一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及传感器网络【技术领域】，具体的讲是一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法及装置。本发明实施例提供了一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，包括，在构建DODAG过程中，所有节点计算自身的当前剩余能量级别（Levelre_now）；若中间节点的所述Levelre_now符合预定规则，则该中间节点作为路由中的节点，并广播DIO消息中至少包括该中间节点的DODAGID、该中间节点的rank值和该中间节点的Levelre_now。确保局部区域内剩余能量级别较高的节点成为下一跳节点，缓解了多跳IPv6无线传感网中多对一数据传输模式中出现的热点问题。
【专利说明】一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器网络【技术领域】，具体的讲是一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法及装置。
【背景技术】
[0002]IPv6无线传感器网络因其有限的计算能力和通信能力，以及较大的丢包率使得其迫切需要一种满足其网络特性的路由机制。IETF ROLL工作组在RFC6550提出一种适用于IPv6无线传感网的RPL路由机制。但是，该协议没有对节点移动性做出规定，由于节点移动将导致链路频繁失效，进而导致网络拓扑频繁改变，引发过多的本地修复，使得网络最优路径遭到严重的破坏，这对移动IPv6无线传感网具有非常大的挑战。
[0003]在现有技术中，IETF(Internet Engineering Task Force, Internet 工程任务组)工作组 ROLL ( (Routing Over Low power and Lossy networks,低功耗有损网络路由)结
合低功耗有损网络的特点在 RFC6550-《RPL:1Pv6Routing Protocol for Low-Power
and Lossy Networks》中提出的无线传感器网络RPL路由协议，RPL路由DODAG构建过程如图6所示，LBR (LoffPANBor-der Router，边界路由器)发送包含图相关信息的DIO (DODAGInformation Object, DODAG消息对象)消息，监听LBR的节点A收到之后，加入到图中，并回复包含自己前缀信息的DAO (DestinationAdvertisement Object,目的地通告)消息给LBR。节点A发送DIO消息，其功率发送范围内的B接收后加入图中并回复DAO消息；网络启动后，节点B曾收到节点C发来的DIS (DODAG Information Solicitation,请求消息)消息，在节点B加入图之后，对节点C发送D10，邀请其加入D0DAG，节点C向其父节点B发送DAO消息，节点B收到后会整合信息，向其父节点发送DAO消息，逐级整合并回送DAO消息直到LBR，在LBR处包含所有节点的前缀信息。
[0004]上述现有技术的问题在于，RPL路由协议没有对节点移动性做出规定，由于节点移动将导致链路频繁失效，进而导致网络拓扑频繁改变，引发过多的本地修复，使得网络最优路径遭到严重的破坏，这对移动IPv6无线传感网具有非常大的挑战；RPL路由指标中没有考虑节点剩余能量级别，无法优先选择剩余能量较高的节点进行数据发送，无法避免数据传输过程中出现的热点问题，影响网络寿命；RPL路由机制在父节点集合中选择下一跳，如果父节点均失效，需要启动全局修复机制重新构建D0DAG，而不能通过兄弟节点快速发送数据。
[0005]另有现有技术在RPL基础上提出一种基于DAG(directed acyclic graph,有向无环图)无线传感网被动按需路由协议一DMR(DAG-based multipath routing,基于DAG的多路径路由)协议，发送数据之前，源节点请求sink节点构建DODAG (destination-orienteddirected acyclic graph,目标导向的有向无环图),建立sink和源节点之间的路径。DMR
(DAG-based multipath routing,基于DAG的多路径路由)协议通过使用两个路由度量-
rank信息和和LQI (link quality indication,链路质量指不)构建D0DAG,其中rank信息由到根节点的跳数决定，计算简单而且不需要额外的参数；LQI是IEEE802.15.4中定义的。
[0006]上述现有技术的问题在于，虽然解决了父节点失效后全局修复机制的问题，但是没有充分考虑QoS需求，特别是节点剩余能量，从而无法根据剩余能量合理分配网络资源，容易导致因某个节点能耗过大而使整个网络的网络寿命大大缩短；没有及时删除PS列表中过时的路由信息，无法保证路由信息的新鲜性，从而影响数据传输的可靠性。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中由于没有考虑到各节点剩余能量，从而造成IPv6的传感器网络寿命较短，无法合理的分配网络资源的问题，提出了一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法及装置。
[0008]本发明实施例提供了一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，包括，
[0009]在构建具有目的地址的有向无环图DODAG过程中，所有节点计算自身的当前剩余能量级别Levelf ;若中间节点的所述Levelf符合预定规则,则该中间节点作为路由中的节点，并广播DODAG消息对象DIO中至少包括该中间节点的具有目的地址的有向无环图标识符D0DAGID、该中间节点的rank跳数值和该中间节点的LevelM nOT。
[0010]本发明是类似还提供了一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，包括，
[0011]计算单元,用于在构建DODAG过程中，计算自身节点的Levelra—_ ；
[0012]逻辑判断单元，用于若所述装置所在的中间节点的所述Levels符合预定规则，则该中间节点作为路由中的节点，并广播DIO中至少包括D0DAGID、该中间节点的rank值和该中间节点的LevelM—nOT。
[0013]通过上述实施例的方法和装置，确保局部区域内剩余能量级别较高的节点成为下一跳节点，缓解了多跳IPv6无线传感网中多对一数据传输模式中出现的热点问题，本发明没有改动RPL路由协议的整体框架，而是对现有RPL协议在节点移动性和路由指标(剩余能量级别)方面的补充。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]结合以下附图阅读对实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点，以及额外的特征和优点，将会更加清楚。
[0015]图1所示为本发明实施例一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法的流程图；
[0016]图2所示为本发明实施例一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置的结构示意图；
[0017]图3所示为本发明实施例1Pv6无线传感器网络的结构示意图；
[0018]图4所示为本发明实施例一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法的具体流程图；
[0019]图5所示为本发明实施例一种IPv6无线传感器网络发送数据的流程图；
[0020]图6所示为现有技术中RPL路由DODAG构建过程的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面的描述可以使任何本领域技术人员利用本发明。具体实施例和应用中所提供的描述信息仅为示例。这里所描述的实施例的各种延伸和组合对于本领域的技术人员是显而易见的，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本发明定义的一般原则可以应用到其他实施例和应用中。因此，本发明不只限于所示的实施例，本发明涵盖与本文所示原理和特征相一致的最大范围。
[0022]如图1所示为本发明实施例一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法的流程图。
[0023]包括步骤101，在构建具有目的地址的有向无环图(DODAG)过程中，所有节点计算自身的当前剩余能量级别(LevelM—nOT)。
[0024]步骤102，若中间节点的所述Levelre now符合预定规则，则该中间节点作为路由中的节点，并广播DODAG消息对象(DIO)中至少包括具有目的地址的有向无环图标识符(D0DAGID)、该中间节点的rank (跳_值和该中间节点的Levelre Mw。
[0025]作为本发明的一个实施例，在所述步骤102中还包括，所述中间节点获取发送节点的链路质量指示(LQI)信息，创建父母兄弟姐妹列表(PS-1ist表)，在该表中保存发送节点的ID、DODAGID, rank值、LQI信息和发送节点的Levelre now。
[0026]作为本发明的一个实施例，在所述步骤102之前还包括，当所述中间节点的D0DAGID不小于发送节点的D0DAGID时，若所述中间节点的rank值大于等于发送节点的rank值,则若中间节点的所述Levelre now符合预定规则,则该中间节点作为路由中的节点，并广播DODAG消息对象(DIO)中至少包括具有目的地址的有向无环图标识符(D0DAGID)、该中间节点的rank (跳值和该中间节点的Levelre now ;若所述中间节点的rank值小于发送节点的rank值,则丢弃所述D10。
[0027]作为本发明的一个实施例,所述所有节点计算自身的当前剩余能量级别(Levelra—now)包括，节点完成一次数据交互所需要的能量E。= IfiX (Et+Er);
[0028]令
【权利要求】
1.一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于， 在构建具有目的地址的有向无环图DODAG过程中，所有节点计算自身的当前剩余能量级别LevelM—nOT ;若中间节点的所述Levelf符合预定规则,则该中间节点作为路由中的节点，并广播DODAG消息对象DIO中至少包括该中间节点的具有目的地址的有向无环图标识符D0DAGID、该中间节点的rank跳数值和该中间节点的LevelM nOT。
2.根据权利要求1所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，所述中间节点获取发送节点的链路质量指示LQI信息，创建父母兄弟姐妹列表PS-1ist表，在该表中保存发送节点的ID、DODAGID, rank值、LQI信息和发送节点的Levelre nOT。
3.根据权利要求1所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，在判断中间节点的所述LevelM—nOT是否符合预定规则之前还包括，当所述中间节点的D0DAGID不小于发送节点的D0DAGID时,若所述中间节点的rank值大于等于发送节点的rank值,则若中间节点的所述Levels符合预定规则，则该中间节点作为路由中的节点，并广播DIO中至少包括D0DAGID、该中间节点的rank值和该中间节点的Leve 1M—n? ；若所述中间节点的rank值小于发送节点的rank值,则丢弃所述D10。
4.根据权利要求1所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，所述所有节点计算自身的Levelf包括，
5.根据权利要求1所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，在构建具有目的地址的有向无环图DODAG过程结束后的数据发送阶段，若节点Q的PS-1ist表中没有rank值小于等于该节点Q的节点，则该节点Q广播请求消息DIS给根节点,数据转发失败； 若节点Q的PS-1ist表中有rank值小于等于节点Q的节点,则进一步判断PS-1ist表中是否有rank值小于节点Q的节点，如果有，则将rank值最小的节点作为数据转发节点；如果没有，则选择rank值相等的几个节点中Levelre _最大、LQI最好的节点作为数据转发节点。
6.根据权利要求5所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，在所述将rank值最小的节点作为数据转发节点中，判断所述rank值最小的节点是否只有一个，如果只有一个节点，则当该节点的Levelra—_大于等于LevelM—min,将该节点作为数据转发节点，当该节点的Levelra—_小于LevelM—min，删除所述节点Q的PS-1ist表中关于该节点的信息； 如果具有至少两个节点的rank值最小,则选择LevelM—nOT最大、LQI最好的节点作为数据转发节点。
7.根据权利要求5所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，如果PS-1ist表中没有rank值小于节点Q的节点,只包括一个rank值与节点Q相等的节点,则当该节点的Levelra—_大于等于LevelM—min，将该节点作为数据转发节点，当该节点的Levelra—now小于LeveIrajlin，删除所述节点Q的PS-1ist表中关于该节点的信息。
8.根据权利要求5所述的一种延长IPv6无线传感器网络寿命方法，其特征在于，所述Levelre now符合预定规则包括,所述Levelf大于预定阀值。
9.一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于包括， 计算单元，用于在构建DODAG过程中，计算自身节点的LevelM—nOT ； 逻辑判断单元，用于若所述装置所在的中间节点的所述Levelre nOT符合预定规则，则该中间节点作为路由中的节点，并广播DIO中至少包括D0DAGID、该中间节点的rank值和该中间节点的LevelM—n?。
10.根据权利要求9所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，还包括建表单元，用于获取发送节点的LQI信息，创建PS-1ist表，在该PS-1ist表中保存发送节点的ID、DODAGID, rank值、LQI信息和发送节点的Levelre Mw。
11.根据权利要求9所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，还包括广播单元，用于当 所述中间节点的D0DAGID不小于发送节点的D0DAGID时，若所述中间节点的rank值大于等于发送节点的rank值,则若中间节点的所述LevelM—n?符合预定规则,则该中间节点作为路由中的节点，并广播DIO消息中至少包括中间节点的D0DAGID、该中间节点的rank值和该中间节点的LevelM—nOT ;若所述中间节点的rank值小于发送节点的rank值，则丢弃所述DIO。
12.根据权利要求9所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，所述计算单元具体计算: 节点完成一次数据交互所需要的能量E。= (Et+Ee)；
令 Levelrejlin = I，Levelre msx = [_￡0 / (見 x <9)」=r , n 为 >1 的自然数； 节点当前剩余能量级别为kve/re__.； 其中，Eci—节点初始能量,Enow一节点当前剩余能量,Ec一节点完成一次数据交互所消耗的能量，fi一完成一次数据交互流出节点i的平均数据包数量，Et—发送一个数据包的单位能耗，Ee一接收一个数据包的单位能耗，0—调节系数，Levelre max一节点最大剩余能量级别，LevelM—nOT—节点当前剩余能量级别，LevelM—min~节点最小剩余能量级别。
13.根据权利要求9所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，还包括数据发送单元，在数据发送阶段，若节点Q的PS-1ist表中没有rank值小于等于该节点Q的节点，则该节点Q广播DIS消息给根节点，数据转发失败； 若节点Q的PS-1ist表中有rank值小于等于节点Q的节点，则进一步判断PS-1ist表中是否有rank值小于节点Q的节点，如果有，则将rank值最小的节点作为数据转发节点；如果没有，则选择rank值相等的几个节点中Levelre _最大、LQI最好的节点作为数据转发节点。
14.根据权利要求13所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，在所述数据发送单元之中还包括，优选模块，用于判断所述rank值最小的节点是否只有一个，如果只有一个节点，则当该节点的Levelra—_大于等于LevelM—min,将该节点作为数据转发节点，当该节点的Levelra—_小于LevelM—min，删除所述节点Q的PS-1ist表中关于该节点的信息； 如果具有至少两个节点的rank值最小,则选择LevelM—nOT最大、LQI最好的节点作为数据转发节点。
15.根据权利要求13所述一种延长IPv6无线传感器网络寿命装置，其特征在于，所述数据发送单元中的优选模块还用于，如果PS-1ist表中没有rank值小于节点Q的节点，只包括一个rank值与节点Q相等的节点，则当该节点的LevelM—n?大于等于evelra—min,将该节点作为数据转发节点，当该节点的Levelf小于Levelrajlin,删除所述节点Q的PS-1ist表中关于该节点的信息。
【文档编号】H04W72/04GK103648143SQ201310715059
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】卓兰, 徐全平, 寇宏, 张晖 申请人:工业和信息化部电子工业标准化研究院, 北京赛西科技发展有限责任公司