一种IPv6的移动感知路由的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种IPv6的移动感知路由的设计方法，属于无线传感技术领域。该方法在兼容原始RPL路由协议的前提下，在DIO消息和DIS消息中添加带有平均RSSI值的RSSI字段，以此提供移动感知路由信息交互基础。该移动感知路由分为移动性检测和传输、反应和预测、通知三个阶段。移动性检测和传输阶段通过判断接收的信号强度信息是否低于阈值来检测节点的移动性；反应和预测阶段利用移动节点的新位置通过收发控制消息来预测新的关联节点；通知阶段通过发送控制消息来完成路由的更新。本发明专利技术使得IPv6无线传感网节点更好的处理移动性，提供了无缝连接，降低了网络的控制开销，从而节省了能量。

A design method of IPv6 mobile aware routing

【技术实现步骤摘要】
一种IPv6的移动感知路由的设计方法
本专利技术属于无线传感
，涉及一种IPv6的移动感知路由的设计方法。
技术介绍
IPv6无线传感网已经发展很多年，相关技术也已很成熟，但其应用范围仍然有一些局限性，特别是在移动场景中。工业现场应用中，存在一些移动作业的设备，IPv6无线传感网在工业的应用需要支持移动性。无线传感器网络的最新进展已经产生了许多专门为无线传感器网络设计的新路由协议，其中移动性是必不可少的考虑因素。IETF-ROLL工作组已经为IPv6的低功耗和有损网络标准化了路由协议，称之为RPL路由协议。根据设计，RPL标准不考虑移动性支持，而且标准中没有专门用于或明确支持移动性的机制。RPL路由协议不认为路由器节点是可移动的，只有叶节点可以。很多研究表明，RPL协议的应用中存在移动性设备会出现明显的性能下降，因为RPL路由协议无法识别移动节点，无法为移动节点提供任何特定的操作。节点移动会导致网络拓扑结构更改，Trickle定时器值会被重置，节点之间的控制消息传输会迅速增加。同时节点移动会出现检测延迟，从而导致RPL路由协议无法快速做出反应，影响移动节点的连接和数据的丢失。很重要的一方面是移动节点完全参与移动性处理，会导致它使用大量的控制开销并且消耗很多能量，从而出现移动节点的资源会迅速减少，会让网络快速失败。因此对于IPv6无线传感网的移动性研究很有意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种IPv6的移动感知路由的设计方法。该方法的构建思想首先是在于引入一个主动切换过程来恢复由节点移动性所引起的过程，其次是减少移动节点的参与和整个网络的控制消息的开销。首先需要针对原始的RPL路由协议进行改进，改进内容有：(1)移动节点应该通过新提出的目标函数选择首选父节点来加入DODAG。(2)移动节点连接的父节点称为关联节点，关联节点被认为是通过主动过程来选择新的关联节点。(3)移动节点被认为是可以从路由路径中排除以避免路由中断的叶节点，且它不参与移动性处理。(4)在ICMPv6控制消息(DIS、DIO)中添加一些字段，譬如：带有平均RSSI值的RSSI和用于区分消息不同使用类型的标志等。(5)为了更新下行路由，将DAO消息分为两种类型，一种是发送给新的预测的关联节点，检测新的节点的可用性，另一种是发送给原来的关联节点，删除原来的路径。然后整个移动感知路由的设计方法分为三个阶段：检测和传输阶段、反应和预测阶段和通知阶段。检测和传输阶段：关联节点通过从移动节点接收的数据来周期性计算平均RSSI值。如果检测到RSSI值降低到预定的阀值，则关联节点推断出移动节点已经在远离自己的通信范围，然后触发下一个阶段。反应和预测阶段：在移动检测过后，通过基于RSSI来预测新的关联节点，此过程中，原来的关联节点通过发送DIS消息(携带移动节点MN_ID)给邻居静态节点，收到该DIS消息的邻居静态节点回复DIO消息给原来的关联节点，关联节点收到DIO消息后，比较所有节点的RSSI值，选择与移动节点最接近的最大的节点作为预测的关联节点。通知阶段：原来的关联节点通知新的关联节点给移动节点，然后完成路由更新。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种IPv6的移动感知路由的设计方法，该方法包括以下步骤：S1：引入一个主动切换过程来恢复由节点移动性所引起的过程，S2：减少移动节点的参与和整个网络的控制消息的开销。可选的，所述方法具体为：对原始的RPL路由协议进行改进，包括：(1)移动节点应该通过新提出的目标函数选择首选父节点来加入DODAG；(2)移动节点连接的父节点称为关联节点，关联节点被认为是通过主动过程来选择新的关联节点；(3)移动节点被认为是能够从路由路径中排除以避免路由中断的叶节点，且它不参与移动性处理；(4)在ICMPv6控制消息中，包括DIS和DIO，添加一些字段；(5)为更新下行路由，将DAO消息分为两种类型，一种是发送给新的预测的关联节点，检测新的节点的可用性，另一种是发送给原来的关联节点，删除原来的路径；然后整个移动感知路由的设计方法分为三个阶段：检测和传输阶段、反应和预测阶段和通知阶段；检测和传输阶段：关联节点通过从移动节点接收的数据来周期性计算平均RSSI值；如果检测到RSSI值降低到预定的阀值，则关联节点推断出移动节点已经在远离自己的通信范围，然后触发下一个阶段；反应和预测阶段：在移动检测过后，通过基于RSSI来预测新的关联节点，此过程中，原来的关联节点通过发送DIS消息，即携带移动节点MN_ID，给邻居静态节点，收到该DIS消息的邻居静态节点回复DIO消息给原来的关联节点，关联节点收到DIO消息后，比较所有节点的RSSI值，选择与移动节点最接近的最大的节点作为预测的关联节点；通知阶段：原来的关联节点通知新的关联节点给移动节点，然后完成路由更新。可选的，在所述节点移动的网络中，固定节点和移动节点是同时存在的，如果移动节点作为根节点会导致网络优化困难，显著的增加控制消息的传输，默认移动节点为叶节点；在节点上配置移动选项，目的是区分移动节点和固定节点；在DIS消息中添加一些字段确保本方法正常的处理相关操作，2位flag字段：当它是一个简单的请求消息时，它等于“0”；如果当前的关联节点用它广播有关移动性检测的通知，则将它设置为“1”；当移动节点用它来当作预测阶段的DIS消息时，它将会被设置为“2”；当它用于通知预测的关联节点时，它将会被设置为“3”；并且添加预测阶段会使用的MN_ID字段，以便于附近的邻居节点检测到它时进行标识；添加检测阶段使用的ARSSI字段，用于存放移动节点和当前关联节点之间计算出的RSSI值；当flag＝0时，该DIO消息是Trickle定时器的消息；当flag＝1时，预测的关联节点用该DIO消息将更改关联节点的通知发给移动节点并处理新的关联节点；当flag＝2时，周围的静态邻居节点使用该DIO消息来计算RSSI值；添加RSSI字段，在发现阶段使用它来携带移动节点和附近邻居节点所计算出的RSSI值；当网络中存在节点移动情况，链路质量将会处于较弱的水平，网络将难以维护原本稳定的路由路径；在这里采用具有滞后目标函数的最小秩MRHOF来代替原来的目标函数OF0，目标函数中采用期望传输次数ETX作为度量，实验证明MRHOF能够提高移动网络的整体吞吐量；利用该目标函数来选择最优父节点；MRHOF中的Rank计算公式为：Rank(N)＝Rank(P)+ETX(N)*128其中，Rank(N)是每个节点的秩，Rank(P)是其父节点的秩；期望传输次数ETX是节点成功完成将数据包传递到其目的地的任务所需的期望传输次数；ETX展示节点和邻居节点之间的链路质量；ETX(N)是其父节点的ETX；ETX(N)＝ETXold*β+ETXnew*(1-β)其中ETX是节点的旧的ETX值，并且每个节点在其路由表中维护旧ETX，β是在Contiki中R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IPv6的移动感知路由的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1：引入一个主动切换过程来恢复由节点移动性所引起的过程，/nS2：减少移动节点的参与和整个网络的控制消息的开销。/n

【技术特征摘要】
1.一种IPv6的移动感知路由的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：引入一个主动切换过程来恢复由节点移动性所引起的过程，
S2：减少移动节点的参与和整个网络的控制消息的开销。


2.根据权利要求1所述的一种IPv6的移动感知路由的设计方法，其特征在于：所述方法具体为：对原始的RPL路由协议进行改进，包括：
(1)移动节点应该通过新提出的目标函数选择首选父节点来加入DODAG；
(2)移动节点连接的父节点称为关联节点，关联节点被认为是通过主动过程来选择新的关联节点；
(3)移动节点被认为是能够从路由路径中排除以避免路由中断的叶节点，且它不参与移动性处理；
(4)在ICMPv6控制消息中，包括DIS和DIO，添加一些字段；
(5)为更新下行路由，将DAO消息分为两种类型，一种是发送给新的预测的关联节点，检测新的节点的可用性，另一种是发送给原来的关联节点，删除原来的路径；然后整个移动感知路由的设计方法分为三个阶段：检测和传输阶段、反应和预测阶段和通知阶段；
检测和传输阶段：关联节点通过从移动节点接收的数据来周期性计算平均RSSI值；如果检测到RSSI值降低到预定的阀值，则关联节点推断出移动节点已经在远离自己的通信范围，然后触发下一个阶段；
反应和预测阶段：在移动检测过后，通过基于RSSI来预测新的关联节点，此过程中，原来的关联节点通过发送DIS消息，即携带移动节点MN_ID，给邻居静态节点，收到该DIS消息的邻居静态节点回复DIO消息给原来的关联节点，关联节点收到DIO消息后，比较所有节点的RSSI值，选择与移动节点最接近的最大的节点作为预测的关联节点；
通知阶段：原来的关联节点通知新的关联节点给移动节点，然后完成路由更新。


3.根据权利要求1所述的一种IPv6的移动感知路由的设计方法，其特征在于：在所述节点移动的网络中，固定节点和移动节点是同时存在的，如果移动节点作为根节点会导致网络优化困难，显著的增加控制消息的传输，默认移动节点为叶节点；在节点上配置移动选项，目的是区分移动节点和固定节点；
在DIS消息中添加一些字段确保本方法正常的处理相关操作，2位flag字段：当它是一个简单的请求消息时，它等于“0”；如果当前的关联节点用它广播有关移动性检测的通知，则将它设置为“1”；当移动节点用它来当作预测阶段的DIS消息时，它将会被设置为“2”；当它用于通知预测的关联节点时，它将会被设置为“3”；并且添加预测阶段会使用的MN_ID字段，以便于附近的邻居节点检测到它时进行标识；添加检测阶段使用的ARSSI字段，用于存放移动节点和当前关联节点之间计算出的RSSI值；
当flag＝0时，该DIO消息是Trickle定时器的消息；
当flag＝1时，预测的关联节点用该DIO消息将更改关联节点的通知发给移动节点并处理新的关联节点；
当flag＝2时，周围的静态邻居节点使用该DIO消息来计算RSSI值；添加RSSI字段，在发现阶段使用它来携带移动节点和附近邻居节点所计算出的RSSI值；
当网络中存在节点移动情况，链路质量将会处于较弱的水平，网络将难以维护原本稳定的路由路径；在这里采用具有滞后目标函数的最小秩MRHOF来代替原来的目标函数OF0，目标函数中采用期望传输次数ETX作为度量，实验证明MRHOF能够提高移动网络的整体吞吐量；利用该目标函数来选择最优父节点；MRHOF中的Rank计算公式为：
Rank(N)＝Rank(P)+ETX(N)*128
其中，Rank(N)是每个节点的秩，Rank(P)是其父节点的秩；
期望传输次数ETX是节点成功完成将数据包传递到其目的地的任务所需的期望传输次数；ETX展示节点和邻居节点之间的链路质量；ETX(N)是其父节点的ETX；
ETX(N)＝ETXold*β+ETXnew*(1-β)
其中ETX是节点的旧的ETX值，并且每个节点在其路由表中维护旧ETX，β是在Contiki中RPL路由协议默认设置的0.9的学习比率；ETXnew的计算公式为：



其中df是成功发送数据包的概率，dr是发送方成功接收确认数据包的概率；ETX的值越低的话，说明链路质量越可靠；
信号接收强度RSSI用于测量射频收发器的信号功率的度量标准，反映节点和邻居节点之间链路的信号强度，通过读取无线电芯片CC2420上的内置的RSSI寄存器来测量；在将RSSIVALID位置1之前，至少在八个符号周期内对RSSI值进行平均；RSSI的计算公式为：
RSSI＝RSSI_VALUE+RSSI_OFFSET
其中是RSSI_OF...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢昊飞，袁兴未，贾哲健，王志慧，张量，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50