CN101610505B - 下一代全ip可移动无线传感器网络路由的实现*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，包括三类节点：网关节点、簇首节点及簇内节点，网关节点与簇首节点为全功能节点，它们的拓扑结构为树状结构，此树状结构构建成无线传感器网络的路由***，簇内节点为部分功能节点，主要用于数据采集与数据处理，网关节点为固定节点，连接无线网络与IPv6网络。无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点和多个簇内节点，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形，簇是下一代全IP无线传感器网络的移动单元，但簇内的簇首节点与簇内节点节点关系不发生变化。簇内节点直接将采集的数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在的树状结构实现对数据的路由。

Description

下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***

技术领域

本发明涉及一种网络路由的实现***，尤其涉及的是一种下一代全IP可移动无线传感器网络(以下简称无线传感器网络)路由的实现***，即与IPv6网络实现全IP通信互联的可移动无线传感器网络路由的实现***。

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。

(3)移动方案：针对可移动的无线传感器网络，由于它的IPv6地址会随着位置的变化而不断变化，这会中断正在进行的通信，因此需要引入一种新的通信机制以保证通信的连续性和稳定性。

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可移动无线传感器网络的路由实现***。

技术方案：本发明公开了一种下一代全IP可移动无线传感器网络的路由实现***，所述***中，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，无线传感器网络中的每个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址，。IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联，传感器节点可以随意移动，外部网络节点通过Internet以及传感器节点的IPv6地址与此传感器节点进行通信，并确保通信的正确性和连续性。

从功能角度划分，该***包含两类节点：具有路由转发功能的节点(称作全功能节点)与不具有路由转发功能的节点(称作部分功能节点)；

从***结构划分，该***设置三类节点：网关节点、簇首节点及簇内节点；网关节点与簇首节点为全功能节点，它们的拓扑结构为树状结构，此树状结构构建成无线传感器网络的路由***；簇内节点为部分功能节点，主要用于数据采集与数据处理；网关节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络；

无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点和多个簇内节点，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形；

该***的网关节点为固定节点；

该***的移动单元为簇，即簇作为一个单元可以随意移动，且簇内的簇首节点与簇内节点的关系稳定，即其对应关系不发生变化。

本发明所述***中，所述无线传感器网络通过n(n≥1)个网关节点实现与IPv6网络全IP通信互联；当n≥2时，网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信。

本发明所述***中，整个无线传感器网络被n(n≥1)个网关节点划分为n(n≥1)个树状结构，每个树状结构中有且只有一个网关节点且网关节点为树状结构的根节点，每个网关节点具有一个ID，它唯一地标识网关节点与以此网关节点为根节点的树状结构。

本发明所述***中，簇首节点通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的网关节点所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，同时记录下所在树状结构的父节点。在获取IPv6地址之后，簇首节点与其一跳范围内的部分功能节点即簇内节点共同构建成一个簇。簇内节点直接将数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在的树状结构实现对数据的路由。

本发明所述***中，网关节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由两个部分组成，第一部分是全局路由前缀，一个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；第二部分为传感器节点ID，又分为网关节点ID、簇首ID以及簇内节点ID三个组成部分，其中网关节点ID唯一地标识以此网关节点为根节点的树状结构，一个树状结构中所有簇首节点和簇内节点IPv6地址的网关节点ID都相同；簇首ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇首ID都相同；簇内节点ID唯一地标识一个簇内节点。网关节点与簇首节点IPv6地址的簇内节点ID为0。网关节点ID、簇首ID及簇内节点ID由传感器节点原始ID号组成，在一个无线传感器网络中，传感器节点的原始ID号具有唯一性。

本发明所述***中，采用链路层进行路由，链路层地址设置为传感器节点IPv6地址的传感器节点ID。树状结构中的节点(包括网关节点与簇首节点)保存一个临时路由表项，路由表项包括三个域，目的节点域、下一跳域和生存时间域。目的节点域记录目的节点的传感器节点ID，下一跳域记录到达目的节点的下一跳的传感器节点ID，生存时间域记录此临时路由表项的生存时间，此时间根据机器时钟自动衰减，当生存时间为0时，簇首节点将此表项从路由表项中删除，生存时间的设定值根据传感器节点的存储空间及传感器节点的数量来确定。因为传感器节点数目庞大且资源有限，且簇的频繁移动会导致路由的频繁变化，因此该***采用按需路由的策略，路由表项的生存时间只用于一次路由操作。

本发明所述***中，网关节点保存两个记录表，一个记录表用来记录在本树状结构内获取家乡地址的簇首节点信息，包括家乡地址、转交地址所在树状结构的网关节点地址以及家乡地址到达网关节点的距离参数值；另一个记录表用来记录在本树状结构获取转交地址的簇首节点信息，包括簇首节点的家乡地址、在本树状结构中获取的转交地址以及转交地址到达网关节点的距离参数值。

本发明所述***中，当簇首节点获取家乡地址或者由于其他原因(例如父节点位置移动或者失效、或者自身位置的移动等)重新回到最初获取家乡地址的树状结构中后，它会向所在树状结构的网关节点进行家乡地址注册操作。如果簇首节点由于自身移动重新回到获取家乡地址的树状结构，那么网关节点还要向簇首节点最后获取转交地址所在树状结构的网关节点进行注销操作。如果簇首节点获取新的转交地址，那么它会向当前所在树状结构的网关节点进行转交地址注册。

本发明所述***中，网关节点通过路由查询消息建立到达目的簇内节点的路由路径，在路由查询消息覆盖范围内的簇首节点收到此消息后，簇首节点通过查看路由查询消息的源地址判断此路由查询消息是否为簇首节点的父节点所发送，如果不是，则丢弃此消息，否则簇首节点继续判断自己距离当前所在树状结构的网关节点的距离值是否等于目的簇首节点当前地址距离网关节点的距离值，如果大于，则丢弃此消息，如果小于，则继续广播此消息，如果等于，簇首节点继续判断其家乡地址的网关节点ID与簇首ID是否与目的簇内节点地址的网关节点ID与簇首ID相同，如果不相同，则放弃此消息，如果相同，簇首节点则在簇内广播簇内节点的簇内节点ID，如果簇内节点检测到自己的簇内节点ID与簇内节点的簇内节点ID相同，即说明此成员为簇内节点，那么此簇内节点向网关节点G单播返回一个路由响应消息。簇内节点返回的路由响应消息的返回路径为：簇内节点首先将路由响应消息发送给它所在簇的簇首节点，簇首节点接收到此消息之后，将此消息发送给簇首节点所在簇树的父节点F，簇首节点的父节点F首先查看临时路由表项中是否已经存在簇内节点的路由表项，即目的节点ID为簇内节点的传感器节点ID，下一跳节点是簇首节点的传感器节点ID，如果存在，则重新设置生存时间，如果不存在，则建立一个临时路由表项，目的节点ID为簇内节点的传感器节点ID，下一跳节点ID为簇首节点的传感器节点ID，并设置生存时间，然后继续将此消息发送簇首节点的父节点F的父节点F’，簇首节点的父节点F的父节点F’接收到此消息后，重复上述操作(下一跳节点ID为F的传感器节点ID)，最终路由响应消息到达网关节点，，至此，网关节点到达目的簇内节点的路由路径建立完成。本发明中簇树由簇首节点组成，簇由簇首和簇内节点组成。

本发明所述***中，簇首节点定时查询父节点的工作状态，如果簇首节点在规定时间内没有接收到父节点的响应消息，那么它会认为父节点处于非正常工作状态(如电量耗尽或者少于一定阈值，或者彼此发生移动导致无法通信等)，簇首节点会将其转交地址设置为0，并重新加入一个树状结构获取IPv6地址，如果新获取的IPv6地址为家乡地址，即原来的家乡地址的全局路由前缀及网关节点ID与新获取的IPv6地址的全局路由前缀及网关节点ID都相同，那么簇首节点进行家乡地址注册操作，否则簇首节点将新获取的IPv6地址作为转交地址并进行转交地址注册操作。

有益效果：本发明提供了下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，在所述***中，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，无线传感器网络中的每个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联，传感器节点可以随意移动，外部网络节点通过Internet以及传感器节点的IPv6地址与此传感器节点进行通信，并确保通信的正确性和连续性。

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为本发明所述的下一代全IP可移动传感器节点网络拓扑结构示意图。

图2为本发明所述的下一代全IP可移动传感器节点IPv6地址示意图。

图3为本发明所述的网关节点与簇首节点形成树状结构的流程示意图。

图4为本发明所述的簇内节点获取IPv6地址的流程示意图。

图5为本发明所述的簇首节点注册流程示意图。

图6为本发明所述的路由表项格式示意图。

图7a和图7b为本发明所述的下一代全IP可移动传感器节点路由流程示意图。

图8为本发明所述的下一代全IP可移动传感器网络移动检测流程示意图。

具体实施方式：

本发明提供了下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，在所述***中，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，无线传感器网络中的每个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联，传感器节点可以随意移动，外部网络节点通过Internet以及传感器节点的IPv6地址与此传感器节点进行通信，并确保通信的正确性和连续性。

图1所示的是下一代全IP可移动传感器节点网络拓扑结构示意图，从功能角度划分，本发明包含两类节点：具有路由转发功能的节点(称作全功能节点)与不具有路由转发功能的节点(称作部分功能节点)。从***结构划分，本发明设置了三类节点：网关节点1、簇首节点2及簇内节点节点3，其中，网关节点1与簇首节点2为全功能节点，它们的拓扑结构为树状结构，此树状结构构建成无线传感器网络的路由***，簇内节点2节点为部分功能节点，主要用于数据采集与数据处理，网关节点1为固定节点，连接无线网络与IPv6网络。无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点1和多个簇内节点2，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形，簇是下一代全IP无线传感器网络的移动单元，即簇作为一个单元可以随意移动，但是簇内的簇首节点与簇内节点节点关系不发生变化。簇内节点直接将采集的数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在的树状结构实现对数据的路由。

图2所示的是下一代全IP可移动传感器节点IPv6地址示意图，网关节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由两个部分组成，第一部分是80比特的全局路由前缀，一个下一代全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；第二部分为48比特的传感器节点ID，它又分为16比特的网关节点ID、16比特的簇首ID以及16比特的簇内节点ID三个组成部分，其中网关节点ID唯一地标识以此网关节点为根节点的树状结构，一个树状结构中所有簇首节点(包括簇内节点)的网关节点ID都相同；簇首ID唯一地标识一个簇，一个簇的所有簇内节点节点的簇首ID都相同；簇内节点ID唯一地标识一个簇内节点。网关节点与簇首节点IPv6地址中的传感器节点ID的簇内节点ID为0。网关节点ID、簇首ID及簇内节点ID由传感器节点原始ID号组成，在一个无线传感器网络中，传感器节点的原始ID号具有唯一性。

图3所示的是网关节点与簇首节点形成树状结构的流程示意图，网关节点和簇首节点保存一个记录它到达所在树状结构中网关节点的距离(距离单位为跳数)参数，网关节点的距离参数值为0，此外，由于簇具有移动性，因此簇首节点还需要记录家乡地址和转交地址，初始状态下，家乡地址与转交地址的值为0。簇首节点加入树状结构并获取IPv6地址的流程描述如下：

步骤301：簇首节点H广播加入树状结构的消息，同时设定一个时钟；

步骤302：消息广播覆盖范围内的邻居簇首节点收到消息后，向簇首节点H返回一个响应消息，消息的内容是邻居簇首节点到达所在树状结构的网关节点的距离值以及当前的IPv6地址值；

步骤303：时钟到期之后，簇首节点H选择返回响应消息中距离参数值最小的簇首节点作为父节点F并记录下父节点F当前的传感器节点ID以及簇首节点H到达所在树状结构网关节点的距离值，即父节点F的距离值加1，同时从父节点F的IPv6地址中抽取出全局路由前缀及网关节点ID与自身的原始ID相结合，形成IPv6地址；

步骤304：簇首节点H判断获取的IPv6地址是否为家乡地址(即判断原来的家乡地址是否为0或者原来的家乡地址不为0但是新获取的IPv6地址的网关节点ID与原来的家乡地址的网关节点ID相同)，如果是家乡地址，转到步骤306；

步骤305：簇首节点H向所在树状结构的网关节点对新获取的IPv6地址进行转交地址注册，转到步骤307；

步骤306：簇首节点H向所在树状结构的网关节点对新获取的IPv6地址进行家乡地址注册；

步骤307：簇首节点H成功加入树状结构，并获取了IPv6地址，过程结束。

图4所示的是簇内节点获取IPv6地址的流程示意图，部分功能传感器节点获取簇内节点身份及IPv6地址的过程描述如下：

步骤401：簇首节点H获取IPv6家乡地址后，它会定期广播自己的家乡地址以示自己的存在；

步骤402：消息广播覆盖范围内的传感器节点收到消息后判断自己是否是全功能节点，如果是全功能节点(即全功能传感器节点)，进行步骤404；如果不是全功能节点，即为部分功能节点(即部分功能传感器节点)，进行步骤403；

(我在上段中加了一些描述，请您看是否合适！)

步骤403：如果部分功能节点已经标识为簇内节点，那么进行步骤404，否则进行步骤405；

步骤404：放弃此消息，转到步骤407；

步骤405：部分功能节点将自己标记为簇内节点并记录下簇首节点H的家乡IPv6地址，提取簇首节点H的家乡地址的全局路由前缀、网关节点ID和簇首ID与自身的原始ID相结合，得到传感器节点的IPv6地址；

步骤406：至此，部分功能节点获取了IPv6地址并加入了簇；

步骤407：过程结束。

图5所示的是簇首节点注册流程示意图，网关节点保存两个记录表，一个记录表用来记录在本树状结构内获取家乡地址的簇首节点信息，每项记录包括家乡地址、转交地址所在树状结构的网关节点地址以及家乡地址到达网关节点的距离参数值；另一个记录表用来记录在本树状结构获取转交地址的簇首节点信息，每项纪录包括簇首节点的家乡地址、在本树状结构中获取的转交地址以及转交地址到达网关节点的距离参数值。簇首节点获取新的IPv6地址时向所在树状结构网关节点进行新地址注册的过程为：

步骤501：簇首节点H获取了新的IPv6地址；

步骤502：簇首节点H判断新获取的IPv6地址是否为家乡地址，如果不是家乡地址，进行步骤503，否则进行步骤511；

步骤503：簇首节点H向所在树状结构网关节点G’发送转交地址注册消息，消息包括簇首节点H的家乡地址、新获取的转交地址以及其距离网关节点G’的距离值；

步骤504：网关节点G’收到转交地址注册消息后，查看记录在本树状结构内获取转交地址的簇首节点记录表是否存在簇首节点H的记录，如果存在，进行步骤506，否则进行步骤505；

步骤505：网关节点G’增加一条记录，记录信息包括簇首节点H的家乡地址、新获取的转交地址以及其距离网关节点的距离值，同时向簇首节点H获取家乡地址的树状结构的网关节点G转发此注册消息，转到步骤507；

步骤506：网关节点G’用消息中的距离值更新簇首节点H的相关记录，转到步骤518；

步骤507：簇首节点H获取家乡地址的树状结构的网关节点G查看记录在本树状结构获取家乡地址的簇首节点记录表中簇首节点H对应的记录，判断转交地址所在树状结构的网关节点IPv6地址域是否为0，如果为0，转到步骤510，否则进行步骤508；

步骤508：簇首节点H获取家乡地址的树状结构的网关节点G向记录中转交地址所在树状结构的网关节点G”发送一条注销消息，此消息包括簇首节点H的家乡地址；

步骤509：记录中转交地址域所在树状结构的网关节点G”接收到注销消息后，它将簇首节点H的记录从记录在本树状结构获取转交地址的簇首节点记录表中删除；

步骤510：簇首节点H获取家乡地址的树状结构的网关节点G用簇首节点H获取当前转交地址的树状结构的网关节点G’的IPv6地址更新记录中转交地址所在树状结构的网关节点地址域的值，同时将家乡地址距离网关节点的值设置为0，转到步骤518；

步骤511：簇首节点H向所在树状结构的网关节点G发送家乡地址注册消息，消息包括簇首节点H新获取的家乡地址以及其距离网关节点的距离值；

步骤512：网关节点G收到注册消息后，查看记录在本树状结构内获取家乡地址的簇首节点记录表是否存在簇首节点H的记录，如果存在，进行步骤513，否则进行步骤514；

步骤513：网关节点G用消息中的距离值更新簇首节点H的记录，转到步骤515；

步骤514：网关节点G增加一条记录并记录下簇首节点H的家乡地址及其距离参数值，转交地址所在树状结构的网关节点地址域设置为0，转到步骤518；

步骤515：网关节点G检测此记录中转交地址所在树状结构的网关节点IPv6地址域是否为0，如果不为0，转到步骤516，否则转到步骤518；

步骤516：网关节点G向记录中转交地址所在树状结构的网关节点G’发送一条注销消息，消息包括簇首节点H的家乡地址，同时将此地址域设置为0；

步骤517：记录中转交地址所在树状结构的网关节点G’接收到注销消息后，从记录在本树状结构获取转交地址的簇首节点记录表中删除簇首节点H的记录；

步骤518：注册过程结束。

图6所示的是路由表项格式示意图，本发明采用链路层进行路由，链路层地址设置为传感器节点IPv6地址的传感器节点ID。树状结构中的节点(包括网关节点与簇首节点)保存一个临时路由表项，路由表项包括三个域，目的节点域、下一跳域和生存时间域，其中，目的节点域记录目的节点的传感器节点ID，下一跳域记录到达目的节点的下一跳的传感器节点ID，生存时间域记录此临时路由表项的生存时间，此时间根据机器时钟自动衰减，当生存时间为0时，簇首节点将此表项从路由表项中删除，生存时间的设定值根据传感器节点的存储空间及传感器节点的数量来确定。因为传感器节点数目庞大且资源有限，且簇的频繁移动会导致路由的频繁变化，因此本发明采用按需路由的策略，路由表项的生存时间只用于一次路由操作。

图7a和图7b所示的是下一代全IP可移动传感器节点路由流程示意图，IPv6网络节点获取簇内节点X采集数据的流程描述如下：

步骤701：IPv6网络节点N发送一条获取簇内节点X采集数据的服务请求数据包，此消息的目的地址为Addr；

步骤702：此数据包在IPv6网络中路由，最后到达与簇内节点X所在无线传感器网络连接的网关节点，它通过检查Addr的网关节点ID判断簇内节点X是否在本树状结构内，如果不在，那么进行多播，最后此请求数据包会到达簇内节点簇内节点X所在树状结构的网关节点G；

步骤703：网关节点G查看记录在本树中获取家乡地址的簇首节点记录表中簇内节点X所在簇的簇首节点H对应的记录，判断记录中转交地址所在树状结构的网关节点G’是否为0，如果为0，转到步骤704，否则进行步骤705；

步骤704：网关节点G用簇内节点X的IPv6地址与簇内节点X所在簇簇首节点H的家乡地址的距离参数构建路由查询消息来查询到达簇内节点X的路由路径，并在树状结构上广播此消息，转到步骤707；

步骤705：网关节点G用隧道头部(源地址为网关节点G的IPv6地址，目的地址为网关节点G’的IPv6地址)封装服务请求数据包并将其转发到网关节点G’；

步骤706：网关节点G’收到服务请求消息之后，用簇内节点X的IPv6地址与所在簇簇首节点H的转交地址距离网关节点的距离参数构建路由查询消息来查询到达簇内节点X的路由路径，并在树状结构上广播此消息；

步骤707：在路由查询消息广播覆盖范围内的邻居簇首节点收到此消息后，邻居簇首节点通过查看路由查询消息的源地址判断此路由查询消息是否为其父节点所发送，如果是，进行步骤708，否则进行步骤711；

步骤708：邻居簇首节点判断它距离网关节点的距离值是否等于消息中的距离参数值，如果等于，进行步骤709，否则进行步骤710；

步骤709：邻居簇首节点判断其家乡地址的网关ID与簇首ID是否与簇内节点X的网关ID及簇首ID相同，如果相同，进行步骤713，否则进行步骤711；

步骤710：邻居簇首节点判断它距离网关节点的距离参数值是否大于消息中的距离参数值，如果大于，进行步骤711，否则进行步骤712；

步骤711：丢弃此消息，处理过程结束。

步骤712：邻居簇首节点用自己当前地址更新查询消息中的源地址域，然后在树状结构中继续广播此路由查询消息，转到步骤707；

步骤713：如果簇内节点X所在簇的簇首节点H获取家乡地址所在树状结构的网关节点G中记录在本树中获取家乡地址的簇首节点记录表中对应簇首节点H的记录中的转交地址所在树状结构的网关节点G’不为0，那么簇内节点X向网关节点G’单播返回一个路由响应消息，否则向网关节点G单播返回一个路由响应消息。以下相同

步骤714：簇内节点X首先将路由响应消息发送给它所在簇的簇首节点H，簇首节点H接收到此消息之后，将此消息发送给它所在簇树的父节点；

步骤715：父节点查看临时路由表项中是否已经存在簇内节点X的路由表项，即目的节点ID为簇内节点X的传感器节点ID的路由表项，如果存在，进行步骤716，否则进行步骤717；

步骤716：父节点重新设置簇内节点X路由表项的生存时间，转到步骤718；

步骤717：父节点建立一个临时路由表项，目的节点ID为簇内节点X的传感器节点ID，下一跳节点为发送路由响应消息的簇首节点的传感器节点ID；

步骤718：父节点是否为网关节点G或者网关节点G′，如果是，进行步骤720，否则进行步骤719；

步骤719：父节点将此路由响应消息继续发送给它的父节点，转到步骤715；

步骤720：网关节点G或者网关节点G′到达簇内节点X的路由建立结束，网关节点G或者网关节点G′按照此路由将服务请求消息发送给目的簇内节点X，目的簇内节点X将服务响应数据包按照原路径返回给网关节点G或者网关节点G′，由网关节点G或者网关节点G′将服务响应数据包发送到IPv6网络上，最后到达IPv6网络节点N；

步骤721：处理过程结束。

图8所示的是下一代全IP可移动传感器网络移动检测流程示意图，簇首节点H检测自己或者父节点的位置是否移动的过程如下：

步骤801：簇首节点H定期向父节点发送查询消息查看父节点的工作状态；

步骤802：簇首节点H在规定时间内如果没有接收到父节点的响应消息，那么进行步骤803，否则进行步骤807；

步骤803：簇首节点H认为父节点处于非正常工作状态，将转交地址设置为0，重新加入一个树状结构获取IPv6地址；

步骤804：如果簇首节点H新获取的IPv6地址为家乡地址，则进行步骤805，否则进行步骤806；

步骤805：簇首节点H向所在树状结构的网关节点进行家乡地址注册操作，转到步骤807；

步骤806：簇首节点H向所在树状结构的网关节点进行转交地址注册操作，

步骤807：过程结束。

综上所述，本发明实现了全IP无线传感器网络的网络移动，此项技术可以应用于国防、医疗及农业等领域，例如，针对一个农场(一个下一代全IP可移动无线传感器网络)，农场饲养了多种群居的牲畜，它们的移动是以群为基本单位的(一个簇)。为了查看这些牲畜的生存状态，在它们身上安装了一些部分功能传感器节点(簇内节点)用以采集相关参数，而在牲畜群中领头的牲畜身上安装全功能传感器节点(即簇首)，这样，当牲畜群进行移动时，外界饲养(研究)人员仍然可以通过Internet访问传感器节点以获取这些牲畜当前的生存状态参数。

本发明提供了一种下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***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 (10)

1.一种下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述下一代全IP可移动无线传感器网络为与IPv6网络实现全IP通信互联的无线传感器网络，是下一代Internet的末端网络；所述无线传感器网络中的每个传感器节点拥有唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及无线传感器节点的IPv6地址实现全IP通信互联；

所述***设置三类节点：网关节点、簇首节点及簇内节点；所述网关节点与簇首节点为全功能节点即具有路由转发功能的节点，网关节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，所述无线传感器网络的路由***为树状结构；所述簇内节点为部分功能节点即不具有路由转发功能的节点，用于数据采集与数据处理；其中，网关节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络，且网关节点为固定节点；

所述无线传感器网络由多个簇组成，每个簇包括一个簇首节点和多个簇内节点，簇内节点在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形；

所述簇为可移动单元，且簇在移动时，簇内的簇首节点与簇内节点的关系稳定。

2.根据权利要求1所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述无线传感器网络通过n个网关节点实现与IPv6网络全IP通信互联，且n≥1；当n≥2时，网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信。

3.根据权利要求2所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述无线传感器网络被n个网关节点划分为n个树状结构，每个树状结构中有且只有一个网关节点，且所述网关节点为树状结构的根节点，每个网关节点具有一个ID，该ID唯一地标识网关节点以及以此网关节点为根节点的树状结构。

4.根据权利要求3所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，簇首节点通过加入距离本簇首节点最近的网关节点所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，同时记录下所在树状结构的父节点，距离的度量单位为跳数；在获取IPv6地址之后，簇首节点与其一跳范围内的簇内节点共同构建成一个簇；簇内节点直接将数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在的树状结构实现对数据的路由。

5.根据权利要求4所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述网关节点、簇首节点及簇内节点的IPv6地址由两个部分组成，第一部分是全局路由前缀，一个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；第二部分为传感器节点ID，传感器节点ID分为网关节点ID、簇首ID以及簇内节点ID三个组成部分，其中网关节点ID唯一地标识以此网关节点为根节点的树状结构，一个树状结构中所有簇首节点和簇内节点IPv6地址的网关节点ID都相同；簇首ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇首ID都相同；簇内节点ID唯一地标识一个簇内节点；所述网关节点与簇首节点IPv6地址的簇内节点ID为0；所述网关节点ID、簇首ID及簇内节点ID由传感器节点原始ID号组成，在一个无线传感器网络中，传感器节点的原始ID号唯一。

6.根据权利要求4所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述***采用链路层进行路由，链路层地址设置为传感器节点IPv6地址的传感器节点ID；所述树状结构中的网关节点与簇首节点保存一个临时路由表项，路由表项包括三个域：目的节点域、下一跳域和生存时间域；目的节点域记录目的节点的传感器节点ID；下一跳域记录到达目的节点的下一跳的传感器节点ID；生存时间域记录此临时路由表项的生存时间，此时间根据机器时钟自动衰减，当生存时间为0时，簇首节点将此表项从路由表项中删除，生存时间的设定值根据传感器节点的存储空间及传感器节点的数量确定；所述路由表项的生存时间只用于一次路由操作。

7.根据权利要求6所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述网关节点保存两个记录表，一个记录表用来记录在本树状结构内获取家乡地址的簇首节点信息，包括家乡地址、转交地址所在树状结构的网关节点地址以及家乡地址到达网关节点的距离参数值；另一个记录表用来记录在本树状结构获取转交地址的簇首节点信息，包括簇首节点的家乡地址、在本树状结构中获取的转交地址以及转交地址到达网关节点的距离参数值。

8.根据权利要求7所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，当簇首节点获取家乡地址或者重新回到最初获取家乡地址的树状结构中后，簇首节点向所在树状结构的网关节点进行家乡地址注册操作；如果簇首节点由于自身移动重新回到获取家乡地址的树状结构，那么网关节点向簇首节点最后获取转交地址所在树状结构的网关节点进行注销操作；如果簇首节点获取转交地址，则向当前所在树状结构的网关节点进行转交地址注册。

9.根据权利要求6或7所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，所述网关节点通过路由查询消息建立到达目的簇内节点的路由路径，在路由查询消息覆盖范围内的簇首节点收到此消息后，簇首节点通过查看路由查询消息的源地址判断此路由查询消息是否为簇首节点的父节点所发送，如果不是，则丢弃此消息，否则簇首节点继续判断自己距离当前所在树状结构的网关节点的距离值与目的簇首节点当前地址距离网关节点的距离值的大小关系；如果簇首节点距离当前所在树状结构的网关节点的距离值大于目的簇首节点距离网关节点的距离值，则丢弃此消息，如果小于，则继续广播此消息，如果等于，簇首节点继续判断其家乡地址的网关节点ID与簇首ID是否与目的簇内节点地址的网关节点ID与簇首ID相同，如果不相同，则放弃此消息，如果相同，簇首节点则在簇内广播目的簇内节点的簇内节点ID，如果簇内节点检测到自己的簇内节点ID与目的簇内节点的簇内节点ID相同，即此簇内节点为目的簇内节点，那么此簇内节点向网关节点单播返回一个路由响应消息；目的簇内节点返回的路由响应消息的返回路径为：目的簇内节点首先将路由响应消息发送给它所在簇的簇首节点，簇首节点接收到此消息之后，将此消息发送给簇首节点所在簇树的父节点F，簇首节点的父节点F首先查看临时路由表项中是否已经存在目的簇内节点的路由表项，即目的节点ID为目的簇内节点的传感器节点ID，下一跳节点是目的簇内节点所在簇的簇首节点的传感器节点ID，如果存在，则重新设置生存时间，如果不存在，则建立一个临时路由表项，目的节点ID为目的簇内节点的传感器节点ID，下一跳节点ID为目的簇内节点所在簇的簇首节点的传感器节点ID，并设置生存时间，然后继续将此消息发送给簇首节点的父节点F的父节点F’，簇首节点的父节点F的父节点F’接收到此消息后，重复上述操作，即目的节点ID为目的簇内节点的传感器节点ID，下一跳节点ID为簇首节点的父节点F的传感器节点ID；最终路由响应消息到达网关节点。

10.根据权利要求9所述的下一代全IP可移动无线传感器网络路由的实现***，其特征在于，簇首节点定时查询父节点的工作状态，如果簇首节点在规定时间内没有接收到父节点的响应消息，那么判定父节点处于非正常工作状态，簇首节点将其转交地址设置为0，并重新加入一个树状结构获取IPv6地址，如果新获取的IPv6地址为家乡地址，即原来的家乡地址的全局路由前缀及网关节点ID与新获取的IPv6地址的全局路由前缀及网关节点ID都相同，那么簇首节点进行家乡地址注册操作，否则簇首节点将新获取的IPv6地址作为转交地址并进行转交地址注册操作。

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