CN101588619B - 下一代全ip无线传感器网络路由实现***和服务方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下一代全IP无线传感器网络路由的实现***，所述***中，下一代全IP无线传感器网络中的传感器节点利用定位信息自动配置IPv6地址，并根据自动配置的IPv6地址实现路由寻址。所述传感器网络中包括接入网关节点和普通传感器节点两种节点，其中，接入网关节点用于连接传感器网络与IPv6网络，多个接入网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信。本发明中用户可根据区域的位置信息来确定目的传感器节点的IPv6地址，并向目的传感器节点发送服务请求数据包。用户发送的服务请求数据包以及目的传感器节点返回的服务响应数据包在下一代全IP无线传感器网络中的路由过程是建立在目的传感器节点的位置信息基础之上的。

Description

下一代全IP无线传感器网络路由实现***和服务方法

技术领域

本发明涉及一种网络路由的实现***，尤其涉及的是下一代全IP无线传感器网络，即与IPv6网络实现全IP通信互联的无线传感器网络路由的实现***和用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的方法。

背景技术

随着下一代互联网(IPv6 Internet)的不断成熟和发展，无线传感器网络与下一代互联网实现全IP通信互联已成为未来发展的必然趋势。全IP互联方式具有以下优势：(1)IPv6是下一代互联网的协议标准，无线传感器网络采用IPv6协议实现与下一代互联网的全IP通信有助于推动无线传感器网络通信协议的标准化；(2)IPv6的许多技术特点(如地址自动配置、移动性支持、安全性等)对大规模无线传感器网络的自组织管理提供了良好支持；(3)互联网的组网方式可以供无线传感器网络充分借鉴，使其成为无线传感器网络的一种合理拓展。

但是目前实现无线传感器网络与下一代互联网的全IP通信互联关键技术还不成熟，主要表现在以下方面：(1)地址自动配置：地址自动配置是IPv6的一个重要技术特色，可以在无人干预的情况下为每个接口配置相应的IPv6地址。这一点与无线传感器网络自组织、自配置的设计目标非常吻合。但是，现有的IPv6地址自动配置方式在无线传感器网络中还存在一些问题，例如有状态地址配置会带来大量的控制消息开销、根据MAC地址生成IPv6地址的无状态地址配置对传感器节点间的路由寻址未带来任何方便，因此针对下一代全IP无线传感器网络需要建立一种新的IPv6地址自动配置机制；(2)路由方案：无线传感器网络与IPv6网络不同，在IPv6网络中，路由器与普通节点之间有数据链路层连接，可以通过一跳到达，而无线传感器节点具有路由器与普通节点双重身份，节点之间没有数据链路层连接，因此在无线传感器网络中需要建立一种新的路由方式实现IPv6节点与传感器节点之间的通信。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下一代全IP无线传感器网络路由实现***和服务方法。

技术方案：本发明公开了一种下一代全IP无线传感器网络路由的实现***，下一代全IP无线传感器网络是与IPv6网络实现全IP通信互联的无线传感器网络，它作为下一代Internet的末端网络存在，所述***中，下一代全IP无线传感器网络(即与IPv6网络实现全IP通信互联的无线传感器网络，以下简称传感器网络)中的传感器节点利用定位信息自动配置IPv6地址，并根据自动配置的IPv6地址实现路由寻址。

所述接入网关节点、传感器节点与IPv6网络节点相同，包括物理层、链路层、网络层、传输层以及应用层；

本发明所述***中，传感器网络中包括接入网关节点和普通传感器节点两种节点，其中，接入网关节点用于连接传感器网络与IPv6网络，多个接入网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信。

所述接入网关节点与传感器节点的IPv6地址分为三部分：第一部分是全局路由前缀，由128-(8×n+8×n)个比特组成，在同一个全IP无线传感器网络中的接入网关节点与传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分是传感器节点所在位置的横坐标，由8×n个比特组成；第三部分是传感器节点所在位置的纵坐标，由8×n个比特组成；传感器节点IPv6地址的第二部分与第三部分共同组成传感器节点ID，即传感器节点位于一个2^8×n×2^8×n单位距离坐标系的无线传感器网络区域内；其中1≤n≤4，n值根据无线传感器网络区域大小调整。

传感器节点的射频范围能够覆盖上述单位距离坐标系内的单位面积。

本发明所述***中，传感器节点采用传感器网络定位算法(例如，DV-hop算法或者APIT定位算法)获取自身位置的横坐标与纵坐标，它们共同构成传感器节点IPv6地址的传感器节点ID。传感器节点IPv6地址的全局路由前缀来源于同一个无线传感器网络中的接入网关节点的IPv6地址全局路由前缀。

本发明所述***中，传感器节点将IPv6的传感器节点ID作为其链路层地址，在传感器网络内部采用链路层地址实现路由寻址。

本发明所述***中，由于IPv6报文支持的最小值(1280byte)大于无线传感器链路帧所能包含的字节数(例如，IEEE802.15.4链路帧的最大值为127byte)，因此本发明在网络层和链路层之间增加一个适配层，它的功能主要用于IPv6数据包的分片和重组，以实现IPv6报文在无线传感器网络中的传输。适配层的头部分为：不分片报文头部与分片报文头部，其中，分片报文头部又分为第一片报文头部与后续报文头部。

在分片报文中，为了节省传感器节点功耗，只有第一分片报文的PayLoad中包含网络层头部(即IPv6头部)和传输层头部(即UDP头部)，在后续分片报文的Payload中不包含网络层头部(即IPv6头部)和传输层头部(即UDP头部)，只包含应用层数据。

本发明所述***中，一个IPv6节点与一个传感器节点X₁建立连接会话后，如果会话中的后续IPv6数据包或者数据包的第一片报文传输到另外一个具有相同IPv6地址的传感器节点X₂时，X₂通过检测源IPv6地址与源端口号能够判断此数据包(或者第一分片)是否属于自己的会话，如果不属于，那么另一个传感器节点X₂将此数据包或者第一分片在本坐标区域进行广播，这样，X₁会接收到此数据包或者第一分片，使得会话继续进行；如果会话中的IPv6数据包的后续分片到达另一个传感器节点X₂时，另一个传感器节点X₂根据适配层的标识字段(identification)可以判断出此分片所属的数据包的第一个分片是否属于自己的会话，如果不属于，那么它在本坐标区域广播此后续分片，所述一个传感器节点X₁接收到此分片，进行重组操作，使得会话继续进行。

本发明所述***中，当传感器节点X接收到一个数据帧时，它首先查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址(即目的传感器节点的IPv6地址的传感器节点ID)相同，如果相同，则接收进行处理，如果不相同，则广播数据帧的目的链路地址，在广播覆盖范围内的节点利用接收到的目的传感器节点的传感器节点ID计算出自己与目的传感器节点的物理距离(使用勾股定理)，并将此距离值返回给节点X，X选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一跳节点。

本发明还公开了一种用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的方法，包括以下步骤：

步骤101，用户需要获取位置坐标为(x，y)的传感器节点所采集的数据时，发送一个服务请求数据包；

步骤102，在IPv6网络中，此服务请求数据包通过IPv6路由方式到达包含目的传感器节点所在的无线传感器网络的一个接入网关节点；

步骤103，接入网关节点对数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，并将数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法发送到下一跳传感器节点；

步骤104，数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法在无线传感器网络中路由，最后到达目的传感器节点；

步骤105：目的传感器节点接收到数据帧之后，查看自己是否接收到了服务请求数据包的所有分片：如果是，则进行步骤107，如果不是，则进行步骤106；

步骤106：目的传感器节点继续等待接收服务请求数据包的其他分片，接收到分片后，转到步骤105；

步骤107，目的传感器节点把服务请求数据包分片进行重组形成完整的服务请求数据包，处理此服务请求，将服务响应数据封装到服务响应数据包中；

步骤108，目的传感器节点对服务响应数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，按照服务请求数据帧的原路由路径返回到接入网关节点；

步骤109，接入网关节点查看自己是否接收到服务响应数据包的所有分片，如果是，则进行步骤111，否则进行步骤110；

步骤110，接入网关节点继续等待接收服务响应数据包的其他分片，接收到分片后，进行步骤109；

步骤111，接入网关节点将服务响应数据包分片重组形成完整的服务响应数据包，并发送到IPv6网络上；

步骤112，服务响应数据包按照IPv6路由方式到达用户，至此，用户与目的传感器节点的服务请求-响应交互过程结束。

本发明还公开了一种全IP无线传感器网络路由的实现方法，包括以下步骤：

步骤201，接入网关节点从服务请求数据包提取目的传感器节点的传感器节点ID，对服务请求数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，其链路层地址为目的传感器节点ID，同时广播目的传感器节点ID；

步骤202，在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的传感器节点的横坐标和纵坐标，计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给接入网关节点；

步骤203，接入网关节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一跳节点，并将数据帧转给下一跳节点；

步骤204，下一跳节点接收到数据帧之后，查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址相同，即是否与目的传感器节点的传感器节点ID相同，如果不相同，则进行步骤205，否则进行步骤208；

步骤205，下一跳节点继续广播目的传感器节点的传感器节点ID；

步骤206，在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的节点的横坐标和纵坐标，计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给下一跳节点；

步骤207，下一跳节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一个下一跳节点，并将数据帧转给下一个下一跳节点，转到步骤204；

步骤208，下一跳节点查看接收到的数据帧中的适配层头部以判断适配层载荷是否为完整的IPv6数据包或者是否为数据包的第一个分片，如果是完整的IPv6数据包或者是第一分片，进行步骤209，否则进行步骤210；

步骤209，下一跳节点查看完整数据包或者第一分片的源IPv6地址与源端口号以判断此数据包或分片是否属于自己的会话，如果属于，则转到步骤213，否则转到步骤211；

步骤210，下一跳节点检测适配层的标识字段并判断此分片是否属于自己的会话，如果属于，转到步骤213，否则转到步骤211；

步骤211，下一跳节点在本坐标区域广播接收到的数据帧；

步骤212，目的传感器节点最终会接收到广播的数据帧；

步骤213，服务请求数据包或数据分片的路由路径建立完成，路由过程结束。

步骤210中，如果后续分片所属数据包的第一分片属于下一跳节点的会话，那么此后续分片也属于下一跳节点的会话，否则则不属于本分片下一跳节点的会话。

有益效果：本发明公开的下一代全IP无线传感器网络路由实现***和服务方法，用户可根据传感器节点的IPv6地址获取其位置信息，用户发送的服务请求数据包以及服务响应数据包在下一代全IP无线传感器网络中的路由过程就是建立在目的传感器节点的位置信息基础之上的。这样，如果用户想获取某个区域内传感器节点所感知收集的数据信息时(例如获取某个区域的温度参数、湿度参数等)，可以根据此区域的位置信息来确定目的传感器节点的IPv6地址，并向目的传感器节点发送服务请求数据包。服务请求数据包在下一代全IP无线传感器网络中根据目的传感器节点的位置信息进行路由，最终会到达目的传感器节点，而目的传感器节点返回的服务响应数据包按照服务请求数据包建立的路由原路返回到用户，这样，用户就可以获取此区域内传感器节点所感知的数据信息了。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述的用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的流程示意图。

图2为本发明所述的下一代全IP无线传感器网络中数据包(数据分片)路由流程示意图。

图3为本发明所述的传感器节点地址格式示意图。

图4为本发明所述的传感器节点自动配置IPv6地址的流程示意图。

图5为本发明所述的适配层不分片头部格式示意图。

图6为本发明所述的适配层第一分片头部格式示意图。

图7为本发明所述的适配层后续分片头部格式示意图。

具体实施方式：

本发明公开了一种下一代全IP无线传感器网络路由的实现***，包括一个以上接入网关节点和一个以上的传感器节点；所述接入网关节点用于连接传感器网络与IPv6网络；多个接入网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信；所述接入网关节点包括全局路由前缀，由128-(8×n+8×n)个比特组成，各个接入网关节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；所述传感器节点的IPv6地址分为三部分：第一部分是全局路由前缀，由128-(8×n+8×n)个比特组成，各个传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分是传感器节点所在位置的横坐标，由8×n个比特组成；第三部分是传感器节点所在位置的纵坐标，由8×n个比特组成；传感器节点所在位置的横坐标和纵坐标共同组成传感器节点ID，即传感器节点位于一个2^8×n×2^8×n单位距离坐标系的无线传感器网络区域内；其中1≤n≤4，n值根据无线传感器网络区域大小调整；所述接入网关节点与传感器节点之间的IPv6地址的全局路由前缀相同；传感器节点采用定位算法，例如DV-hop定位算法与APIT定位算法，获取自身位置的横坐标与纵坐标，传感器节点IPv6地址的全局路由前缀来源于同一个无线传感器网络中的接入网关节点的IPv6地址全局路由前缀；传感器节点将IPv6的传感器节点ID作为其链路层地址，在传感器网络内部采用链路层地址实现路由寻址。

本发明中，在网络层和链路层之间设有适配层，所述适配层用于IPv6数据包的分片和重组，所述适配层的头部分为：不分片报文头部与分片报文头部；其中，分片报文头部又分为第一片报文头部与后续报文头部；在分片报文中，只有第一分片报文的PayLoad中包含IPv6头部和UDP头部，在后续分片报文的Payload中不包含IPv6头部和UDP头部，只包含应用层数据。

本发明中所述IPv6数据包的分片路由包括以下步骤：当一个IPv6网络中的IPv6节点与一个传感器节点X₁建立连接会话后，如果会话中的后续IPv6数据包或者数据包的第一片报文传输到另一个具有相同IPv6地址的传感器节点X₂时，另一个传感器节点X₂通过检测源IPv6地址与源端口号能够判断此数据包或者第一分片是否属于自己的会话，如果不属于，那么另一个传感器节点X₂将此数据包或者第一分片在本坐标区域进行广播，所述传感器节点X会接收到此数据包或者第一分片，使得会话继续进行；如果会话中的IPv6数据包的后续分片到达另一个传感器节点X₂时，另一个传感器节点X₂根据适配层的标识字段判断此分片所属的数据包的第一个分片是否属于自己的会话，如果不属于，则在本坐标区域广播此后续分片，此时，所述传感器节点X₁会接收到此分片，进行重组操作，会话继续进行。

本发明中，当传感器节点接收到一个数据帧时，首先查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址，即目的传感器节点的IPv6地址的传感器节点ID相同；如果相同，则接收进行处理，如果不相同，则广播数据帧的目的链路地址，在广播覆盖范围内的节点利用接收到的目的传感器节点的传感器节点ID计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给传感器节点，传感器节点选择距离目的传感器节点最近的另一传感器节点为下一跳节点。

在本发明中，用户可根据传感器节点的IPv6地址获取其位置信息，用户发送的服务请求数据包以及服务响应数据包在下一代全IP无线传感器网络中的路由过程就是建立在目的传感器节点的位置信息基础之上的。这样，如果用户想获取某个区域内传感器节点所感知收集的数据信息时(例如获取某个区域的温度参数、湿度参数等)，可以根据此区域的位置信息来确定目的传感器节点的IPv6地址，并向目的传感器节点发送服务请求数据包。服务请求数据包在下一代全IP无线传感器网络中根据目的传感器节点的位置信息进行路由，最终会到达目的传感器节点，而目的传感器节点返回的服务响应数据包按照服务请求数据包建立的路由原路返回到用户，这样，用户就可以获取此区域内传感器节点所感知的数据信息了。

更具体地说，图1所示的是用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的流程示意图，步骤如下：

步骤101：用户想获取位置坐标为(x，y)的传感器节点所采集的数据时，它会发送一个服务请求数据包；

步骤102：在IPv6网络中，此服务请求数据包按照IPv6路由方式到达包含目的传感器节点所在的无线传感器网络的一个接入网关节点，所述IPv6路由方式可以采用本领域公知的方式。

步骤103：接入网关节点对数据包进行分片处理(如果需要)，将分片封装成数据帧，并将数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法发送到下一跳传感器节点。

步骤104：数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法在无线传感器网络中路由，最后到达目的传感器节点。

步骤105：目的传感器节点接收到数据帧之后，查看自己是否接收到了服务请求数据包的所有分片，如果是，则进行步骤107，如果不是，则进行步骤106。

步骤106：目的传感器节点继续等待接收服务请求数据包的其他分片，接收到分片后，转到步骤105。

步骤107：目的传感器节点把服务请求数据包分片进行重组形成完整的服务请求数据包，处理此服务请求，将服务响应数据封装到服务响应数据包中。

步骤108：目的传感器节点对服务响应数据包进行分片处理(如果需要)，将分片封装成数据帧，按照服务请求数据帧的原路由路径返回到接入网关节点。

步骤109：接入网关节点查看自己是否接收到服务响应数据包的所有分片，如果是，则进行步骤111，否则进行步骤110。

步骤110：接入网关节点继续等待接收服务响应数据包的其他分片，接收到分片后，进行步骤109。

步骤111：接入网关节点将服务响应数据包分片重组形成完整的服务响应数据包，并将其发送到IPv6网络上。

步骤112：服务响应数据包按照IPv6路由方式到达用户，至此，用户与目的传感器节点的服务请求-响应交互过程结束。

图2所示的是图1中步骤103和步骤104中下一代全IP无线传感器网络中数据包(数据分片)路由流程示意图，步骤如下：

步骤201：接入网关节点从服务请求数据包提取目的传感器节点的传感器节点ID，对服务请求数据包进行分片处理(如果需要)，将分片封装成数据帧，其链路层地址为目的传感器节点ID，同时广播目的传感器节点ID。

步骤202：在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的传感器节点的横坐标和纵坐标，采用勾股定理计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给接入网关节点。

步骤203：接入网关节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一跳节点，并将数据帧转给下一跳节点。

步骤204：下一跳节点接收到数据帧之后，查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址(即目的传感器节点的传感器节点ID)相同，如果不相同，则进行步骤205，否则进行步骤208。

步骤205：下一跳节点继续广播目的传感器节点的传感器节点ID。

步骤206：在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的节点的横坐标和纵坐标，采用勾股定理计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给下一跳节点。

步骤207：下一跳节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一个下一跳节点，并将数据帧转给下一个下一跳节点，转到步骤204。

步骤208：下一跳节点查看接收到的数据帧中的适配层头部以判断适配层载荷是否为完整的IPv6数据包或者是否为数据包的第一个分片，如果是完整的IPv6数据包或者是第一分片，那么进行步骤209，否则进行步骤210。

步骤209：下一跳节点查看完整数据包或者第一分片的源IPv6地址与源端口号以判断此数据包(或分片)是否属于自己的会话，如果属于，则转到步骤213，否则转到步骤211。

步骤210：下一跳节点检测适配层的标识字段(identification)判断此分片是否属于自己的会话，如果属于，则转到步骤213，否则转到步骤211。在本发明中，下一跳节点根据适配层的标识字段(identification)可以判断出此分片所属的数据包的第一个分片是否属于自己的会话，如果第一分片属于下一跳节点的会话，那么此后续分片也属于下一跳节点的会话，否则则不属于。

步骤211：下一跳节点在本坐标区域广播接收到的数据帧。

步骤212：目的传感器节点最终会接收到广播的数据帧。

步骤213：服务请求数据包(或数据分片)的路由路径建立完成，整个路由过程结束。

图3所示的是传感器节点地址格式示意图，传感器节点的IPv6地址分为三部分，第一部分是全局路由前缀，由128-(8×n+8×n)比特组成，一个全IP无线传感器网络中所有传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分是传感器节点所在位置的横坐标，由8×n比特组成；第三部分是传感器节点所在位置的纵坐标，由8×n比特组成，它与传感器节点的横坐标共同组成了传感器节点ID。这里，1≤n≤4，n值可根据无线传感器网络区域大小进行调整，当n值取1时，传感器节点在一个2⁸×2⁸单位距离坐标系的无线传感器网络区域内工作。在本发明中，如果一个新的传感器节点加入无线传感器网络，它需要获取一个IPv6地址以便与其他节点进行通信。其中，传感器节点IPv6地址的全局路由前缀来源于其所在无线传感器网络的接入网关节点的IPv6地址全局路由前缀；传感器节点ID的前边8×n比特来源于传感器节点所在位置的横坐标，后边8×n比特来源于所在位置的纵坐标。

图4所示的是传感器节点自动配置IPv6地址的流程示意图，步骤如下：

步骤401：下一代全IP无线传感器网络中至少包括三个接入网关节点G、G’和G”，其中G的坐标为(0，0)，G和G’构成了无线传感器网络的横坐标，G’与G”通过GPS定位***获取它相对于G的相对位置，即坐标值。

步骤402：传感器节点通过DV-hop算法(王晓喃，钱焕延，唐振民.实现无线传感器网络与IPv6网络互联的一种方案，计算机应用29(4)：1095-1098)获取自己的位置坐标(x，y)，并利用此坐标值构成它的IPv6地址的传感器节点ID。

步骤403：传感器节点IPv6地址的全局路由前缀来源于其所在传感器网络的接入网关节点，这样传感器节点就获取了完整的IPv6地址。例如，传感器节点与外界节点(如IPv6节点)通信时，需要经过所在传感器网络的接入网关节点，这样，传感器节点就可以从接入网关节点获取全局路由前缀，将全局路由前缀与其自身的传感器节点ID相结合就形成了完整的IPv6地址。

图5为本发明所述的适配层不分片头部格式示意图，适配层位于网络层之下，链路层之上。由于IPv6报文支持的最小值(1280byte)大于无线传感器链路帧所能包含的字节数(例如，IEEE802.15.4链路帧的最大值为127byte)，因此，在无线传感器网络中传输一个完整的IPv6报文需要对其进行分片，本发明采用适配层对IPv6报文进行分片处理。

适配层不分片头部格式的每个字段含义是：

LF：链路分片(Link Fragment)，其中00表示不分片，01表示第一片，10表示最后一片，11表示中间分片，此处为00；

Pro_Type：指出Payload中IPv6头部是否为精简类型，0表示未精简的IPv6头部，1表示精简的IPv6头部；

RSV：保留，全部设置为0；

Payload：适配层的负载部分，内容为IPv6数据报内容。

图6为本发明所述的适配层第一分片头部格式示意图，适配层第一分片头部格式的每个字段含义是：

LF：链路分片(Link Fragment)，此处为01；

Pro_Type：指出Payload中IPv6头部是否为精简类型，0表示未精简的IPv6头部，1表示精简的IPv6头部；

Identification：此字段唯一标识一个被分片的IPv6报文，一个IPv6报文的所有分片中的Identification值都相同。

Payload：适配层的负载部分，内容为IPv6数据报内容。

图7为本发明所述的适配层后续分片头部格式示意图，适配层后续分片头部格式的每个字段含义是：

LF：链路分片(Link Fragment)，此处为10或11；

Pro_Type：指出Payload中IPv6头部是否为精简类型，0表示未精简的IPv6头部，1表示精简的IPv6头部；

Identification：此字段唯一标识一个被分片的IPv6报文，一个IPv6报文的所有分片中的Identification值都相同。

F_Offset：指出分片报文偏移原始报文开始处的位置，偏移的字节数是此字段值乘以8。

在分片报文中，为了节省传感器节点功耗，只有第一分片报文的PayLoad中包含网络层头部(即IPv6头部)和传输层头部(即UDP头部)，在后续分片报文的Payload中不包含网络层头部(即IPv6头部)和传输层头部(即UDP头部)，只包含应用层数据。

本发明提供了一种下一代全IP无线传感器网络路由实现***和服务方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种下一代全IP无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，包括一个以上接入网关节点和一个以上的传感器节点；所述接入网关节点用于连接传感器网络与IPv6网络；多个接入网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信；

所述接入网关节点以及传感器节点的网络体系结构包括物理层、链路层、网络层、传输层以及应用层；

所述接入网关节点与传感器节点的IPv6地址分为三部分：第一部分是全局路由前缀，由128-(8×n+8×n)个比特组成，在同一个全IP无线传感器网络中的接入网关节点与传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分是传感器节点所在位置的横坐标，由8×n个比特组成；第三部分是传感器节点所在位置的纵坐标，由8×n个比特组成；传感器节点IPv6地址的第二部分与第三部分共同组成传感器节点ID，即传感器节点位于一个2^8×n×2^8×n单位距离坐标系的无线传感器网络区域内；其中1≤n≤4，n值根据无线传感器网络区域大小调整；

传感器节点的射频范围覆盖上述单位距离坐标系内的单位面积；

传感器节点采用传感器网络定位算法获取自身位置的横坐标与纵坐标；

传感器节点将IPv6的传感器节点ID作为其链路层地址，在传感器网络内部采用链路层地址实现路由寻址；

在网络层和链路层之间设有适配层，所述适配层用于IPv6数据包的分片和重组，所述适配层的头部分为：不分片报文头部与分片报文头部；其中，分片报文头部又分为第一片报文头部与后续报文头部；在分片报文中，IPv6数据包的第一个分片包括网络层头部和传输层头部，其它后续分片不包括网络层头部和传输层头部，只包含应用层数据；

所述IPv6数据包的分片路由包括以下步骤：当一个IPv6网络中的IPv6节点与一个传感器节点X₁建立连接会话后，如果会话中的后续IPv6数据包或者数据包的第一片报文传输到另一个具有相同IPv6地址的传感器节点X₂时，另一个传感器节点X₂通过检测源IPv6地址与源端口号能够判断此数据包或者第一分片是否属于自己的会话，如果不属于，那么另一个传感器节点X₂将此数据包或者第一分片在本坐标区域进行广播，所述传感器节点X₁会接收到此数据包或者第一分片，使得会话继续进行；如果会话中的IPv6数据包的后续分片到达另一个传感器节点X₂时，另一个传感器节点X₂根据适配层的标识字段判断此分片所属的数据包的第一个分片是否属于自己的会话，如果不属于，则在本坐标区域广播此后续分片，所述传感器节点X₁接收到此分片，进行重组操作，会话继续进行；

当传感器节点接收到一个数据帧时，首先查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址，即目的传感器节点的IPv6地址的传感器节点ID相同；如果相同，则接收进行处理，如果不相同，则广播数据帧的目的链路地址，在广播覆盖范围内的节点利用接收到的目的传感器节点的传感器节点ID计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给传感器节点，传感器节点选择距离目的传感器节点最近的另一传感器节点为下一跳节点。

2.一种实现权利要求1所述的下一代全IP无线传感器网络路由的实现***中用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(101)，用户需要获取位置坐标为(x，y)的传感器节点所采集的数据时，发送一个服务请求数据包；

步骤(102)，在IPv6网络中，此服务请求数据包通过IPv6路由方式到达包含目的传感器节点所在的无线传感器网络的一个接入网关节点；

步骤(103)，接入网关节点对数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，并将数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法发送到下一跳传感器节点；

步骤(104)，数据帧按照下一代全IP无线传感器网络中的路由方法在无线传感器网络中路由，最后到达目的传感器节点；

步骤(105)：目的传感器节点接收到数据帧之后，查看自己是否接收到了服务请求数据包的所有分片：如果是，则进行步骤(107)，如果不是，则进行步骤(106)；

步骤(106)：目的传感器节点继续等待接收服务请求数据包的其他分片，接收到分片后，转到步骤(105)；

步骤(107)，目的传感器节点把服务请求数据包分片进行重组形成完整的服务请求数据包，处理此服务请求，将服务响应数据封装到服务响应数据包中；

步骤(108)，目的传感器节点对服务响应数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，通过服务请求数据帧的原路由路径返回到接入网关节点；

步骤(109)，接入网关节点查看自己是否接收到服务响应数据包的所有分片，如果是，则进行步骤(111)，否则进行步骤(110)；

步骤(110)，接入网关节点继续等待接收服务响应数据包的其他分片，接收到分片后，进行步骤(109)；

步骤(111)，接入网关节点将服务响应数据包分片重组形成完整的服务响应数据包，并发送到IPv6网络上；

步骤(112)，服务响应数据包通过IPv6路由方式到达用户，至此，用户与目的传感器节点的服务请求-响应交互过程结束；

所述下一代全IP无线传感器网络中的路由方法包括以下步骤：

步骤(201)，接入网关节点从服务请求数据包提取目的传感器节点的传感器节点ID，对服务请求数据包进行分片处理，将分片封装成数据帧，其链路层地址为目的传感器节点ID，同时广播目的传感器节点ID；

步骤(202)，在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的传感器节点的横坐标和纵坐标，计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给接入网关节点；

步骤(203)，接入网关节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一跳节点，并将数据帧转给下一跳节点；

步骤(204)，下一跳节点接收到数据帧之后，查看自己的传感器节点ID是否与数据帧的目的链路地址相同，即是否与目的传感器节点的传感器节点ID相同，如果不相同，则进行步骤(205)，否则进行步骤(208)；

步骤(205)，下一跳节点继续广播目的传感器节点的传感器节点ID；

步骤(206)，在广播覆盖范围内的传感器节点从接收到的目的传感器节点ID提取目的节点的横坐标和纵坐标，计算出自己与目的传感器节点的物理距离，并将此距离值返回给下一跳节点；

步骤(207)，下一跳节点选择距离目的传感器节点最近的传感器节点为下一个下一跳节点，并将数据帧转给下一个下一跳节点，转到步骤(204)；

步骤(208)，下一跳节点查看接收到的数据帧中的适配层头部以判断适配层载荷是否为完整的IPv6数据包或者是否为数据包的第一个分片，如果是完整的IPv6数据包或者是第一分片，进行步骤(209)，否则进行步骤(210)；

步骤(209)，下一跳节点查看完整数据包或者第一分片的源IPv6地址与源端口号以判断此数据包或分片是否属于自己的会话，如果属于，则转到步骤(213)，否则转到步骤(211)；

步骤(210)，下一跳节点检测适配层的标识字段并判断此分片是否属于自己的会话，如果属于，转到步骤(213)，否则转到步骤(211)；

步骤(211)，下一跳节点在本坐标区域广播接收到的数据帧；

步骤(212)，目的传感器节点最终会接收到广播的数据帧；

步骤(213)，服务请求数据包或数据分片的路由路径建立完成，路由过程结束。

3.根据权利要求2所述的下一代全IP无线传感器网络路由的实现***中用户请求下一代全IP传感器节点提供服务的方法，其特征在于，步骤(210)中，如果后续分片所属数据包的第一分片属于下一跳节点的会话，那么此后续分片也属于下一跳节点的会话，否则则不属于本分片下一跳节点的会话。

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