本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其連接方法。

背景技術(shù)：

長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)，是一種使用在特定環(huán)境中的傳感器網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于路燈監(jiān)測控制、電網(wǎng)輸電線實時在線檢測、河流沿岸環(huán)境監(jiān)控等。就其目的而言，wsn必須接入互聯(lián)網(wǎng)，使觀察者可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控感知對象才具有更現(xiàn)實的意義。但是wsn節(jié)點受自身硬件性能及其工作環(huán)境的限制，將wsn直接接入互聯(lián)網(wǎng)是不切實際的。而6lowpan(ipv6overlowpowerwirelesspersonalareanetwork，基于ipv6的低速無線個域網(wǎng))標準的發(fā)布已經(jīng)改變了這一格局。

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(ietf)于2004年成立了6lowpan工作組，該工作組的目標是研究制定在低功耗無線個域網(wǎng)上運行ipv6協(xié)議棧的一系列技術(shù)與標準。與傳統(tǒng)的因特網(wǎng)tcp/ip協(xié)議體系結(jié)構(gòu)相比，6lowpan在層次結(jié)構(gòu)上多了一個適配層，6lowpan在低層采用的是ieee802.15.4的mac(媒體訪問控制子層)和物理層，而在網(wǎng)絡(luò)層及以上使用ietf的ipv6協(xié)議棧。由于ipv6協(xié)議棧不能直接運行于802.15.4之上，6lowpan適配層的目的是在ipv6與無線傳感網(wǎng)之間實現(xiàn)無縫連接。6lowpan適配層的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：鏈路層的分片和重組、頭部壓縮、多播支持、網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)建和地址分配、以及mac層路由。

ipv6應(yīng)用于長鏈狀網(wǎng)絡(luò)中存在地址轉(zhuǎn)換困難、數(shù)據(jù)丟失率高等問題。在長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點呈長鏈狀分布，在這種特殊拓撲結(jié)構(gòu)下，節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換(特別是連續(xù)傳輸?shù)臅r候)容易發(fā)生碰撞沖突。當網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線節(jié)點需要傳輸較大的ipv6數(shù)據(jù)報時，往往需要對數(shù)據(jù)報進行分段并連續(xù)發(fā)送。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，分段后的ipv6數(shù)據(jù)報在連續(xù)發(fā)送過程中容易丟失，從而導(dǎo)致報文缺損，邊緣路由器接收數(shù)據(jù)后無法對該數(shù)據(jù)報進行重組。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其連接方法，實現(xiàn)基于6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通，不僅提高數(shù)據(jù)傳輸效率，而且降低發(fā)送過程中數(shù)據(jù)報文間的沖突以及數(shù)據(jù)的丟失率，保證了數(shù)據(jù)的完整性。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、ip路由器和互聯(lián)網(wǎng)用戶端；

所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括多個無線傳輸節(jié)點和一個邊緣路由器，所述無線傳輸節(jié)點與所述邊緣路由器為長鏈狀拓撲結(jié)構(gòu)，所述邊緣路由器處于所述長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的一端，所述無線傳輸節(jié)點呈長鏈狀向另一端延伸；

所述ip路由器與所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述邊緣路由器通過可通信方式連接；

所述互聯(lián)網(wǎng)用戶端，通過互聯(lián)網(wǎng)連接至所述ip路由器，以及經(jīng)由所述ip路由器連接所述邊緣路由器控制和查詢所述無線傳輸節(jié)點。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述邊緣路由器和所述無線傳輸節(jié)點之間通信遵循基于6lowpan的長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最大路由半徑的動態(tài)路由方法，所述邊緣路由器通過所述ip路由器獲取網(wǎng)絡(luò)地址前綴，并傳遞至所述無線傳輸節(jié)點，所述無線傳輸節(jié)點利用獲取的地址前綴及節(jié)點短地址生成ipv6地址，所述無線傳輸節(jié)點具備路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述無線傳輸節(jié)點的地址由64位地址前綴和64位接口標識組成，所述64位地址前綴通過所述邊緣路由器向所述ip路由器申請獲得或采用本地鏈路地址前綴，所述接口標識由所述無線傳輸節(jié)點在所述長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中短地址構(gòu)成。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的邊緣路由器為節(jié)點分配網(wǎng)內(nèi)短地址，以邊緣路由器為參考，該短地址由所述無線傳輸節(jié)點與所述邊緣路由器之間的距離決定。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的邊緣路由器，通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的方式實現(xiàn)ipv6與ipv4的轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明還提供了一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)連接方法，包括加下述步驟：

s1、新的無線節(jié)點加入長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的流程，具體為：

s11、新的無線節(jié)點入網(wǎng)時，該節(jié)點處于長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的末端，向相鄰的無線傳輸節(jié)點發(fā)送路由請求，相鄰的無線傳輸節(jié)點接收到該請求后，向新的無線節(jié)點發(fā)送一條路由通告，并向邊緣路由器發(fā)送節(jié)點注冊消息；

s12、新的無線節(jié)點通過路由通告里的選項信息獲取地址前綴；

s13、邊緣路由器接收到上述節(jié)點注冊消息后，為新的無線節(jié)點分配網(wǎng)內(nèi)短地址，新的無線節(jié)點獲取短地址后重新組合地址前綴與接口標識，從而獲取唯一的ipv6地址；

s2、互聯(lián)網(wǎng)用戶端訪問長鏈狀無線網(wǎng)絡(luò)的流程，具體為：

s21、網(wǎng)絡(luò)初始化，完成長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ipv6地址注冊，互聯(lián)網(wǎng)用戶端已知無線傳輸節(jié)點的ipv6地址；

s22、互聯(lián)網(wǎng)用戶端向無線節(jié)點發(fā)送指令時，應(yīng)用層把需要發(fā)送的指令打包成udp數(shù)據(jù)包，并設(shè)定源地址和目的地址，經(jīng)由ip路由器發(fā)送給邊緣路由器；

s23、邊緣路由器對接收到的數(shù)據(jù)報進行處理：

s24、無線傳輸節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報后，經(jīng)ieee802.15.4鏈路層解析得到6lowpan數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)報進行重組、解析，通過6lowpan適配層對6lowpan數(shù)據(jù)報解壓縮成原始ipv6數(shù)據(jù)報；

s26、無線傳輸節(jié)點分析udp封裝的指令信息，并執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，執(zhí)行下述步驟s3，并將數(shù)據(jù)包通過邊緣路由器發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)用戶端；

s3、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)用戶端的流程，具體為：

s31、無線傳輸節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集并構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，將ipv6地址進行壓縮得到6lowpan地址，將無線傳輸節(jié)點的6lowpan地址作為源地址、互聯(lián)網(wǎng)用戶端ip地址作為目的地址構(gòu)造6lowpan數(shù)據(jù)包，無線節(jié)點將6lowpan數(shù)據(jù)包封裝成ieee802.15.4數(shù)據(jù)包發(fā)送邊緣路由器；

s32、邊緣路由器解析ieee802.15.4數(shù)據(jù)包得到6lowpan數(shù)據(jù)包，獲取數(shù)據(jù)包中的互聯(lián)網(wǎng)用戶端ip地址，將無線傳輸節(jié)點的6lowpan地址解壓為ipv6地址，若互聯(lián)網(wǎng)用戶端地址為ipv6地址，則根據(jù)無線傳輸節(jié)點的ipv6地址、互聯(lián)網(wǎng)用戶端ipv6地址構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，將ipv6數(shù)據(jù)包發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)用戶端；若互聯(lián)網(wǎng)用戶端地址為ipv4地址，需要將ipv6數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ipv4數(shù)據(jù)包，發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)用戶端。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟s23中，緣路由器對接收到的數(shù)據(jù)報進行處理的具體方法為：

若數(shù)據(jù)報為ipv4格式，則需要將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)換為ipv6格式，然后將ipv6地址壓縮成6lowpan地址，生成6lowpan數(shù)據(jù)報、經(jīng)過ieee802.15.4封裝后分段處理，發(fā)送至無線傳輸節(jié)點；

若數(shù)據(jù)報為ipv6格式，將數(shù)據(jù)報中包含的用戶端的ipv6地址和目的地址為無線傳輸節(jié)點的ipv6地址壓縮成6lowpan地址，生成6lowpan數(shù)據(jù)報、經(jīng)ieee802.15.4鏈路封裝后、分段處理，發(fā)送至無線傳輸節(jié)點。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明提供了一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其連接方法，在ip層和物理層之間增加6lowpan適配層，實現(xiàn)其在lowpan域內(nèi)通過802.15.4協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)包，使得無線傳輸節(jié)點與邊緣路由器具有較高的通信效率。

2、本發(fā)明提出了互聯(lián)網(wǎng)主動訪問6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)流程和長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主動上報數(shù)據(jù)給互聯(lián)網(wǎng)的流程，解決了基于6lowpan的長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)用戶端的互聯(lián)互通問題。

3、本發(fā)明所述基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信采用最大路徑的動態(tài)路由方法、支持數(shù)據(jù)報的分段處理，可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)，降低發(fā)送過程中數(shù)據(jù)報文間的沖突以及數(shù)據(jù)的丟失率，保證了數(shù)據(jù)的完整性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明用戶端到基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)傳輸示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1所示，一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系,包括6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、ip路由器和互聯(lián)網(wǎng)用戶端；

所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括多個無線傳輸節(jié)點和一個邊緣路由器，所述無線傳輸節(jié)點與所述邊緣路由器為長鏈狀拓撲結(jié)構(gòu)，所述邊緣路由器處于所述長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的一端，所述無線傳輸節(jié)點呈長鏈狀向另一端延伸；

所述ip路由器與所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述邊緣路由器通過可通信方式連接；

所述互聯(lián)網(wǎng)用戶端，通過互聯(lián)網(wǎng)連接至所述ip路由器，以及經(jīng)由所述ip路由器連接所述邊緣路由器控制和查詢所述無線傳輸節(jié)點。

所述6lowpan長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所述邊緣路由器和所述無線傳輸節(jié)點之間通信遵循基于6lowpan的長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最大路由半徑的動態(tài)路由方法，所述邊緣路由器通過所述ip路由器獲取網(wǎng)絡(luò)地址前綴，并傳遞至所述無線傳輸節(jié)點，所述無線傳輸節(jié)點利用獲取的地址前綴及節(jié)點短地址生成ip地址，所述無線傳輸節(jié)點具備路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。

所述無線傳輸節(jié)點的地址由64位地址前綴和64位接口標識組成，所述64位地址前綴通過所述邊緣路由器向所述ip路由器申請獲得或采用本地鏈路地址前綴，所述接口標識由所述無線傳輸節(jié)點在所述長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中短地址構(gòu)成。

所述的邊緣路由器為節(jié)點分配網(wǎng)內(nèi)短地址，以邊緣路由器為參考，該短地址由所述無線傳輸節(jié)點與所述邊緣路由器之間的距離決定。

所述的邊緣路由器，通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的方式實現(xiàn)ipv6與ipv4的轉(zhuǎn)換。

如圖2所示，一種基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)連接方法，包括加下述步驟：

s1、新的無線節(jié)點加入長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的流程，具體為：

s11、新的無線節(jié)點入網(wǎng)時，該節(jié)點處于長鏈狀網(wǎng)絡(luò)的末端，向相鄰的無線傳輸節(jié)點發(fā)送路由請求，相鄰的無線傳輸節(jié)點接收到該請求后，向新的無線節(jié)點發(fā)送一條路由通告，并向邊緣路由器發(fā)送節(jié)點注冊消息；

s12、新的無線節(jié)點通過路由通告里的選項信息獲取地址前綴；

s13、邊緣路由器接收到上述節(jié)點注冊消息后，為新的無線節(jié)點分配網(wǎng)內(nèi)短地址，新的無線節(jié)點獲取短地址后重新組合地址前綴與接口標識，從而獲取唯一的ipv6地址；

s2、互聯(lián)網(wǎng)用戶端訪問長鏈狀無線網(wǎng)絡(luò)的流程，具體為：

s21、網(wǎng)絡(luò)初始化，完成長鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ipv6地址注冊，互聯(lián)網(wǎng)用戶端已知無線傳輸節(jié)點的ipv6地址；

s22、互聯(lián)網(wǎng)用戶端向無線節(jié)點發(fā)送指令時，應(yīng)用層把需要發(fā)送的指令打包成udp數(shù)據(jù)包，并設(shè)定源地址和目的地址，經(jīng)由ip路由器發(fā)送給邊緣路由器；

s23、邊緣路由器對接收到的數(shù)據(jù)報進行處理：所述步驟s23中，緣路由器對接收到的數(shù)據(jù)報進行處理的具體方法為：

若數(shù)據(jù)報為ipv4格式，則需要將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)換為ipv6格式，然后將ipv6地址壓縮成6lowpan地址，生成6lowpan數(shù)據(jù)報、經(jīng)過ieee802.15.4封裝后分段處理，發(fā)送至無線傳輸節(jié)點；

若數(shù)據(jù)報為ipv6格式，將數(shù)據(jù)報中包含的用戶端的ipv6地址和目的地址為無線傳輸節(jié)點的ipv6地址壓縮成6lowpan地址，生成6lowpan數(shù)據(jù)報、經(jīng)ieee802.15.4鏈路封裝后、分段處理，發(fā)送至無線傳輸節(jié)點。

s24、無線傳輸節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報后，經(jīng)ieee802.15.4鏈路層解析得到6lowpan數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)報進行重組、解析，通過6lowpan適配層對6lowpan數(shù)據(jù)報解壓縮成原始ipv6數(shù)據(jù)報；

s26、無線傳輸節(jié)點分析udp封裝的指令信息，并執(zhí)行相應(yīng)操作，構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，執(zhí)行下述步驟s3，并將數(shù)據(jù)包通過邊緣路由器發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)用戶端；

s3、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)用戶端的流程，具體為：

s31、無線傳輸節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集并構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，將ipv6地址進行壓縮得到6lowpan地址，將無線傳輸節(jié)點的6lowpan地址作為源地址、互聯(lián)網(wǎng)用戶端ip地址作為目的地址構(gòu)造6lowpan數(shù)據(jù)包，無線節(jié)點將6lowpan數(shù)據(jù)包封裝成ieee802.15.4數(shù)據(jù)包發(fā)送邊緣路由器；

s32、邊緣路由器解析ieee802.15.4數(shù)據(jù)包得到6lowpan數(shù)據(jù)包，獲取數(shù)據(jù)包中的互聯(lián)網(wǎng)用戶端ip地址，將無線傳輸節(jié)點的6lowpan地址解壓為ipv6地址，若互聯(lián)網(wǎng)用戶端地址為ipv6地址，則根據(jù)無線傳輸節(jié)點的ipv6地址、互聯(lián)網(wǎng)用戶端ipv6地址構(gòu)造ipv6數(shù)據(jù)包，將ipv6數(shù)據(jù)包發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)用戶端；若互聯(lián)網(wǎng)用戶端地址為ipv4地址，需要將ipv6數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ipv4數(shù)據(jù)包，發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)用戶端。

基于6lowpan的長鏈狀無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中無線節(jié)點的協(xié)議棧模型包括：應(yīng)用層、傳輸層、ip層、6lowpan適配層以及物理層；所述6lowpan適配層，用于完成對數(shù)據(jù)報的解析和壓縮。

用戶端向無線節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，應(yīng)用層把需要發(fā)送的指令打包成udp數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)發(fā)送至邊緣路由器，當邊緣路由器接收的數(shù)據(jù)報為ipv6格式，則不需要進行數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)換，直接利用6lowpan適配層對該數(shù)據(jù)報進行處理。若邊緣路由器接收到的數(shù)據(jù)報為ipv4數(shù)據(jù)報，則需要把該數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)換為ipv6格式。然后利用6lowpan適配層對該數(shù)據(jù)報進行壓縮，如果數(shù)據(jù)報較大，則壓縮后還需進行數(shù)據(jù)分段，最后發(fā)送至無線節(jié)點。無線節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，在6lowpan適配層對數(shù)據(jù)報進行解析，獲取用戶端指令并執(zhí)行相應(yīng)動作。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。