CN101707764B - 下一代全ip无线传感器网络的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了下一代全IP无线传感器网络的实现方法，所述***设置三类节点：IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点，所述IPv6接入节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，IPv6接入节点为树状结构的根节点，簇首节点为树状结构的中间节点及叶子节点；所述无线传感器网络的路由***通过IPv6接入节点与簇首节点构建的树状结构实现；所述簇内节点用于数据采集与数据处理；所述下一代全IP无线传感器网络的路由***在链路层实现，IPv6接入节点收到来自IPv6网络的数据包时，它对数据包进行分片处理，一个数据分片封装成为一个数据帧，并在本树状结构中自动实现路由，将数据帧路由到目的簇内节点。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络的实现***，尤其涉及的是一种下一代全IP无线传感器网络的实现方法。
背景技术
随着下一代网络(IPv6网络)的不断成熟和发展，无线传感器网络与下一代网络实现全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协议实现与下一代网络的全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)IPv6网络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。
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)IPv6协议栈优化方案：由于无线传感器网络资源受限，而IPv6网络最初并没有考虑嵌入式应用，因此要在储存器和处理器等资源极其有限的传感器节点上实现IPv6协议，必须对其进行合理精简。
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无线传感器网络的实现方法。
技术方案：本发明公开了一种下一代全IP无线传感器网络的实现方法，所述下一代全IP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IPv6网络的末端网络；所述无线传感器网络中的每个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现与传感器节点的全IP通信；
所述***设置三类节点：IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点；所述簇首节点与簇内节点根据最大连通度算法自动生成；所述IPv6接入节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，IPv6接入节点为树状结构的根节点，簇首节点为树状结构的中间节点及叶子节点，IPv6接入节点与簇首节点为固定节点；所述无线传感器网络的路由***通过IPv6接入节点与簇首节点构建的树状结构来实现；所述簇内节点用于无线传感器网络中的数据采集与数据处理，为固定节点；簇内节点直接将数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在树状结构实现对数据的路由；IPv6接入节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络；所述无线传感器网络通过n个IPv6接入节点与IPv6网络连接，且n≥1，当n≥2时，IPv6接入节点之间通过IPv6网络进行多播通信；所述无线传感器网络被n个IPv6接入节点划分为n个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入节点，且所述IPv6接入节点为树状结构的根节点，每个IPv6接入节点具有一个ID，该ID唯一地标识IPv6接入节点以及以此IPv6接入节点为根节点的树状结构；
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。
所述簇首节点和簇内节点的生成，包括以下步骤：
步骤301：处于孤立状态的所有传感器节点都设有一个具有相同值的初始衰减时间；
步骤302：处于孤立状态的一个传感器节点X定期广播一个包含自己信息的信息帧；
步骤303：帧覆盖范围内的传感器节点Y收到帧后，判断自己是否被标记为簇内节点，如果是，进行步骤311，如果不是，进行步骤304；
步骤304：传感器节点Y将上述传感器节点X加入到自己的邻居列表中；
步骤305：上述传感器节点Y判断自己是否已经标记为簇首节点，如果是，进行步骤309，否则进行步骤306；
步骤306：上述传感器节点Y将自身的衰减时间衰减一个预定值T；
步骤307：上述传感器节点Y判断衰减时间是否到期，即衰减为0，如果是，进行步骤308，否则进行步骤311；
步骤308：上述传感器节点Y将自己标识为簇首节点，同时向邻居列表中的传感器节点发送请求加入簇的命令帧，进行步骤310；
步骤309：上述传感器节点Y向上述传感器节点X发送请求加入簇的命令帧；
步骤310：上述传感器节点X收到命令帧后，判断自己是否处于孤立状态且衰减时间没有到期，如果是，进行步骤312，否则进行步骤311；
步骤311：放弃处理此帧，进行步骤316；
步骤312：上述传感器节点X将自己标识为簇内节点，并返回一个包含所加入簇簇首节点Y信息的确认命令帧；
步骤313：上述传感器节点Y判断收到的确认帧中簇首节点信息是否为自己的信息，如果是，进行步骤314，否则进行步骤315；
步骤314：上述传感器节点Y将上述传感器节点X加入到簇内节点列表中；
步骤315：上述传感器节点Y将上述传感器节点X从邻居列表中删除；
步骤316：过程结束；
其中传感器节点Y为除传感器节点X以外且在传感器节点X一跳范围内的任意一个传感器节点，且以上步骤中所述的传感器节点Y为同一个传感器节点，传感器节点X为同一个传感器节点。
本发明所述方法中，所述IPv6接入节点、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分为树ID、簇ID以及簇内ID三个组成部分，其中树ID唯一地标识一个以IPv6接入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地址的树ID都相同；簇ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇ID都相同；簇内ID唯一地标识一个簇内节点；所述IPv6接入节点IPv6地址的簇ID及簇内ID为0，其中树状结构的根节点的子节点所在的层次为1。
本发明所述方法中，所述簇首节点通过加入距离本簇首节点最近的IPv6接入节点所在的树状结构实现IPv6地址的传感器节点ID自动配置，距离的度量单位为跳数；在获取传感器节点ID之后，簇首节点采用有状态地址分配方式为簇内节点分配传感器节点ID。
本发明所述方法中，所述簇首节点即将失效时，它从本簇内选择性能参数最好的簇内节点成为新的簇首节点，新的簇首节点使用原来簇首节点的传感器节点ID，所述性能参数一般包括剩余能量、处理能力、存储资源、带宽等。
本发明所述方法中，所述IPv6接入节点的IPv6地址的树ID的有效比特位为i(64≥i≥1)；所述簇首节点所在树状结构的层次与它IPv6地址的簇首ID的有效比特位成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇首ID的有效比特位等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)比特，其中，i值可根据传感器节点分布密度与传感器网络规模进行调整，其中树状结构的根节点所在的层次为0。
本发明所述方法中，所述下一代全IP无线传感器网络的路由在链路层实现，传感器网络的链路地址为它的传感器节点ID。
本发明所述方法中，所述IPv6接入节点对IPv6数据包按照数据流方式进行分片处理，即只有第一分片包含IPv6头部结构，其他分片只包含IPv6负载；一个数据分片用适配层头部、Mesh delivery头部及帧头进行封装为一个数据帧；数据帧的帧头中源地址为IPv6接入节点的传感器节点ID，目的地址为目的簇内节点的传感器节点ID。
根本发明所述方法中，数据帧通过IPv6接入节点所在的树状结构自动完成路由，到达目的簇内节点，步骤为：
步骤901：IPv6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，此数据包的目的地址为簇内节点X的IPv6地址；
步骤902：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IPv6接入节点，IPv6接入节点通过检查簇内节点X的IPv6地址的树ID判断簇内节点X是否在本树状结构内，如果不在，则进行多播，最后此请求数据包到达簇内节点X所在簇的簇首节点所在树状结构的根节点或IPv6接入节点T；
步骤903：根节点T提取簇内节点X的链路层地址，即簇内节点X的IPv6地址的传感器节点ID，对数据包进行分片处理，用适配层头部、Mesh delivery头部及链路帧头部将数据分片封装为数据帧，其中，Mesh delivery头部的源地址为上述根节点或IPv6接入节点根节点T的传感器节点ID，目的地址为簇内节点X的传感器节点ID，链路帧头部目的地址为簇内节点X所在簇的簇首节点H所在分枝的下一跳子节点的传感器节点ID，将数据帧发送出去；
步骤904：簇首节点收到数据帧后，根据数据帧Mesh delivery头部的目的地址判断自己是否是目的簇内节点X所在簇的簇首节点H，如果不是，进行步骤905，否则进行步骤906；
步骤905：簇首节点将数据帧的目的地址更新为簇首节点H所在分枝下一跳子节点的传感器节点ID，簇首节点继续发送数据帧，进行步骤904；
步骤906：簇首节点H在簇内广播此数据帧，最终，簇内节点X收到此数据帧；
步骤907：簇内节点X收到所有的数据帧后，将分片进行重组，处理服务请求数据包，将服务响应数据封装成IPv6响应数据包，对其进行分片处理，用适配层头部及链路头部将数据分片封装成数据帧，其中，链路帧头部的源地址为簇内节点X的传感器节点ID，目的地址为簇首节点H的传感器节点ID，将数据帧发送出去；
步骤908：簇首节点收到数据帧后，检测自己的传感器节点ID判断自己是否为IPv6接入节点T，如果是，进行步骤910，否则进行步骤909；
步骤909：簇首节点将链路帧头部的源地址更新为自己的传感器节点ID，目的地址更新为其父节点的传感器节点ID，将数据帧发送出去，进行步骤908；
步骤910：IPv6接入节点T收到所有数据帧后，将分片进行重组成服务响应数据包，将数据包发送到IPv6网络上，数据包按照IPv6路由方式最终到达所述IPv6网络内的节点N；；
步骤911：路由过程结束。
本发明中，所述簇首节点为簇内节点分配传感器节点ID的方式为有状态地址分配方式，即记录地址分配状态分配传感器节点ID，用于避免地址重复分配。
有益效果：本发明提供了一种下一代全IP无线传感器网络的实现方法，所述下一代全IP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，它作为IPv6网络的末端网络存在，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网络节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信，获取传感器节点采集的数据信息。
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无线传感器网络拓扑结构示意图。
图2为本发明所述的IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述的簇首节点及簇内节点的产生流程示意图。
图4为本发明所述的簇首节点获取传感器节点ID的流程示意图。
图5为本发明所述的簇内节点传感器节点ID结构示意图。
图6为本发明所述的簇内节点获取传感器节点ID的流程示意图。
图7为本发明所述的簇首节点/簇内节点失效处理流程示意图。
图8为本发明所述的数据帧封装格式示意图。
图9为本发明所述的下一代全IP无线传感器网络路由流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了下一代全IP无线传感器网络的实现方法，在所述***中，无线传感器网络作为IPv6网络的末端网络存在，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网络节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信，获取传感器节点采集的数据信息。
图1所示的是下一代全IP无线传感器网络拓扑结构示意图，本发明中的全IP无线传感器网络设置了三类节点：IPv6接入节点1、簇首节点2及簇内节点3，其中，一个IPv6接入节点1与多个簇首节点2构成为树状结构，IPv6接入节点1为此树状结构的根节点，簇首节点为此树状结构的中间及叶子节点，此树状结构构建成无线传感器网络的路由***，簇内节点3用于数据采集与数据处理，IPv6接入节点1、簇首节点2与簇内节点3均为固定节点，IPv6接入节点1连接无线传感器网络与IPv6网络。无线传感器网络由多个簇4组成，每个簇包括一个簇首节点2和多个簇内节点3，簇内节点3在簇首节点的一跳范围内，拓扑结构为星形。所述无线传感器网络的路由在链路层实现，IPv6接入节点收到来自IPv6节点5的数据包时，它对数据包进行分片处理，把每个数据分片封装为一个数据帧，并在本树状结构中自动实现路由，将数据帧路由到目的簇内节点。
图2所示的是本发明所述的IPv6接入节点、簇首节点、簇内节点的IPv6地址结构示意图，IPv6接入节点、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64比特的全局路由前缀，一个全IP无线传感器网络中所有IPv6接入节点/簇首节点/簇内节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为64比特的传感器节点ID，它又分为i比特的树ID、n比特的簇ID以及(64-i-n)比特的簇内ID三个组成部分，其中树ID唯一地标识一个由IPv6接入节点与多个簇首节点构成的树状结构，一个树状结构中的IPv6接入节点及所有簇首节点(包括簇内节点)的树ID都相同；簇ID唯一地标识一个簇，一个簇的簇首节点及所有簇内节点的簇ID都相同；簇内ID唯一地标识一个簇内节点。IPv6接入节点IPv6地址的簇ID与簇内ID为0；簇首节点IPv6地址中的簇内ID为0。簇首节点所在树状结构的层次与它IPv6地址的簇首ID的有效比特位长度n成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇首ID的有效比特位长度n等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)，其中，i值可根据传感器节点分布密度与传感器网络规模进行调整，树状结构的根节点所在的层次为0。例如，当i值取4时，一个全IP无线传感器网络最多可包含15(0000分配给簇内节点)棵以IPv6接入节点为根结点的树状结构，此树状结构的层次最多可达16，树状结构中的簇首节点最多可拥有15个子节点(0000分配给簇内节点)，假设IPv6接入节点的IPv6地址为：全局路由前缀：1000::0，那么它的子节点的IPv6地址为：全局路由前缀：1x00::0，其中x＝1，2......F，以此类推。
图3所示的是本发明所述的簇首节点及簇内节点的产生流程示意图，初始状态下，处于孤立状态的传感器节点(即传感器节点既没有标记为簇首节点也没有标记为簇内节点)都有一个具有相同值的初始衰减时间。簇首节点及簇内节点的产生流程描述如下：
步骤301：处于孤立状态的所有传感器节点都设有一个具有相同值的初始衰减时间；
步骤302：处于孤立状态的一个传感器节点X定期广播一个包含自己信息的信息帧；
步骤303：帧覆盖范围内的传感器节点Y收到帧后，判断自己是否被标记为簇内节点，如果是，进行步骤311，如果不是，进行步骤304；
步骤304：传感器节点Y将上述传感器节点X加入到自己的邻居列表中；
步骤305：上述传感器节点Y判断自己是否已经标记为簇首节点，如果是，进行步骤309，否则进行步骤306；
步骤306：上述传感器节点Y将自身的衰减时间衰减一个预定值T；
步骤307：上述传感器节点Y判断衰减时间是否到期，即衰减为0，如果是，进行步骤308，否则进行步骤311；
步骤308：上述传感器节点Y将自己标识为簇首节点，同时向邻居列表中的传感器节点发送请求加入簇的命令帧，进行步骤310；
步骤309：上述传感器节点Y向上述传感器节点X发送请求加入簇的命令帧；
步骤310：上述传感器节点X收到命令帧后，判断自己是否处于孤立状态且衰减时间没有到期，如果是，进行步骤312，否则进行步骤311；
步骤311：放弃处理此帧，进行步骤316；
步骤312：上述传感器节点X将自己标识为簇内节点，并返回一个包含所加入簇簇首节点Y信息的确认命令帧；
步骤313：上述传感器节点Y判断收到的确认帧中簇首节点信息是否为自己的信息，如果是，进行步骤314，否则进行步骤315；
步骤314：上述传感器节点Y将上述传感器节点X加入到簇内节点列表中；
步骤315：上述传感器节点Y将上述传感器节点X从邻居列表中删除；
步骤316：过程结束。
图4所示的是簇首节点获取传感器节点ID的流程示意图，簇首节点获取传感器节点ID的流程描述如下：
步骤401：簇首节点H发送请求传感器节点ID的命令帧；
步骤402：帧覆盖范围内的其他的簇首节点收到命令帧后，判断自己是否还有剩余地址资源可供分配，如果有，进行步骤404，否则进行步骤403；
步骤403：放弃处理此帧，转到步骤408；
步骤404：所述其他的簇首节点向簇首节点H返回一个响应帧，此帧包括将要分配的簇首ID；
步骤405：若所述簇首节点H在规定时间内收到其他多个簇首节点返回的响应帧，则簇首节点H根据响应帧返回的簇首ID计算出返回响应帧的簇首节点所在树状结构的层数，选择层数值最小的簇首节点做为父节点并向父节点返回一个确认帧，同时从父节点返回的响应帧的链路源地址中抽取树ID，将树ID与父节点分配的簇首ID相结合形成自己的传感器节点ID；
步骤406：父节点收到确认帧后，将分配给簇首节点H的簇首ID标记为已分配，以免重复分配；
步骤407：簇首节点H成功加入树状结构并获取自己的传感器节点ID；
步骤408：过程结束。
图5所示的是本发明所述的簇内节点传感器节点ID结构示意图，簇内节点传感器节点ID包括四个部分，第一部分是i比特的树ID；第二部分为n比特的簇ID；第三部分为i比特的簇内节点标识符，其值为0；第四部分为(64-i-n-i)比特的簇内节点ID，其值为非0。其中，i与n的含义与图2相同。
图6所示的是本发明所述的簇内节点获取传感器节点ID的流程示意图，簇首节点采用记录地址分配状态的方式为簇内节点分配传感器节点ID以避免地址重复分配，簇内节点获取传感器节点ID的流程描述如下：
步骤601：簇内节点向所在簇的簇首节点发送请求传感器节点ID的命令帧；
步骤602：所述簇首节点收到命令帧后，判断自己是否还有剩余地址资源可供分配，如果是进行步骤603，否则进行步骤604；
步骤603：所述簇首节点向所述簇内节点返回一个响应帧，此帧包括将要分配的簇内节点ID，进行步骤605；
步骤604：所述簇首节点向所述簇内节点返回一个响应帧，此帧返回的簇内节点ID为0；
步骤605：所述簇内节点收到响应帧后，判断返回的簇内节点ID是否为0，如果不为0，进行步骤606，否则进行步骤609；
步骤606：所述簇内节点从响应帧的源链路地址中获取树ID及簇ID，然后将它们与分配的簇内节点ID相结合形成自己的传感器节点ID，同时向所述簇首节点返回一个确认帧；
步骤607：所述簇首节点收到确认帧后，将分配给所述簇内节点的簇内节点ID标记为已分配，以免重复分配；
步骤608：所述簇内节点成功获取自己的传感器节点ID，转到步骤611；
步骤609：所述簇内节点向所述簇首节点发送一个离开簇的命令帧，并将自己标记为孤立状态；
步骤610：所述簇首节点收到命令帧后，将所述簇内节点从邻居节点列表以及簇内节点列表中删除；
步骤611：过程结束。
图7所示的是本发明所述的簇首节点、簇内节点失效处理流程示意图，簇首节点、簇内节点电量小于预定值时，本发明就认为此节点为无效节点，传感器节点是靠电池驱动的，而且电池一般是不可更换的，如果电池耗尽了，传感器节点也就不能工作了。本实施例中预设值一般设置范围为50～200μJ。当簇首节点、簇内节点X检测到自己即将失效时，它的处理流程为：
步骤701：传感器节点X检测到自己即将失效；
步骤702：传感器节点X判断自己是否为簇首节点，如果是，进行步骤703，否则进行步骤707；
步骤703：簇首节点X向簇内广播一个离开簇的命令帧；
步骤704：簇内节点向簇首节点X返回一个包含自己当前性能参数的响应帧；
步骤705：簇首节点X比较返回响应帧中的性能参数，选择性能参数最好的簇内节点M成为新的簇首节点，同时将簇内节点M从邻居节点列表及簇内节点列表中删除，并释放簇内节点M所占用的簇内节点ID地址资源，最后将自己所有参数发送给簇内节点M；
步骤706：簇内节点M收到这些参数后，保存这些参数，采用簇首节点X的传感器节点ID，替代簇首节点X成为新的簇首节点，进行步骤710；
步骤707：传感器节点X判断自己是否为簇内节点，如果是，进行步骤708，否则进行步骤710；
步骤708：簇内节点X向所在簇的簇首节点H发送一个离开簇的命令帧，并将自己标记为孤立状态；
步骤709：簇首节点H收到命令帧后，将簇内节点X从邻居节点列表以及簇内节点列表中删除，并释放簇内节点X所占用的簇内节点ID地址资源；
步骤710：处理过程结束。
图8所示的是本发明所述的数据帧封装格式示意图，当IPv6接入节点收到来自IPv6网络的数据包时，它将IPv6数据包作为数据流进行分片处理，即只有数据包第一分片包含IPv6头部结构。数据分片依次经过适配层头部、Mesh delivery头部及帧头部进行封装形成数据帧，其中适配层头部记录IPv6数据包的分片信息，Mesh delivery头部记录数据帧的目的簇内节点的传感器节点ID，帧头信息记录下一跳簇首节点/目的簇内节点的传感器节点ID。
图9是所述的下一代全IP无线传感器网络路由流程示意图，具体路由流程如下：
步骤901：IPv6网络中的节点N发送一条获取簇内节点X采集数据的服务请求数据包，此数据包的目的地址为簇内节点的IPv6地址；
步骤902：此数据包在IPv6网络中路由，最后到达与目的簇内节点所在无线传感器网络连接的IPv6接入节点，IPv6接入节点通过检查目的簇内节点的IPv6地址的树ID判断簇内节点X是否在本树状结构内，如果不在，则进行多播，最后此请求数据包到达目的簇内节点所在簇的簇首节点所在树状结构的根节点或IPv6接入节点T，所述根节点T就是IPv6接入节点T，它们是同一个节点；
步骤903：根节点T或接入节点T提取目的簇内节点的链路层地址，即目的簇内节点的IPv6地址的传感器节点ID，对数据包进行分片处理，用适配层头部、Mesh delivery头部及链路帧头部将数据分片封装为数据帧，其中，Mesh delivery头部的源地址为根节点T的传感器节点ID，目的地址为目的簇内节点的传感器节点ID，链路帧头部目的地址为目的簇内节点所在簇的簇首节点H所在分枝的下一跳子节点的传感器节点ID，将数据帧发送出去；
步骤904：簇首节点收到数据帧后，根据数据帧Mesh delivery头部的目的地址判断自己是否是目的簇内节点所在簇的簇首节点H，如果不是，进行步骤905，否则进行步骤906；
步骤905：簇首节点将数据帧的目的地址更新为簇首节点H所在分枝下一跳子节点的传感器节点ID，簇首节点继续发送数据帧，进行步骤904；
步骤906：簇首节点H在簇内广播此数据帧，最终，目的簇内节点收到此数据帧；
步骤907：目的簇内节点收到所有的数据帧后，将分片进行重组，处理服务请求数据包，将服务响应数据封装成IPv6响应数据包，对其进行分片处理，用适配层头部及链路头部将数据分片封装成数据帧，其中，链路帧头部的源地址为目的簇内节点的传感器节点ID，目的地址为簇首节点H的传感器节点ID，将数据帧发送出去；
步骤908：簇首节点收到数据帧后，检测自己的传感器节点ID判断自己是否为IPv6接入节点T，如果是，进行步骤910，否则进行步骤909；
步骤909：簇首节点将链路帧头部的源地址更新为自己的传感器节点ID，目的地址更新为其父节点的传感器节点ID，将数据帧发送出去，进行步骤908；
步骤910：IPv6接入节点T收到所有数据帧后，将分片进行重组成服务响应数据包，将数据包发送到IPv6网络上，数据包按照IPv6路由方式最终到达IPv6节点N；
步骤911：路由过程结束。
综上所述，本发明提供了下一代全IP无线传感器网络的实现方法，此项技术可以应用于农业现代化、医疗健康、军事国防等诸多领域，例如，在农业现代化领域，可将无线传感器与IPv6网络全IP通信技术应用于现代设施农业环境监测控制，这样，农业劳动者不受地理位置限制，通过互联网可随时访问农田中的传感器节点，获取农田温度、湿度、光强度等环境参数，及时掌握农作物的生长环境，确保农作物健康成长。由于传感器节点具有体积小、价格低廉、易于布置、易于维护等特点，而互联网具有地理位置覆盖广泛，使用方便，界面友好、费用低廉等特点，因此，本技术具有很高的推广价值。
本发明提供了一种下一代全IP无线传感器网络的实现方法的思路，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 (4)
1.一种下一代全IP无线传感器网络的实现方法，其特征在于，所述下一代全IP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IPv6网络的末端网络；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节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现与传感器节点的全IP通信；
所述全IP无线传感器网络设置三类节点：IPv6接入节点、簇首节点及簇内节点；所述簇首节点与簇内节点根据最大连通度算法生成；所述IPv6接入节点与簇首节点的拓扑结构为树状结构，IPv6接入节点为树状结构的根节点，簇首节点为树状结构的中间节点及叶子节点，IPv6接入节点与簇首节点为固定节点；所述无线传感器网络的路由通过IPv6接入节点与簇首节点构建的树状结构实现；所述簇内节点用于数据采集与数据处理，为固定节点；簇内节点直接将数据发送至簇首节点，簇首节点通过所在树状结构实现对数据的路由；IPv6接入节点用于连接无线传感器网络与IPv6网络；所述无线传感器网络通过n个IPv6接入节点与IPv6网络连接，且n≥1，当n≥2时，IPv6接入节点之间通过IPv6网络进行多播通信；所述无线传感器网络被n个IPv6接入节点划分为n个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入节点，且所述IPv6接入节点为树状结构的根节点，每个IPv6接入节点具有一个ID，该ID唯一地标识IPv6接入节点以及以此IPv6接入节点为根节点的树状结构；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IPv6接入节点、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分为树ID、簇ID以及簇内ID三个组成部分，其中树ID唯一地标识一个以IPv6接入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地址的树ID都相同；簇ID唯一地标识一个簇，一个簇中的所有簇内节点的簇ID都相同；簇内ID唯一地标识一个簇内节点；所述IPv6接入节点IPv6地址的簇ID及簇内ID为0，所述簇首节点IPv6地址的簇内ID为0；
所述簇首节点和簇内节点的生成，包括以下步骤：
步骤301：处于孤立状态的所有传感器节点都设有一个具有相同值的初始衰减时间；
步骤302：其中，处于孤立状态的任意一个传感器节点X定期广播一个包含自己信息的信息帧；
步骤303：帧覆盖范围内的传感器节点Y收到帧后，判断自己是否被标记为簇内节点，如果是，进行步骤311，如果不是，进行步骤304；
步骤304：传感器节点Y将上述一个传感器节点X加入到自己的邻居列表中；
步骤305：上述传感器节点Y判断自己是否已经标记为簇首节点，如果是，进行步骤309，否则进行步骤306；
步骤306：上述传感器节点Y将自身的衰减时间衰减一个预定值T；
步骤307：上述传感器节点Y判断衰减时间是否到期，即衰减为0，如果是，进行步骤308，否则进行步骤311；
步骤308：上述传感器节点Y将自己标识为簇首节点，同时向邻居列表中的传感器节点发送请求加入簇的命令帧，进行步骤310；
步骤309：上述传感器节点Y向上述传感器节点X发送请求加入簇的命令帧；
步骤310：上述传感器节点X收到命令帧后，判断自己是否处于孤立状态且衰减时间没有到期，如果是，进行步骤312，否则进行步骤311；
步骤311：放弃处理此帧，进行步骤316；
步骤312：上述传感器节点X将自己标识为簇内节点，并返回一个包含所加入簇簇首节点Y信息的确认命令帧；
步骤313：上述传感器节点Y判断收到的确认帧中簇首节点信息是否为自己的信息，如果是，进行步骤314，否则进行步骤315；
步骤314：上述传感器节点Y将上述传感器节点X加入到簇内节点列表中，转步骤316；
步骤315：上述传感器节点Y将上述传感器节点X从邻居列表中删除；
步骤316：过程结束；
其中传感器节点Y为除传感器节点X以外且在传感器节点X一跳范围内的任意一个传感器节点，且以上步骤中所述的传感器节点Y为同一个传感器节点，传感器节点X为同一个传感器节点。
2.根据权利要求1所述的下一代全IP无线传感器网络的实现方法，其特征在于，所述簇首节点通过加入距离本簇首节点最近的IPv6接入节点所在的树状结构实现IPv6地址的传感器节点ID自动配置，距离的度量单位为跳数；在获取传感器节点ID之后，簇首节点为簇内节点分配传感器节点ID，所述IPv6接入节点的IPv6地址的树ID的有效比特位为i，且64≥i≥1；所述簇首节点所在树状结构的层次与其IPv6地址的簇首ID的有效比特位成正比关系，即簇首节点IPv6地址的簇首ID的有效比特位等于它所在树状结构的层次数乘以i比特，其中树状结构的根节点的子节点所在的层次为1。
3.根据权利要求2所述的下一代全IP无线传感器网络的实现方法，其特征在于，所述下一代全IP无线传感器网络的路由在链路层实现，传感器网络的链路地址为其传感器节点ID。
4.根据权利要求3所述的下一代全IP无线传感器网络的实现方法，其特征在于，所述IPv6接入节点对IPv6数据包按照数据流方式进行分片处理，即只有第一分片包含IPv6头部结构，其他分片只包含IPv6负载；一个数据分片用适配层头部、Mesh delivery头部及帧头进行封装为一个数据帧；数据帧的帧头中源地址为IPv6接入节点的传感器节点ID，目的地址为目的簇内节点的传感器节点ID。
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