[發明專利]無線傳感器網絡IPv6路由協議報文分片重組的方法

在審

• 申請號: 201410471839.3
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104202268A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 李曉記;陳晶晶;張之義;孫少鵬;鄭霖;劉爭紅
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04L12/951
• 分類號: H04L12/951
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡IPv6路由協議報文分片重組的方法。

背景技術

當前無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)存在體制多樣，協議不同，互聯互通存在困難的特點。傳感網IEEE802.15.4僅對物理層和介質訪問控制(MAC)層給出了規范，Zigbee協議提供了網絡層及以上的通信協議，但仍無法實現到IP網絡的無縫聯接。針對與現有IP網絡的互聯互通問題，近年來IETF(Internet工程任務組)開展了深入研究，成立了6LoWPAN工作組，研究制定在LoWPAN(Low-Power?Wireless?Personal?Area?Networks)上運行IPv6(Internet?Protocol?Version?6)協議棧的一系列技術與標準，利用IEEE802.15.4鏈路支持基于IP的通信，遵守開放標準以及保證與其它IP設備的互操作性，使WSN節點可以IP化。與傳統的因特網TCP/IP協議體系結構相比，6LoWPAN在層次結構上多了一個適配層，該層是保證6LoWPAN網絡正常運行的關鍵，主要完成IPv6協議幀的分片重組，幀頭壓縮及mesh-under路由等過程。

在6LoWPAN(IPv6?over?Low-Power?Wireless?Personal?Area?Networks，基于IPv6的低功耗無線個域網)網絡中，數據包的傳輸需要多個中間節點的轉發。數據包由源到目的節點需要經過兩個過程：轉發和路由。RFC4919指出6LoWPAN中的路由協議應滿足路由過程低開銷，內存占用小，支持休眠機制以減少能量消耗等要求。此外，IPv6協議中規定的鏈路層最小MTU(maximum?transmission?unit)為1280bytes，而IEEE802.15.4物理層MTU為127bytes，數據幀控制開銷最多要消耗25bytes，因此數據鏈路層只有102bytes可用。當一個IP數據報經過報頭壓縮后長度大于102bytes時，源節點或者中間節點的適配層須對其進行分片，然后接收節點或者中間節點對其進行重組恢復完整數據報，減少IPv6協議在IEEE802.15.4協議上實現的障礙。根據路由協議在協議棧的位置不同可以分為兩類：一類為Mesh-under，路由決策在6LoWPAN適配層，利用mesh報頭進行簡單的二層轉發；另一類為Route-over，路由決策在網絡層，主要為IETF?ROLL工作組提出的RPL(IPv6?Routing?Protocol?for?LLNs)協議。

Mesh-under路由協議具有簡單、快速、低開銷等優點，但其缺陷也十分明顯。第一，Mesh路由是在適配層上進行，因此傳感器網絡將不具有任何IP化的特征。第二，現有互聯網的網絡管理和診斷工具都是基于IP的，這些工具不適用于Mesh-under路由。第三，Mesh-under路由不支持超大規模組網，可擴展性差。

Route-over路由轉發是真正適合6LoWPAN網絡的轉發方式，這種方式對適配層的數據格式沒有任何特殊要求，網絡層收到數據報時，適配層已完成了數據報的解壓縮過程。然而傳統的基于Route-over協議的IP報文分片重組中，每個中間節點都可作為一個IP路由器，數據報由源節點逐跳轉發至目的節點。在轉發過程中，適配層每接收到一個分片，都會將其復制到重組緩存區中，待所有的分片都到達并進入緩存區，整個IP報文的分片重組完成，適配層將其送至網絡層進行路由獲取下一跳節點的IP地址。隨后，適配層重新對該數據包進行分片，根據獲取的下一跳MAC地址將分片發送出去，直至數據報到達目的節點，重組完成并送至上層。然而，這種方法存在很大問題，即數據報在每個中間節點都要進行重組分片才轉發出去，在一些無線通信條件下，例如頻分雙工、競爭信道等，都會增加IP報文端到端到傳輸時延，此外，中間節點需要緩存每一個到來的分片直至重組恢復出完整的數據包，若出現重組失敗，則會導致存儲空間利用率低，計算復雜。

發明內容

本發明所要解決的是現有無線傳感器網絡6LowPAN協議中Route-over分片重組過程中數據報逐跳重組分片然后才轉發而造成端到端時延增大、存儲空間利用率低的問題，提供一種無線傳感器網絡IPv6路由協議報文分片重組的方法。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

無線傳感器網絡IPv6路由協議報文分片重組的方法，包括如下步驟：