本发明专利技术请求保护一种在IPv6工业无线传感器网络中基于确定性调度的路由方法，属于工业无线传感器网络技术领域；基于6LoWPAN与工业无线传感器网络的确定性调度技术，根据6LoWPAN系列协议标准，对其适配层协议和邻居发现协议进行了改进。根据工业无线传感器网络的应用需求，选择调度时间和信道质量作为路径选择准则；并采用分布式方式为标记了确定性特征的数据选取一条同时满足两个路由准则的最优通信路径，从而实现同时迎合工业应用确定性、实时性和可靠性要求的工业无线传感器网络路由技术。本发明专利技术能够有效保障工业无线传感器网络的确定性并提高网络的整体通信性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业无线传感器网络
，具体涉及一种IPv6工业无线网络的路由方法。
技术介绍
随着无线技术的发展，传统的现场总线结构已经不能满足工业现场的应用需求，工业无线传感器技术以其不用布线、可广泛分布、应用灵活、成本较低等优势成为工业领域的研究热点。由于工业环境一般具有高危险、低带宽等特点，无线设备的资源有限，且需长时间运行，因此要在这种低功率、有损耗的设备上实施无线技术，必须合理的安排时间、信道和带宽等资源，并充分考虑能耗的问题，调度机制便在这种情况下应运而生。针对工业无线传感器网络的这些特点，在工业环境下建立基于确定性调度和高可靠性及实时性的无线传感器网络已成为一种迫切的需求。同时，随着工业无线技术的发展，全球布置的无线节点可能是海量的，IPv6技术为海量节点的应用提供了保障。而6LoWPAN标准是目前应用最广泛的基于IPv6的短距离无线标准，必然成为工业无线传感器网络应用领域的主流标准。然而工业应用环境中的数据应用等级严格并且种类繁多，同时工业应用环境对确定性、可靠性要求较高，这些特性对6LoffPAN的应用提出了挑战。为了迎合工业应用环境的确定性、实时性和可靠性的要求，提出一种合理的路由方法是有必要的，正如中国专利:《基于调度与链路质量的无线传感器网络路由方法》(申请号:201010182448.1)文中所指出的。尽管目前已经涌现出大量的关于工业无线传感器网络的路由方法，但其各种方法均有其局限性，只考虑了确定性、实时性和可靠性中的部分因素，不能很好的迎合工业应用环境的需求。如上述专利通过减小或消除无线传感器网络数据传输过程中容易出现丢包、延时等问题，保障了数据传输的可靠性和实时性，却没有保障其确定性。本专利技术针对以上缺点通过改进6LoWPAN系列标准的适配层协议和邻居发现协议，设计调度帧头、SRR和SRC，选择调度时间和信道质量作为路径选择的准则，提出基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，目的在于提高工业无线传感器网络的整体通信性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为，针对现有路由技术无线传感器网络路由方法中主要考虑减小或消除无线传感器网络数据传输过程中容易出现丢包、延时等问题，保障数据传输的可靠性和实时性，而不能保障其确定性的缺陷，本专利技术根据工业无线传感器网络的特点，提出了一种满足工业环境应用的，能够提高网络整体通信性能的路由方法。根据6LoffPAN系列标准，对其适配层协议和邻居发现协议进行改进；根据工业无线传感器网络的应用需求，选择合适的路由准则，进而实现工业应用确定性、实时性和可靠性要求的工业无线传感器网络路由技术。本专利技术解决上述问题的技术方案是，针对工业无线传感器网络的特点，根据6LoffPAN系列协议标准，对其适配层协议和邻居发现协议进行改进，在改进适配层协议的过程中，在适配层帧头中新增了调度帧头，为传输数据标定确定性特征；在改进6LoWPAN邻居发现协议的过程中，增加了新的Internet控制报文协议(ICMP)报文，即调度路由请求报文SRR和调度路由确认报文SRC。通过设计调度帧头、SRR和SRC，并选择调度时间和信道质量作为路径选择的准则，最终采用分布式方式为标记了确定性特征的数据选取一条同时满足两个路由准则的最优通信路径，从而实现满足确定性调度的路由方法。具体为:提出，包括如下步骤:a)源节点构造调度路由请求报文SRR ；b)计算源节点到其所有邻居节点的调度时间，用SRR中的调度时间限制STL值减去调度时间，得到新的STL值更新SRR中的STL值，若此新的STL值小于等于零，则终止此链路上的路径查找，若此新的STL值·大于等于零，则执行步骤c)；c)将信道质量域累加上源节点到其邻居节点链路上的信道质量，再将SRR以单播的形式在源节点与其邻居节点的发送时隙发送出去；d)源节点的邻居节点各自创建一个指向源节点的逆向路由表项，同时将更新了STL值的SRR转发给各自的下一级邻居节点，用SRR中的调度时间限制STL值减去源节点的邻居节点到下一级邻居节点的调度时间，更新SRR中的STL值，对STL值大于等于零的链路，进一步转发到再下一级邻居节点，重复上述过程直到目的节点；e)目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，建立调度路由确认报文SRC进行路径确认；f)回程中，每个中间节点都检查SRC，并且将包含源地址、目的地址、路径ID、下一跳地址和跳数等信息的路径存储到本地路由表中，作为源节点到目的节点的一条路径；h)当有多条路径时，根据信道质量域中的值选取信道质量最优的路径。其中，所述调度时间为节点准备发送数据或在接收到数据后到向某个节点发送数据所等待的时间。所述SRR包含类型、编码、校验和、请求ID、源序列号、STL、信道质量、保留位和调度路由选项，其中，类型值为TBD6，编码值为1，源序列号在源节点每发送一个SRR时增1，STL为每个中间节点减去它与下一跳节点的调度时间的值。SRC报文包含类型、编码、校验和、请求ID、路径ID、目标序列号、跳计数、信道质量、保留位和调度路由选项，其中，SRC的类型值为TBD7，编码值为I，请求ID和信道质量分别直接复制SRR中的请求ID和SRR中的信道质量，目标序列号由目的节点维护，每发送一个SRC，目标序列号增1，跳计数记录每个中间节点到调度路由请求目标节点的跳数值。在建立的SRC中，请求ID直接复制SRR中的请求ID，信道质量直接复制SRR中的信道质量。如有多条路径被选择出来，源节点调用公式计算各路径上信道质量的平均值PQav，选取信道质量平均值 //-1 m较大的路径进行数据发送，其中，PQsum为路径上的信道质量总值，，PQij为节 =1点i到节点j的信道质量，η为路径上节点个数，m为路径跳数。相对于现有工业无线传感器网络路由协议，本专利技术的路由协议采用分布式的方式，通过设计调度帧头、SRR和SRC，并同时考虑到工业应用环境的确定性、可靠性和实时性的要求，为标记了确定性特征的数据寻找满足调度时间限制的较可靠路径。因此本专利技术的路由方法，既满足了工业应用的需求又提高了网络的整体通信性能。附图说明图1本专利技术实施流程图；图2 —个包含了调度头的IPv6头栈；图3调度头格式；图4SRR帧格式；图5SRC帧格式；图6带有调度时间和信道质量的无线传感器网络图；图7SRR与路径发现有关的域；图8节点接收到SRR的处理流程；图9SRC与路径发现有关的域；图10节点接收到SRC的处理流程；图11以调度时间为权值的图；图12以评估和处理过的信道质量为权值的图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明:基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法流程图如图1所示。包括步骤:1.源节点构造调度路由请求报文SRR，由于Internet控制报文协议ICMP报文中的类型值是用来指示是什么类型的ICMP报文的，其中133-137的值已经分配给了 IPv6邻居发现5种基本的ICMP报文，而6LoWPAN邻居发现方法为增加的选项和ICMP报文分配的类型值为TBD1-TBD5。ICMP报文中的编码值都为O。因此，本文暂定SRR中的类型值为TBD6(“TBD”为“To Be Dete本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，其特征在于，包括如下步骤：a）源节点构造调度路由请求报文SRR；b）计算源节点到其所有邻居节点的调度时间，用SRR中的调度时间限制STL值减去调度时间，得到新的STL值更新SRR中的STL值，若此新的STL值小于等于零，则终止此链路上的路径查找，若此新的STL值大于等于零，则执行步骤c）；c）将信道质量域累加上源节点到其邻居节点链路上的信道质量，再将SRR以单播的形式在源节点与其邻居节点的发送时隙发送出去；d）源节点的邻居节点各自创建一个指向源节点的逆向路由表项，同时将更新了STL值的SRR转发给各自的下一级邻居节点，用SRR中的调度时间限制STL值减去源节点的邻居节点到下一级邻居节点的调度时间，更新SRR中的STL值，对STL值大于等于零的链路，进一步转发到再下一级邻居节点，重复上述过程直到目的节点；e）目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，建立调度路由确认报文SRC进行路径确认；f）回程中，每个中间节点都检查SRC，并且将包含源地址、目的地址、路径ID、下一跳地址和跳数等信息的路径存储到本地路由表中，作为源节点到目的节点的一条路径；h）当有多条路径时，根据信道质量域中的值选取信道质量最优的路径。...
【技术特征摘要】
1.基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，其特征在于，包括如下步骤: a)源节点构造调度路由请求报文SRR； b)计算源节点到其所有邻居节点的调度时间，用SRR中的调度时间限制STL值减去调度时间，得到新的STL值更新SRR中的STL值，若此新的STL值小于等于零，则终止此链路上的路径查找，若此新的STL值大于等于零，则执行步骤c)； c)将信道质量域累加上源节点到其邻居节点链路上的信道质量，再将SRR以单播的形式在源节点与其邻居节点的发送时隙发送出去； d)源节点的邻居节点各自创建一个指向源节点的逆向路由表项，同时将更新了STL值的SRR转发给各自的下一级邻居节点，用SRR中的调度时间限制STL值减去源节点的邻居节点到下一级邻居节点的调度时间，更新SRR中的STL值，对STL值大于等于零的链路，进一步转发到再下一级邻 居节点，重复上述过程直到目的节点； e)目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，建立调度路由确认报文SRC进行路径确认； f)回程中，每个中间节点都检查SRC，并且将包含源地址、目的地址、路径ID、下一跳地址和跳数等信息的路径存储到本地路由表中，作为源节点到目的节点的一条路径； h)当有多条路径时，根据信道质量域中的值选取信道质量最优的路径。2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述调度时间为节点准备发...
【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王恒，李攀，兰飞，吴冠辰，王娜，晁淑杰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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