[發明專利]一種基于IPv6的無線傳感器網絡應用層數據交互方法

有效

• 申請號: 201410036153.1
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103731510B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 王恒;王平;王娜;鄒繼
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W80/04;H04W80/12;H04W84/18
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于工業無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于IPv6的無線傳感器網絡應用層數據交互方法。

背景技術

6LoWPAN協議棧具有多層結構，每一層都為其上下層提供特定的服務：數據實體提供數據服務，管理實體提供管理服務。6LoWPAN協議棧中每層都有相關協議的定義與設計。其中，PHY層和MAC層采用IEEE802.15.4協議，網絡層采用IPv6協議，并且，為了實現MAC層與網絡層的無縫連接，6LoWPAN協議棧在網絡層和MAC層之間定義了適配層，而對于應用層，6LoWPAN協議棧沒有明確定義其相關功能以及通信模式。因此，本發明希望設計一種基于IPv6的無線傳感器網絡應用層數據交互方法，使數據能夠在6LoWPAN協議棧應用層上準確、更快、更好的傳輸與交互。

作為6LoWPAN協議棧重要組成部分的應用層，其采用了對象機制，通過各個對象和服務可以充分滿足用戶和工業現場的需求。6LoWPAN協議棧的應用層框架分為UPL層和APS層兩層。UPL包括若干用戶應用進程(UAP)，每個UAP包括若干對象，其利用APS層提供的服務完成節點設備間的通信，UAP管理功能在工業無線網絡中尤為重要，其使得在設備中處理管理應用進程更為方便；APS層作為網絡層和應用層之間的接口，為UPL層和網絡層提供了相關服務。

發明內容

本發明的目的在于依據現有6LoWPAN協議棧的設計，以及工業無線傳感器網絡的特點，提出一種在工業環境中能夠保障正常數據傳輸與交互的基于IPv6的無線傳感器網絡應用層數據交互方法，結合工業無線傳感器網絡的應用需求，設計合理的應用層數據格式，以此實現工業應用對象之間的正常通信，提高工業無線網絡中數據傳輸與交互的可靠性、保證管理用戶應用進程以及網絡中通信服務的質量。

為達到上述目的，本發明提供技術方案如下：

一種基于IPv6的無線傳感器網絡應用層數據交互方法，用于工業過程的數據傳輸與交互以及工業環境中分布式應用的多個對象之間的通信。

所述無線傳感器網絡中數據交互的實現通過對象方式進行，其中傳輸的數據具有統一的數據幀格式。

根據6LoWPAN協議棧的設計和無線傳感器網絡的應用需求，設計整個應用層框架，所述方法將應用層框架分為UPL層和APS層兩層，其中APS層作為網絡層和應用層之間的接口，為UPL層和網絡層提供服務，提供的服務包括數據服務、管理服務以及對管理對象屬性的操作。APS層中包含APSDE和APSME兩個實體，通過這兩個實體向應用對象和下層提供服務，APSDE提供數據服務給網絡層以及應用端，使得應用程序之間能夠在兩個或多個設備間傳輸；APSME提供管理服務，允許應用程序與協議棧進行交互。

具體地，所述應用子層APS提供六種服務，分別是：應用層設備在客戶/服務器(Client/Server)通信模式下進行讀、寫、執行和報告確認操作；在發布/訂閱(Publisher/Subscriber)通信模式下進行發布操作；在報告(Report/Sink)通信模式下進行報告操作。

用戶應用進程和設備管理應用進程都以應用子層提供的服務為基礎來進行對象之間的通信。

進一步，根據應用層中上層和子層的模型，在無線傳感器中引進應用層技術和對象概念，實現對所提供服務的分類管理。

進一步，設計符合協議棧要求的應用數據幀頭格式、選擇合適的用于應用層數據傳輸和交互的節點間特定的通信模式，包括被動客戶/服務器(Client/Server)通信模式、主動發布/訂閱(Publisher/Subscriber)通信模式和主動報告(Report/Sink)通信模式，并設計三種通信模式下的命令幀格式。

進一步，設計應用層數據交互幀格式，包括讀、寫、執行、報告、報告確認和發布功能的應用層數據交互幀格式及其相對應的負載格式。

進一步，設計應用層快捷方式機制和基于快捷方式機制的命令幀格式。實現工業無線傳感器網絡低能耗的數據通信。在對同一無線傳感器節點的多個參數進行讀、寫服務時采用此機制，能夠更好、更方便的實現數據通信。

進一步，設計對象關系建立功能和對象關系建立功能下的命令幀格式，網絡中實現了已建立關系對象能夠直接進行通信而不需要其他設備輔助，以節省能耗，使網絡中的不同設備進行對象關系建立，實現不同設備間應用程序功能互補的邏輯連接。