基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法，步骤如下：第一步配置优化的树型网络：由3类节点共同搭建6LoWPAN系统，3类节点分别是边界路由C，普通路由R，终端节点S，各自承担不同的功能，在边界路由与普通路由程序中都加入边界路由配置函数，边界路由函数将路由器设置为根节点；检测网络容量，网络容量是指每个路由器下节点的数目；在边界路由与普通路由中设置优先级，优先级为0,1,2,3，……，其中0优先级最高，1次之，以此类推；根据网络容量设置优先级，网络容量小的优先级高；第二步启动改进的6LoWPAN网络；第三步边缘路由出现故障，变为地址不可达，此时优先级为1的变为边界路由，启动边界路由配置函数，重新进行组网。

【技术实现步骤摘要】
基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法
本专利技术涉及一种网络优化方法。
技术介绍
随着互联网的快速发展，IPV4地址几近枯竭，IPV6技术应运而生。与此同时物联网技术也在蓬勃发展，IPV6技术完美的解决了物联网设备的寻址问题，人们将两种技术结合研发出了6LoWPAN网络，用于无线传感网络，将互联网技术移植到物联网之中，不可避免的会遇到这样一个问题，应该选取哪一种拓扑结构，树形结构有着其固有的缺点，路由故障将导致整个网络瘫痪，但因为结构简单，适合于现阶段的6LoWPAN网络，因此本文设计了一种基于6LoWPAN网络的树型拓扑的优化方法。IPv6源于IP架构，是IPv4协议的下一个版本，用来解决IPv4存在的一些问题和限制。针对物联网的应用需求，相比于IPv4，IPv6具有如下的功能改善：1、增加地址空间。相比于IPv4的32位地址位，在IPv6协议中，地址空间扩展到128位，可提供多达3.4×10^38个地址，能充分满足物联网感知层中庞大数量的接入设备的编址需求。2、优化自动配置功能。在IPv4动态主机配置协议(DynamicHostConfigurationProtocol，DHCP)的基础上，IPv6协议进一步优化该功能，实现了无状态自动配置。3、精简数据报头。IPv6的报头采用基本报头与多个扩展报头(ExtensionHeader)组合的形式，删除了若干IPv4报头中无用的分段、校验和等字段，增添了流标签等新的字段。4、提升安全性。IPv6采用了IPSec(Internet协议安全性)框架结构，结合嵌入式网络层加密认证系统，充分提升安全特性。5、更强移动性。要想在这样的物理层和数据链路层架构上运行IPv6协议，必须解决以下几个问题：(1)IPv6地址的获取。IEEE802.15.4提供64位IEEE地址和16位网内短地址两种寻址方式，可考虑采用这两种方式获得IPv6地址，或者采用其它方式，比如硬件方式。(2)最大传输单元(MaximumTransmissionUnit，MTU)的限制。RFC2460文档定义了IPv6协议的最大传输单元1280字节，而除去自身开销后，IEEE802.15.4的数据链路层最多能提供102字节的有效载荷长度，需要数据链路层来组织数据包的分片与重组。(3)IPv6报头压缩。IEEE802.15.4物理层帧长度上限为127字节，而在IPv6报文中固定的报头将占据40字节，需要引入报头压缩机制来进行改善。(4)轻量化TCP/IPv6协议。在物联网感知层接入设备上大可不必运行完整的TCP/IPv6协议，适当的裁剪相关子协议可更好的适应IEEE802.15.4网络对功耗、成本、存储空间等方面的要求。(5)优化路由机制。现有的一些广泛应用于互联网中的链路状态路由协议和距离矢量路由协议并不适合于资源受限的物联网感知层接入设备。因此，需要针对物联网的相关应用与特性，对路由协议进行优化。(6)无状态自动配置。物联网感知层接入设备需要能在无人干预的情况下进行自动组网和配置，并能够迅速加入/脱离一个网络组织。6LoWPAN是将WSN与IPV6进行结合，用于解决无线传感网络的下一代互联网IPV6的感知层技术，不论其功耗、覆盖范围亦或是安全性都能得到充分的保障，6LoWPAN技术的主要思想是在IPV6网络层和MAC层之间加入一个适配层，已提供对IPV6必要的支持。6LoWPAN旨在于在IEEE802.15.4上使用IPV6技术，是应为IPV6技术相对于ZigBee,IEEE1415等其他技术有着不可比拟的优势。1)普及性:IP网络应用广泛，深入人心，作为下一代互联网核心技术的IPv6,也在加速其普及的步伐，在LR-WPAN网络中使用IPv6更易于被接受。2)开放性:IP协议是开放性协议，不牵扯复杂的产权问题，这6LoWPAN技术相对于ZigBee技术的优势。3)适用性:IP网络协议栈架构受到了广泛的认可，LR-WPAN网络完全可以基于此架构进行简单、有效的开发。4)更多地址空间:IPv6应用于LR-WPAN最大的亮点就是庞大的地址空间，这恰恰满足了部署大规模、高密度LR-WPAN网络设备的需要。5)支持无状态自动地址配置:IPv6中当节点启动时，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需IPv6地址。这个特性对LR-WPAN网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对LR-WPAN节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。6)易接入:LR-WPAN使用IPv6技术，使其更易于接入其它基于IP技术的网络，包括下一代互连网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。6LoWPAN网络拓扑结构有三种分别是：星型结构、树型结构、网状结构。树型结构中每个节点只有一个父节点，两个节点之间通信的某一时刻，路径是唯一的。树型网络结构简单，管理维护方便，但当其中一个路由节点工作异常，其子节点就需要重新寻找新的父节点建立新的路由，即一个路由的异常就会带来多个与之关联的子节点短时间通信异常。网状结构中每个节点可能有多个父节点，两个节点之间的路径可以有多条。当其中一个路由工作异常时，与之相关联的网络节点依然有其他路径连接网络，与树型结构网络相比，其通信的稳定性更高，且从通信负载均衡的角度考虑，网状网络更容易实现通信负载均衡。星型结构网络是最简单的网络，整个网络中只有一个路由，可以称之为中央路由，其余所有的节点均与中央节点直接相连，是点对点的通信方式，对于中央节点来说负载较大，但管理简单方便，适用于数据量较小的网络。
技术实现思路
针对于边缘路由器出现问题导致整个6LoWPAN网络瘫痪的问题，本专利技术提出一种改进树型结构网络的方法，解决数据阻塞，网络瘫痪的问题，可以在较短时间内构建新的网络，实现数据的无损上传和命令的准确下发，保证网络正常运行。技术方案如下：一种基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法，步骤如下：第一步配置优化的树型网络1)由3类节点共同搭建6LoWPAN系统，3类节点分别是边界路由C，普通路由R，终端节点S，各自承担不同的功能，在边界路由与普通路由程序中都加入边界路由配置函数，边界路由函数将路由器设置为根节点；2)检测网络容量，网络容量是指每个路由器下节点的数目；3)在边界路由与普通路由中设置优先级，优先级为0,1,2,3，……，其中0优先级最高，1次之，以此类推；4)根据网络容量设置优先级，网络容量小的优先级高。第二步启动改进的6LoWPAN网络先启动边缘路由，再启动普通路由，最后启动终端节点，若LED等闪烁代表网络已经搭建完成，此时的网络是基于6LoWPAN树型结构网络的改进网络。第三步边缘路由出现故障，变为地址不可达，此时优先级为1的变为边界路由，启动边界路由配置函数，重新进行组网。本专利技术的有益效果如下：1.本专利提出一种基于6LoWPAN无线传感树形网络的优化方法，可以改善6LoWPAN网络树型结构网络的缺点，当网络出现异常时，延长数据上传周期，重新组网后，恢复正常上传，避免因节点故障造成数据无法上传，造成数据短时间缺失的问题。2.本专利以改进边界路由为中心，因为边界路由是整个6LoWPAN网络的唯一出入口，出现故障造成后果极为严重，整个网络将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法，步骤如下：第一步配置优化的树型网络1)由3类节点共同搭建6LoWPAN系统，3类节点分别是边界路由C，普通路由R，终端节点S，各自承担不同的功能，在边界路由与普通路由程序中都加入边界路由配置函数，边界路由函数将路由器设置为根节点；2)检测网络容量，网络容量是指每个路由器下节点的数目；3)在边界路由与普通路由中设置优先级，优先级为0,1,2,3，……，其中0优先级最高，1次之，以此类推；4)根据网络容量设置优先级，网络容量小的优先级高。第二步启动改进的6LoWPAN网络先启动边缘路由，再启动普通路由，最后启动终端节点，若LED等闪烁代表网络已经搭建完成，此时的网络是基于6LoWPAN树型结构网络的改进网络。第三步边缘路由出现故障，变为地址不可达，此时优先级为1的变为边界路由，启动边界路由配置函数，重新进行组网。

【技术特征摘要】
1.一种基于6LoWPAN无线传感网络的树型结构网络的优化方法，步骤如下：第一步配置优化的树型网络1)由3类节点共同搭建6LoWPAN系统，3类节点分别是边界路由C，普通路由R，终端节点S，各自承担不同的功能，在边界路由与普通路由程序中都加入边界路由配置函数，边界路由函数将路由器设置为根节点；2)检测网络容量，网络容量是指每个路由器下节点的数目；3)在边界路由与普通路由中设置优先级，优先...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝亮，马明杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12