行SD5；SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息；SD4、将所有数据片向ZigBee网络传输；SD5、直接将数据报向ZigBee网络传输；所述上行过程包括如下步骤：SU1、检测ZigBee数据报是否分片；SU2、若ZigBee数据报已进行分片，则执行SU3至SU5，若ZigBee数据报未进行分片，则执行SU6；SU3、将所有分片后的ZigBee数据报依次缓存入缓冲区；SU4、待所有ZigBee数据报缓存完毕后进行重组，得到IPv6数据报；SU5、将IPv6数据报向IPv6网络传输；SU6、直接将ZigBee数据报向IPv6网络传输。2.如权利要求1所述的一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，其特征在于：所述下行过程还包括如下步骤：SD6、对每个数据片的头部信息进行压缩。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志辉，陈曦，李沛谕，王辉，李培峦，何相甫，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41