低功耗有损网络中成员更新方法及dodag根节点的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低功耗有损网络中成员更新方法，其中，LLN中包含虚拟根节点组，该虚拟根节点组由至少两个DODAG根节点组成；虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息后，确定是否允许新成员加入，并向该新成员发送加入响应消息；并在允许该新成员加入时，为该新成员分配虚拟根节点组的组标识，并向虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知该DODAG根节点有新成员加入。本发明还公开了一种目标导向的有向无环图根节点。本发明的技术方案基于RPL的轻型扩展而方便快速地形成虚拟根节点组；并可以虚拟根节点组中的多个DODAG根节点之间的协同工作，增加了在LLN中的连接稳定性。
【专利说明】低功耗有损网络中成员更新方法及DODAG根节点
【技术领域】
[0001]本发明涉及低功耗有损网络(LLN, Low power and Lossy Network)中成员接入及移除技术，尤其涉及一种低功耗有损网络中成员更新方法及目标导向的有向无环图(DODAG, Destination Oriented Direct Acyclic Graph)根节点。
【背景技术】
[0002]低功耗有损网络(LLN, Low power and Lossy Network)中，路由器以及路由器的连接关系都受到约束，LLN 路由协议(RPL, Routing Protocol for Low power and Lossynetwork)是专门针对LLN设计的路由协议。在目前的RPL协议中，依赖于目标导向的有向无环图(D0DAG, Destination Oriented Direct Acyclic Graph)根节点作为代理来协调D0DAG。虽然RPL中也提到了虚拟根节点，但并没有规定如何形成代理组及代理组如何工作。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种低功耗有损网络中成员更新方法及目标导向的有向无环图根节点，能以虚拟根节点组的方式对各DODAG根节点中的成员接入及移除，使多个DODAG根节点之间协同工作，增加在LLN中的连接稳定性。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0005]一种低功耗有损网络中成员更新方法，所述低功耗有损网络LLN中包含虚拟根节点组，所述虚拟根节点组由至少两个目标导向的有向无环图DODAG根节点组成；所述方法包括:
[0006]所述虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息后，确定是否允许所述新成员加入，并向所述新成员发送加入响应消息；并在允许所述新成员加入时，为所述新成员分配所述虚拟根节点组的组标识，并向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知所述某DODAG根节点有新成员加入。
[0007]优选地，所述方法还包括:
[0008]所述虚拟根节点组中的某DODAG根节点确定有成员退出时，向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知所述某DODAG根节点有成员退出。
[0009]优选地，所述方法还包括:
[0010]对目的通告对象DAO消息进行扩展，作为加入请求消息使用；
[0011]和/或，对DAO响应DAO-ACK消息进行扩展，作为加入响应消息使用；
[0012]和/或，对DODAG信息对象DIO消息进行扩展，作为加入通知消息使用。
[0013]优选地，扩展的DAO消息中包含消息类型信息、长度信息、成员标识信息、成员的网络地址信息；
[0014]扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息；[0015]扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0016]优选地，所述方法还包括:
[0017]对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。
[0018]优选地，扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0019]一种目标导向的有向无环图根节点，应用于低功耗有损网络LLN中；其特征在于，所述LLN中包含虚拟根节点组，所述虚拟根节点组由至少两个目标导向的有向无环图DODAG根节点组成；所述DODAG根节点包括接收单元、确定单元、发送单元和分配单元，其中:
[0020]接收单元,用于接收新成员的加入请求消息；
[0021]确定单元，用于确定是否允许所述新成员加入；
[0022]发送单元，用于向所述新成员发送加入响应消息；
[0023]所述确定单元确定允许所述新成员加入时，触发所述分配单元为所述新成员分配所述虚拟根节点组的组标识，并由所述发送单元向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息,通知所述DODAG根节点有新成员加入。
[0024]优选地，所述确定单元还用于，确定有成员退出时，向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知所述DODAG根节点有成员退出。
[0025]优选地,所述DODAG根节点还包括:
[0026]第一扩展单元，用于对目的通告对象DAO消息进行扩展，作为加入请求消息使用；
[0027]和/或，用于对DAO响应DAO-ACK消息进行扩展，作为加入响应消息使用；
[0028]和/或，用于对DODAG信息对象DIO消息进行扩展，作为加入通知消息使用。
[0029]优选地，扩展的DAO消息中包含消息类型信息、长度信息、成员标识信息、成员的网络地址信息；
[0030]扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息；
[0031]扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0032]优选地,所述DODAG根节点还包括:
[0033]第二扩展单元，用于对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。
[0034]优选地，扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0035]本发明中，LLN中包含虚拟根节点组，该虚拟根节点组由至少两个DODAG根节点组成；虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息后，确定是否允许新成员加入，并向该新成员发送加入响应消息；并在允许该新成员加入时，为该新成员分配虚拟根节点组的组标识，并向虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知该DODAG根节点有新成员加入。本发明中，仅对LLN中现有的消息进行扩展，即可实现成员接入虚拟根节点组及从该虚拟根节点组中移除。本发明的技术方案基于RPL的轻型扩展而方便快速地形成虚拟根节点组；并可以虚拟根节点组中的多个DODAG根节点之间的协同工 作，增加了在LLN中的连接稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明实施例的低功耗有损网络中成员更新方法的流程图；
[0037]图2为本发明实施例的目标导向的有向无环图根节点的组成结构示意图；
[0038]图3为本发明实施例的扩展后的DAO消息格式示意图；
[0039]图4为本发明实施例的扩展后的DAO-ACK消息格式示意图；
[0040]图5为本发明实施例的扩展后用作加入通知消息的DIO消息格式示意图；
[0041]图6为本发明实施例的扩展后用作移除通知消息的DIO消息格式示意图。
【具体实施方式】
[0042]本发明的基本思想为:LLN中包含虚拟根节点组，该虚拟根节点组由至少两个DODAG根节点组成；虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息或接收到成员离开某DODAG根节点的移除请求消息后，向虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息或移除通知消息，以使虚拟根节点组保持对组内成员的正常管理维护。
[0043]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0044]图1为本发明实施例的低功耗有损网络中成员更新方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的低功耗有损网络中成员更新方法包括以下步骤:
[0045]步骤101,虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息后,确定是否允许该新成员加入，并向该新成员发送加入响应消息。
[0046]本发明中，LLN中包含虚拟根节点组，该虚拟根节点组由至少两个DODAG根节点组成。这与现有的由一个DODAG根节点作为代理来协调DODAG的技术是完全不同的。
[0047]本发明中，由于是基于虚拟根节点组的新应用，因此对其中的诸多细节作进一步详细说明。
[0048]本发明需设置加入请求消息及加入响应消息，以用于新成员加入虚拟根节点组。具体的，可分别对现有的目的通告对象(DAO, Destination Advertisement Object)消息及DAO响应(Destination Advertisement Object-ACK)消息进行扩展，分别作为加入请求消息及加入响应消息使用。
[0049]扩展后的DAO消息格式如图3，如图3所示，扩展的加入请求消息中包含消息类型(option-type)信息、长度(length)信息、成员标识(unique ID)信息、成员的网络地址(IPv6 address)信息。本发明中，成员的网络地址为IPv6地址，当然，这主要是考虑到LLN中的加入虚拟根节点组的成员均是各类传感器等检测终端，为方便与这些成员进行通信及管理上的便利，为其分配IPv6地址；当然，在当前的应用场景下，成员的地址信息也可以是IPv4地址等。需要说明的是，成员的网络地址信息是何种地址信息，不影响本发明技术方案的实施。由图3可知，消息中还设置有保留(reserved)位，以用于后续的扩展。其中，unique ID为成员自身的标识信息，具有唯一性，例如可以是成员自身硬件的标识信息，或者是LLN为其分配的标识其身份的其他唯一标识信息。由图3可知，option-type信息占用一个字节，length信息占用一个字节,reserved位占用两个字节,unique ID占用四个字节，剩余的字节由成员的IPv6地址占用，即成员的IPv6地址占用16个字节。
[0050]扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息；扩展后的DAO-ACK消息格式如图4，如图4所示，扩展的加入响应消息中包含消息类型(option-type)信息、长度(length)信息、响应代码信息(responsecode)、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识(member ID)信息。本发明中，响应代码信息为是否允许成员加入当前请求接入的DODAG根节点是否允许该新成员接入的指示，如该值为I时表示允许该新成员加入当前的DODAG根节点，该值为O时表示不允许该新成员加入当前的DODAG根节点；当然，也可以是该值为O时表示允许该新成员加入当前的DODAG根节点，该值为I时表示不允许该新成员加入当前的DODAG根节点。member ID信息由当前请求接入的DODAG根节点为该新接入的成员分配。由图4可知，option-type占用一个字节，length占用一个字节,response code占用两个字节,剩余的字节由member ID占用，即member ID占用四个字节。
[0051]步骤102，DODAG根节点在允许所述新成员加入时，为该新成员分配虚拟根节点组的组标识，并向虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知该DODAG根节点有新成员加入。
[0052]本发明中，需要对现有的DODAG信息对象(D10，DODAG Information Object)消息进行扩展，作为加入通知消息使用。扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0053]扩展后用作加入通知消息的DIO消息如图5，如图5所示，扩展的加入通知消息中包含消息类型(option-type)信息、长度(length)信息、成员标识(unique ID)信息、为该新加入的成员分配的虚拟根节点组的组标识(member ID)信息、成员的网络地址(IPv6address)信息。本发明中，成员的网络地址为IPv6地址，当然，这主要是考虑到LLN中的加入虚拟根节点组的成员均是各类传感器等检测终端，为方便与这些成员进行通信及管理上的便利，为其分配IPv6地址；当然，在当前的应用场景下，成员的地址信息也可以是IPv4地址等。需要说明的是，成员的网络地址信息是何种地址信息，不影响本发明技术方案的实施。其中，由图5可知，消息中还设置有保留(reserved)位，以用于后续的扩展。unique ID为成员自身的标识信息，具有唯一性，例如可以是成员自身硬件的标识信息，或者是LLN为其分配的标识其身份的其他唯一标识信息。其中，成员的网络地址(IPv6 address)信息主要用于方便对该成员进行寻址，以实现与其的通信或相关管理等，而其标识信息用于标识该成员，以用于身份认证等。由图5可知，option-type信息占用一个字节，length信息占用一个字节，reserved位占用两个字节，unique ID占用四个字节，member ID占用四个字节，剩余的字节由成员的IPv6地址占用，即成员的IPv6地址占用16个字节。
[0054]步骤103，DODAG根节点确定有成员退出时，向虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知自身有成员退出。
[0055]DODAG根节点在设定的期间内未接收到某成员的上报消息时，确定该成员退出；或者，当某成员需要退出时，向该DODAG根节点发送退出的通知消息，DODAG根节点确定该成员退出。
[0056]本发明中，对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0057]扩展后用作移除通知消息的DIO消息如图6，如图6所示，扩展的移除通知消息中包含消息类型(option-type)信息、长度(length)信息、移除原因(reason)信息、成员标识(unique ID)信息、为成员分配的虚拟根节点组的组标识(member ID)信息、成员的网络地址(IPv6 address)信息。本发明中，成员的网络地址为IPv6地址，成员的地址信息也可以是IPv4地址等。其中，由图6可知，unique ID为退出成员自身的标识信息，具有唯一性，例如可以是成员自身硬件的标识信息，或者是LLN为其分配的标识其身份的其他唯一标识信息，其标识信息用于标识该成员，以用于身份认证等。由图6可知，option-type信息占用一个字节，length信息占用一个字节，reason占用两个字节，unique ID占用四个字节，member ID占用四个字节,剩余的字节由成员的IPv6地址占用，即成员的IPv6地址占用16个字节。
[0058]本发明的技术方案基于RPL的轻型扩展，可以方便和快速地形成虚拟根节点组。本发明的技术方案中，虚拟根节点组中的多个DODAG根节点之间的协调和合作，增加了在低功耗有损网络中的连接稳定性。
[0059]图2为本发明实施例的目标导向的有向无环图根节点的组成结构示意图，如图2所示，本发明实施例的目标导向的有向无环图根节点应用于低功耗有损网络LLN中；所述LLN中包含虚拟根节点组，所述虚拟根节点组由至少两个目标导向的有向无环图DODAG根节点组成；本发明实施例的DODAG根节点包括接收单元20、确定单元21、发送单元22和分配单元23，其中:
[0060]接收单元20，用于接收新成员的加入请求消息；
[0061]确定单元21，用于确定是否允许所述新成员加入；
[0062]发送单元22，用于向所述新成员发送加入响应消息；
[0063]上述确定单元21确定允许所述新成员加入时，触发所述分配单元23为所述新成员分配所述虚拟根节点组的组标识，并由所述发送单元22向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知所述DODAG根节点有新成员加入。
[0064]上述确定单元21还用于，确定有成员退出时，向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知所述DODAG根节点有成员退出。
[0065]在图2所示的DODAG根节点的基础上，本发明实施例的DODAG根节点还包括:第一扩展单元(图2中未示出)，用于对目的通告对象DAO消息进行扩展，作为加入请求消息使用；和/或，用于对DAO响应DAO-ACK消息进行扩展，作为加入响应消息使用；和/或，用于对DODAG信息对象DIO消息进行扩展，作为加入通知消息使用。
[0066]扩展的DAO消息中包含消息类型信息、长度信息、成员标识信息、成员的网络地址信息；扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息；扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
[0067]在图2所示的DODAG根节点的基础上，本发明实施例的DODAG根节点还包括:第二扩展单元(图2中未示出)，用于对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。
[0068]扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。[0069]本领域技术人员应当理解，图2中所示的DODAG根节点中的各处理单元的实现功能可参照前述低功耗有损网络中成员更新方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解，图2所示的DODAG根节点中各处理单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
[0070]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各处理单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，其可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，其可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0071]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种低功耗有损网络中成员更新方法，其特征在于，所述低功耗有损网络LLN中包含虚拟根节点组，所述虚拟根节点组由至少两个目标导向的有向无环图DODAG根节点组成；所述方法包括: 所述虚拟根节点组中的某DODAG根节点接收到新成员的加入请求消息后，确定是否允许所述新成员加入，并向所述新成员发送加入响应消息；在允许所述新成员加入时，为所述新成员分配所述虚拟根节点组的组标识，并向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知所述某DODAG根节点有新成员加入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 所述虚拟根节点组中的某DODAG根节点确定有成员退出时，向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知所述某DODAG根节点有成员退出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 对目的通告对象DAO消息进行扩展，作为加入请求消息使用； 和/或，对DAO响应DAO-ACK消息进行扩展，作为加入响应消息使用； 和/或，对DODAG信息对象DIO消息进行扩展，作为加入通知消息使用。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于: 扩展的DAO消息中包含消息类型信息、长度信息、成员标识信息、成员的网络地址信 息； 扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息； 扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
7.一种目标导向的有向无环图根节点，应用于低功耗有损网络LLN中；其特征在于，所述LLN中包含虚拟根节点组，所述虚拟根节点组由至少两个目标导向的有向无环图DODAG根节点组成；其特征在于，所述目标导向的有向无环图根节点包括接收单元、确定单元、发送单元和分配单元，其中: 接收单元，用于接收新成员的加入请求消息； 确定单元，用于确定是否允许所述新成员加入； 发送单元，用于向所述新成员发送加入响应消息； 所述确定单元确定允许所述新成员加入时，触发所述分配单元为所述新成员分配所述虚拟根节点组的组标识，并由所述发送单元向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送加入通知消息，通知所述DODAG根节点有新成员加入。
8.根据权利要求7所述的目标导向的有向无环图根节点，其特征在于，所述确定单元还用于，确定有成员退出时，向所述虚拟根节点组中的其余DODAG根节点发送移除通知消息，通知所述DODAG根节点有成员退出。
9.根据权利要求7所述的目标导向的有向无环图根节点，其特征在于，所述DODAG根节点还包括: 第一扩展单元，用于对目的通告对象DAO消息进行扩展，作为加入请求消息使用； 和/或，用于对DAO响应DAO-ACK消息进行扩展，作为加入响应消息使用； 和/或，用于对DODAG信息对象DIO消息进行扩展，作为加入通知消息使用。
10.根据权利要求9所述的目标导向的有向无环图根节点，其特征在于: 扩展的DAO消息中包含消息类型信息、长度信息、成员标识信息、成员的网络地址信息； 扩展的DAO响应消息中包含消息类型信息、响应代码信息、为新成员分配的虚拟根节点组的组标识信息； 扩展的加入通知消息中包含消息类型信息、长度信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
11.根据权利要求8所述的目标导向的有向无环图根节点，其特征在于，所述DODAG根节点还包括: 第二扩展单元，用于对DIO消息进行扩展，作为移除通知消息使用。
12.根据权利要求 11所述的目标导向的有向无环图根节点，其特征在于，扩展的移除通知消息中包含消息类型信息、长度信息、移除原因信息、成员的虚拟根节点组的组标识信息、成员标识信息、成员的网络地址信息。
【文档编号】H04W68/00GK103889021SQ201210556592
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】曹峰 申请人:中国移动通信集团公司