CN101588293A - Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，在所述系统中，Ad Hoc网络中的每个Ad Hoc节点都拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及Ad Hoc节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联。所述系统设置两类节点：Ad Hoc节点与IPv6接入网关节点，Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理和数据传输，IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，实现数据的路由转发。本发明所述方法有效地缩短了路由路径，提高了路由效率，节省了网络资源。

Description

Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统

技术领域

本发明涉及一种Ad Hoc网络与IPv6网络的互联系统，特别是一种Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统。

背景技术

Ad Hoc网络是一种不依赖任何固定设施的移动无线多跳网络，它的每一个无线移动节点都具有路由功能，当一个节点与另一个不直接相邻的节点通信时，必须通过中间节点进行路由转发。Ad Hoc网络具有分布性、动态性、自治性、健壮性、易构性和移动性等特点，因而被应用于许多领域，如协同移动数据交换、战场通信系统等等。在过去一段时间里，Ad Hoc网络因为其独特的自组织、自管理特性，成为移动网络中的研究热点。随着Ad Hoc网络内部的路由算法的成熟，如何将Ad Hoc网络实用化、具体化就成为一个迫切需要解决的问题，而Ad Hoc网络接入下一代互联网(IPv6网络)作为网络基本应用形式之一，也越来越受到关注。例如，在战地上，诸如地图等重要信息需要被迅速查阅、下载；在紧急抢救的情况下，求援信息是否能够得到及时发布和有效的传递；就Ad Hoc网络自身的组网形式而言，各个成员也都需要获取自己本网之外的大量网络信息，以更好地协同工作。

目前，由于各种无线应用技术的层出不穷，对Ad Hoc网络灵活、机动地接入IPv6网络的需求也越来越大。随着IPv6网络技术的日趋成熟，如何扩展Ad Hoc网络的应用领域，使之与IPv6网络互联通信已成为一个迫切需要解决的问题。

Ad Hoc网络的协议栈结构与IPv6网络基本相同，即采用IP层屏蔽物理信道和媒体访问控制的差异，相同的协议栈结构为Ad Hoc网络与IPv6网络的互联通信提供了可能。Ad Hoc是一个自组织、无中心的多跳网络，网络中没有固定的路由设备，节点之间的信息传送需要其它节点的转发，而传统的IP网络中有固定的设备充当路由器，普通节点没有路由功能，因此实现Ad Hoc网络与IPv6网络的互联通信需要解决如下问题：1)地址自动配置：地址自动配置是IPv6的一个重要技术特色，可以在无人干预的情况下为每个接口配置相应的IPv6地址。这一点与Ad Hoc网络自组织、自配置的设计目标非常吻合。但与此同时，现有的IPv6地址自动配置方式在Ad Hoc网络中实现还存在一些问题，例如有状态地址配置会带来大量的控制消息开销、根据MAC地址生成IPv6地址的无状态地址配置对Ad Hoc节点间的路由寻址未带来任何方便，因此需要建立一种有利于路由实现的Ad Hoc网络IPv6地址自动配置机制；2)路由方案：Ad Hoc网络与IPv6网络不同，在IPv6网络中，路由器与普通节点之间有数据链路层连接，可以通过一跳到达，而Ad Hoc节点具有路由器与普通节点双重身份，节点之间没有数据链路层连接，因此在Ad Hoc网络中需要建立一种基于IPv6地址的路由方式来实现IPv6节点与Ad Hoc节点之间的通信；3)Ad Hoc节点具有移动性，它的IPv6地址会随着位置的变化而不断变化，这会中断正在进行的通信，因此需要引入一种新的通信机制以保证通信的连续性和稳定性。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，即Ad Hoc网络中的每个Ad Hoc节点都拥有全球唯一的IPv6地址，外部网络节点通过Internet以及Ad Hoc节点的IPv6地址可以在世界任何角落获与此Ad Hoc节点进行通信，就如同访问一个IPv6节点一样，从而实现Ad Hoc网络与IPv6网络的融合。

技术方案：本发明公开了一种Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，包括IPv6网络节点、在所述Ad Hoc网络中拥有唯一IPv6地址的Ad Hoc节点及在所述AdHoc网络中拥有唯一IPv6地址的IPv6网关接入节点；

所述Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理IPv6地址配置、数据路由及数据传输；所述IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，并实现数据的路由转发；所述IPv6网络通过IPv6网络以及Ad Hoc节点的IPv6地址进行全IP通信互联；所述Ad Hoc网络通过IPv6接入网关节点与IPv6网络进行全IP通信互联；

所述Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理IPv6地址配置、数据路由及数据传输；所述Ad Hoc节点包括数据处理模块与数据通信模块；所述数据处理模块进行命令的解析、数据的采集及整理；所述数据通信模块实现数据的封装、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由；其中，数据的封装是将处理后的数据封装为精简IPv6报文，再将精简IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装；

所述IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，包括数据通信模块，所述数据通信模块进行格式转换、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由，其中，格式转换进行精简IPv6报文与完整IPv6报文的转换以及Ad Hoc网络链路层帧格式与IPv6网络链路层帧格式之间的转换。

本发明所述系统中，Ad Hoc网络通过n(n≥1)个IPv6接入网关实现与IPv6网络全IP通信互联；当n≥2时，IPv6接入网关之间通过IPv6网络进行多播通信。

本发明所述系统中，整个Ad Hoc网络被n(n≥1)个IPv6接入网关划分为n(n≥1)个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入网关且IPv6接入网关为树状结构的根节点。

本发明所述系统中，新的Ad Hoc节点通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，并通过此树状结构实现数据的动态路由。

本发明所述系统中，IPv6接入网关与Ad Hoc节点的IPv6地址由两部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个Ad Hoc网络中所有Ad Hoc节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同，Ad Hoc节点的IPv6地址的全局路由前缀来源于其所在树状结构的树根节点，Ad Hoc节点路由时会通过IPv6接入网关节点，此时，IPv6接入网关节点会将全局路由前缀与Ad Hoc节点ID相结合形成Ad Hoc节点的完整IPv6地址；第二部分是Ad Hoc节点ID，它唯一地标识一个Ad Hoc网络中的一个Ad Hoc节点，Ad Hoc节点的IPv6地址的Ad Hoc节点ID来源于其所在树状结构中的父节点。

本发明所述系统中，Ad Hoc节点所在树状结构的层次与Ad Hoc节点ID的有效比特位成正比关系，即Ad Hoc节点ID的有效比特位等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)比特，其中，i值可根据Ad Hoc节点分布密度与Ad Hoc网络规模大小进行调整，树状结构的根节点所在的层次为1。树状结构中每一层拥有的节点个数与i是幂次的关系，因此i值设定的原则就是尽力保证每个传感器节点都能分配到IPv6地址。

本发明所述系统中，当Ad Hoc节点位置移动脱离所在的树状结构时，它将废弃原来的IPv6地址，重新加入距离(距离度量单位选择跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构获取新的IPv6地址。

本发明所述系统中，当Ad Hoc节点由于位置发生变化获取新的IPv6地址时，为了保持原来通信的正确性和连续性，当Ad Hoc节点位置移动脱离所在的树状结构时，废弃原来的IPv6地址，重新加入距离跳数自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构并获取新的IPv6地址；并在原通信中的后继消息中加入两个扩展头部：路由头部(RoutingHeader)与家乡地址选项(Home Address Option)，Routing Header的内容为Ad Hoc节点新获取的IPv6地址，Home Address Option的内容为建立连接时Ad Hoc节点所用的IPv6地址。所述原通信指节点没有移动之前建立的通信。

本发明所述系统中，所述IPv6接入网关主要实现数据通信模块，由微处理器、存储器、有线网络接口及无线收发器完成；数据通信模块实现格式转换、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由，其中，格式转换主要实现精简IPv6报文与完整IPv6报文的转换以及Ad Hoc网络链路层帧格式与IPv6网络链路层帧格式之间的转换。

本发明所述系统中，所述Ad Hoc节点主要实现数据处理模块与数据通信模块；数据处理模块实现命令的解析、数据的采集及整理；数据通信模块实现数据的封装、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由，其中，数据的封装是将处理后的数据封装为精简IPv6报文，再将精简IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装。

本发明中IPv6网络节点指普通节点，IPv6接入网关节点指连接传感器网络与IPv6网络的节点。

有益效果：本发明提供了Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，在所述系统中，Ad Hoc网络中的每个Ad Hoc节点拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6 Internet以及Ad Hoc节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联；所述系统设置两类节点：Ad Hoc节点与IPv6接入网关节点，Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理和数据传输，IPv6接入网关节点主要用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，实现数据的路由转发；Ad Hoc网络通过n(n≥1)个IPv6接入网关实现与IPv6网络全IP通信互联，实现了负载均衡；新的Ad Hoc节点通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构实现数据的动态路由，这有效地缩短了路由路径，提高了路由效率，节省了网络资源；Ad Hoc网络的IPv6地址自动配置无需进行地址重复检测，节省了Ad Hoc网络资源；Ad Hoc节点位置发生移动时，通过在原来通信中的后继消息中加入Routing Header Option与Home Address Option选项保证了通信的连续性和正确性；Ad Hoc节点采用精简IPv6报文传输数据，节省了网络资源，降低了Ad Hoc节点的功耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述的Ad Hoc网络与IPv6网络互联通信的结构示意图；

图2为本发明所述的IPv6接入网关结构示意图。

图3为本发明所述的Ad Hoc节点软件结构示意图。

图4为本发明所述的IPv6接入网关软件结构示意图。

图5为本发明所述的Ad Hoc节点(IPv6接入网关)的IPv6地址结构示意图。

图6为本发明所述的Ad Hoc节点IPv6地址自动配置示意图。

图7为本发明所述的Ad Hoc节点没有移动时动态路由示意图。

具体实施方式：

本发明提供了一种Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，在所述系统中，Ad Hoc网络中的每个Ad Hoc节点都拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过IPv6Internet以及Ad Hoc节点的IPv6地址实现彼此的全IP通信互联。所述系统设置两类节点：Ad Hoc节点与IPv6接入网关节点，Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理和数据传输，IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，实现数据的路由转发。由于整个Ad Hoc网络中的Ad Hoc节点的全局路由前缀都相同，因此可以认为它是Internet网络中的一个网段。整个Ad Hoc网络被n(n≥1)个IPv6接入网关划分为n(n≥1)个树状结构，Ad Hoc节点通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，并通过此树状结构实现数据的动态路由。IPv6节点与Ad Hoc节点的数据路由分为两个部分，一部分是Ad Hoc网络内部路由，即Ad Hoc节点与IPv6接入网关之间的路由，通过Ad Hoc节点所加入的树状结构实现；另外一部分是在IPv6网络中的路由，即IPv6接入网关与目的IPv6节点之间的路由，通过IPv6路由方式实现。

如图1所示，Ad Hoc网络被2个IPv6接入网关划分为2个树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入网关且IPv6接入网关为树状结构的根节点。Ad Hoc节点通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，并通过此树状结构实现数据的动态路由。Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理和数据传输，它将处理的数据封装为精简IPv6报文，再将精简IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装，然后发送给它所在树状结构中的父节点，父节点通过树状结构路由此数据帧，最后此帧到达IPv6接入网关节点，IPv6接入网关节点对数据帧进行处理，首先去除数据帧的帧头，然后将精简IPv6报文恢复成完整的IPv6报文，最后对完整的IPv6报文用IPv6网络链路层帧格式进行封装，然后发送到IPv6网络上，最后到达目的IPv6节点。当然，当然，本发明也可以设置一个以上IPv6接入网关将Ad Hoc网络划分为多个树状结构。

图2所示的是IPv6接入网关节点的硬件示意图，IPv6接入网关节点的硬件主要包括微处理器、存储器、无线收发器、有线网络接口。IPv6接入网关节点的功能在于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，实现数据的路由转发。IPv6接入网关从有线网络接口接收IPv6网络的数据帧并将其暂时保存到存储器中，微处理器对此数据帧内的IPv6报文进行精简处理，然后将精简的IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装，最后将帧通过无线收发器发送到Ad Hoc网络；IPv6接入网关从无线收发器接收Ad Hoc网络的数据帧并将其暂时保存到存储器中，微处理器将数据包中的精简IPv6报文进行处理，使其恢复成完整的IPv6报文，并且将完整的IPv6报文用IPv6网络链路层的帧格式进行封装，最后通过有线网络接口发送到IPv6网络。

本发明中所述Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理IPv6地址配置、数据路由及数据传输；所述Ad Hoc节点包括数据处理模块与数据通信模块；所述数据处理模块进行命令的解析、数据的采集及整理；所述数据通信模块实现数据的封装、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由；其中，数据的封装是将处理后的数据封装为精简IPv6报文，再将精简IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装；图3所示的是Ad Hoc节点实施的软件系统示意图，Ad Hoc节点的软件系统包括三个层次：应用层、精简UDP/IPv6协议层与硬件抽象层。

应用层主要实现服务请求以及对外界节点的命令解释与执行。

服务请求：Ad Hoc节点想获取IPv6节点提供的某种服务时，它会将服务请求交给精简UDP/IPv6协议层处理；应用层接收精简UDP/IPv6协议层提交的数据，将数据解释成请求的服务信息。

命令处理：应用层接收精简UDP/IPv6协议层提交的数据，并将数据解释成相应的命令。根据命令的要求(例如，查询采集的数据)，应用层做出相应的操作，并将响应数据交给精简UDP/IPv6协议层处理。

精简UDP/IPv6协议层主要实现IPv6地址自动配置、精简IPv6报头以及动态路由的功能。虽然TCP协议的可靠性要强于UDP协议，但是TCP数据传输前需要建立连接，传输过程中需要维护连接，传输结束后需要断开连接。而Ad Hoc传输的数据量比较小，而且通信质量不是特别好，因此，本发明的传输层协议采用UDP协议。

IPv6地址自动配置：如图5和图6所示，Ad Hoc节点的IPv6地址由两个部分组成：第一部分是前边64+n比特组成的全局路由前缀，一个Ad Hoc网络中所有Ad Hoc节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分是后边64-n比特组成的Ad Hoc节点ID，它唯一地标识一个Ad Hoc网络中的一个Ad Hoc节点，其中，n值的设定依据为网络中所有的Ad Hoc节点都能够申请到IPv6地址。Ad Hoc通过加入距离(距离度量单位为跳数)自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构实现IPv6地址自动配置，其中，Ad Hoc节点IPv6地址的全局路由前缀来源于它所在树状结构的树根节点，Ad Hoc节点ID来源于它所在树状结构的父节点。Ad Hoc节点所在树状结构的层次与Ad Hoc节点ID的有效比特位成正比关系，即Ad Hoc节点ID的有效比特位等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)比特，树状结构的根节点所在层次为1。为了更好地说明本发明的具体实施方式，这里的n值取0，i值取4。一个Ad Hoc网络区域内最多可以包含15(0000不分配)个以IPv6接入网关为根节点的树状结构，每个树状结构的深度最多可达到64/i＝16，树状结构中的每个Ad Hoc节点最多可以拥有15个子节点(0000不分配)。例如，在一个Ad Hoc网络中，如果IPv6接入网关的IPv6地址为3FE8:1:1:3:1000::/64，那么此树根的子节点地址就是3FE8:1:1:3:1X00::/64，其中X＝1，2……F，依次类推。

如图6所示，新的Ad Hoc节点通过下述过程加入IPv6接入网关获取IPv6地址：1)Ad Hoc节点向一跳范围内的邻居节点发送获取IPv6地址的消息；2)如果接收到此消息的邻居节点已经加入某个树状结构且它当前的子节点数小于15个(即还有剩余的地址资源可供分配)，那么它会向Ad Hoc节点返回一个响应消息，此消息包括将要分配的IPv6地址；3)如果Ad Hoc节点在规定时间内接收到多个响应消息，它根据响应消息中将要分配的IPv6地址计算出返回响应消息的邻居节点距离其所在树状结构根节点的跳数(i比特为一跳，这里i值取4)，然后选择跳数最少的邻居节点做为父节点，同时记录下父节点的相关信息并返回一个确认消息；4)父节点接收到此确认消息之后，将分配的IPv6地址标记为已分配，同时将此节点加入到自己的孩子列表中。这样，AdHoc节点成功加入到树状结构并获取了IPv6地址。

在本发明中，当Ad Hoc节点在规定的时间内没有接收到任何响应消息时，它会定期发送获取IPv6地址的消息，直到收到响应消息为止。

在本发明中，为了维护树状拓扑结构的有效性，树状结构中的每个节点都会定期向其父节点发送查询消息以获取父节点的当前状态。父节点接收到子节点的查询消息后，它会返回一个查询响应消息。如果发送查询消息的节点在规定时间内没有接收到父节点的查询响应信息，那么它会继续发送查询消息。如果节点发送查询消息的次数超过预先设定的阈值，那么它就认为父节点已经离开或者出现故障。在这种情况下，此节点将发送获取IPv6地址的消息请求加入新的IPv6接入网关树以获取新的IPv6地址。另一方面，父节点在接收到其子节点的查询消息之后，它会重新置位此子节点记录的有效期。如果父节点在子节点的有效期内没有接收到它发送的查询消息，那么父节点就认为此子节点离开或者出现故障，从而删除此子节点的相关记录释放它所占用的地址资源。

精简IPv6报头分为以下三个部分：

1)IPv6报文头部的设计原则是将头部开销减小到最低，所以IPv6使用固定长度的头部以及扩展头部的方式实现扩展。对于Ad Hoc节点而言，由于报文处理比较简单，故可以不实现扩展头部。另外，IPv6报文头部的Version、Traffic Class和Flow Label域一般情况下都是常数，而Payload Length的值可以通过链路层帧中的长度域计算出来，因此精简的IPv6报头可以对Version、Traffic Class、Flow Label、Payload Length以及Next Header域进行精简；

2)在IPv6协议栈中，ICMPv6报文可以用来报告错误和信息状态等。在Ad Hoc网络中，由于外界因素以及节点自身的硬件因素，节点很容易出故障，因此ICMPv6报文在Ad Hoc节点上只实现探测功能；

3)完整的IPv6报头的源地址与目的地址分别占用128个比特，这对于资源有限的Ad Hoc网络来说是不小的开支。由于一个Ad Hoc网络中所有Ad Hoc节点的全局路由前缀都是相同的，因此在精简IPv6报头中，Ad Hoc节点的地址域不包含全局路由前缀，只包含传感器节点ID。

动态路由功能：IPv6节点与Ad Hoc节点的数据路由分为两个部分，一部分是Ad Hoc网络内部路由，即Ad Hoc节点与IPv6接入网关之间的路由，通过Ad Hoc节点所加入的树状结构实现；另外一部分是在IPv6网络中的路由，即IPv6接入网关与目的IPv6节点之间的路由，通过IPv6路由方式实现。在Ad Hoc网络内部路由中，又分为两种情况，即Ad Hoc节点在通信过程中IPv6地址因为位置移动发生变化，以及Ad Hoc节点在通信过程中IPv6地址没有变化。图7所示的是Ad Hoc节点在通信过程中IPv6地址没有变化的路由示意图，图中双向箭头表示路由过程。当Ad Hoc节点发送IPv6报文给IPv6节点(或者其他Ad Hoc节点)时，它首先查看此IPv6报文的目的节点是否是自己的子孙节点，如果是，就将此IPv6报文直接发送给目的节点所在分枝的子节点，子节点查看接收到的IPv6报文的目的地址以便判断自己是否为目的节点，如果不是，继续将此IPv6报文发送给目的节点所在分枝的子节点，依次类推，直到最后到达目的节点；如果此IPv6报文的目的节点不是自己的子孙节点，它就将此IPv6报文发送给父节点，父节点接收到此IPv6报文之后，它会查看此IPv6报文的目的节点是否是自己或者是自己的子孙节点，如果都不是，它将此IPv6报文继续发送给它的父节点，以此类推，直到此IPv6报文到达IPv6接入网关或者某个节点，此节点的子孙节点中包括目的节点。如果IPv6接入网关接收到此IPv6报文并确定此IPv6报文的目的地址不是自己的子孙节点，那么它就根据自身的路由表信息将此IPv6报文发送到IPv6网络的下一跳路由器，然后此IPv6报文会按照传统的IPv6路由方式最终到达目的节点。目的IPv6节点处理IPv6报文之后，它会返回一个响应报文，此报文在IPv6网络中路由，最后到达目的Ad Hoc节点所在树状结构的根节点，根节点根据响应IPv6报文中的目的地址首先查看自己是否为目的节点，如果是，就进行处理，如果不是，它就将此响应报文直接发送给目的节点所在分枝的子节点，子节点收到响应报文后，同样根据目的地址判断自己是否为目的节点，如果是，停止转发，如果不是，继续将响应报文发送给目的节点所在分枝的子节点，依此类推，最后响应报文到达目的Ad Hoc节点。本发明中可能出现下列情况：Ad Hoc节点3FE8:1:1:3:2120::/64与Ad Hoc节点3FE8:1:1:3:2200::/64是邻居节点，但是它们通过所在树状结构要经过三跳才可以通信。为了避免相邻两个Ad Hoc节点经过多跳才能彼此通信的情况，在本发明中，如果Ad Hoc节点自身资源允许，它会保存邻居节点的信息，这样，当上述两个节点进行通信时，它们通过自身所保存的邻居节点信息进行直接通信，而不再需要通过它所在的IPv6接入网关树的拓扑路由进行通信。

当Ad Hoc节点由于位置移动与原来所在的树状结构断开连接时，它会重新加入一个新的树状结构获取新的IPv6地址以便继续原来的通信。当Ad Hoc节点重新加入到一个新的树状结构获取新的IPv6地址后，它会向当前正在通信的IPv6节点发送一个地址绑定消息，绑定消息中包括新获取的IPv6地址信息，IPv6节点接到Ad Hoc节点发送的地址绑定消息后，它会在后续的IPv6报文中加入一个Routing Header Option，其内容为接收到的Ad Hoc节点新获取的IPv6地址。这样，IPv6节点发送的IPv6报文首先被源路由到Routing Header Option所指向的Ad Hoc节点，它处理完这个IPv6报文后，会返回一个响应IPv6报文，源地址为它当前的IPv6地址，目的地址为IPv6节点的Unicast地址，响应IPv6报文中还包括一个Home Address Option，它的内容为建立连接时Ad Hoc节点所用的IPv6地址。IPv6节点接收到此响应IPv6报文后，会将Home Address Option的内容和源地址提交给上层处理。这样，Ad Hoc节点就可以与IPv6节点继续通信了。

精简UDP/IPv6协议层接收硬件抽象层提交的IPv6报文时，它会根据IPv6报头中的目的地址来判断自己是否为目的节点，如果不是，就根据上述路由过程将此报文路由到下一跳节点，如果本身是目标节点，那么就对精简UDP/IPv6协议头部进行处理，并将去除精简UDP头部和精简IPv6头部的应用层数据提交给应用层处理。精简UDP/IPv6协议层接收到来自应用层的数据时，它会用UDP头部与精简IPv6头部对此数据进行封装，然后将封装后的精简IPv6报文交给硬件抽象层处理。

硬件抽象层主要通过无线收发器实现数据帧的发送和接收。硬件抽象层接收来自精简UDP/IPv6协议层提交的数据，此数据是用UDP头部与精简IPv6头部封装过的精简IPv6报文，硬件抽象层用Ad Hoc网络链路层帧格式封装此报文，然后通过无线收发器发送出去。同样，硬件抽象层从无线收发器接收到数据帧之后，它对帧头进行处理，然后去除帧头将帧的负载提交给精简UDP/IPv6协议层处理。

本发明所述IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，并实现数据的路由转发；所述IPv6接入网关节点包括数据通信模块，所述数据通信模块进行格式转换、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由，其中，格式转换进行精简IPv6报文与完整IPv6报文的转换以及Ad Hoc网络链路层帧格式与IPv6网络链路层帧格式之间的转换；图4所示的是IPv6接入网关的具体实施软件系统示意图，IPv6接入网关的软件系统由两个部分组成：无线软件系统与有线软件系统。

无线软件系统包括精简UDP/IPv6层与无线硬件抽象层。

精简UDP/IPv6协议层主要实现分配IPv6地址、精简IPv6报头以及动态路由的功能。

分配IPv6地址：IPv6接入网关的IPv6地址格式与Ad Hoc节点的IPv6地址格式相同。在本系统中，IPv6接入网关的IPv6地址配置包括人工配置和自动配置。在Ad Hoc网络中设置的第一个IPv6接入网关的IPv6地址为人工配置，它的传感器节点ID固定为：全局路由前缀：1000::/64(n取0，i取4)。其他IPv6接入网关向第一个IPv6接入网关申请IPv6地址，过程与Ad Hoc节点申请IPv6地址的过程相同。IPv6接入网关之间通过IPv6网络进行通信。

精简IPv6报头的内容与Ad Hoc节点精简IPv6报头的内容相同。

动态路由功能：IPv6接入网关根据IPv6报文中的目的地址首先查看自己是否为目的节点，如果是，就进行处理，如果不是，它就将此IPv6报文直接发送给目的节点所在分枝的子节点。

精简UDP/IPv6协议层接收无线硬件抽象层提交的IPv6报文时，它会将精简UDP/IPv6报文提交给有线软件系统中的完全UDP/IPv6协议层进行处理。精简UDP/IPv6协议层接收到来自有线软件系统中的完全UDP/IPv6协议层提交的完全IPv6报文时，它会对完全的IPv6报文进行精简，然后将精简后的IPv6报文交给无线硬件抽象层处理。

无线硬件抽象层主要通过无线收发器实现数据帧的发送和接收。

无线硬件抽象层接收来自精简UDP/IPv6协议层提交的精简IPv6报文，无线硬件抽象层将此精简IPv6报文封装成Ad Hoc网络链路层帧格式，然后通过无线收发器发送出去。同样，无线硬件抽象层从无线收发器接收到数据帧之后，它对帧头进行处理，然后去除帧头将帧的负载提交给精简UDP/IPv6协议层处理。

有线软件系统包括完全UDP/IPv6协议层与有线硬件抽象层。

完全UDP/IPv6协议层主要实现恢复IPv6报头以及动态路由的功能。

恢复IPv6报头分为以下两个部分：

1)由于精简IPv6报头对Version、Traffic Class、Flow Label、Payload Length以及Next Header域进行了精简操作，因此恢复IPv6报头操作必须将上述几个域恢复到没有精简的、正常IPv6报文格式；

2)将精简IPv6报头中Ad Hoc节点的地址域恢复到128个比特，即包含网络地址前缀与传感器节点ID的完整IPv6地址格式。

动态路由功能：IPv6接入网关节点实现IPv6网络现有的路由功能。

完全UDP/IPv6协议层接收精简UDP/IPv6提交的精简IPv6报文时，它会将精简UDP/IPv6报文恢复到完整的、未精简之前的IPv6报文格式，然后将完全的IPv6报文提交给有线硬件抽象层处理。完全UDP/IPv6协议层接收到来自有线硬件抽象层提交的完全IPv6报文时，它会将完全IPv6报文提交给无线软件系统的精简UDP/IPv6协议层进行处理。

有线硬件抽象层主要通过有线网络接口实现数据帧的发送和接收。

有线硬件抽象层接收来自完全UDP/IPv6协议层提交的完全IPv6报文，然后将此完整IPv6报文封装成IPv6网络链路层帧格式，最后通过有线接口发送出去。同样，有线硬件抽象层从有线接口接收到数据帧之后，它对帧头进行处理，然后去除帧头将帧的负载提交给完全UDP/IPv6协议层处理。

IPv6接入网关节点的工作流程可以描述为：IPv6接入网关节点从有线硬件抽象层接收IPv6网络的数据帧并对此数据帧内的完全IPv6报头进行精简处理，再将精简的IPv6报文封装成Ad Hoc网络链路层帧格式，通过无线硬件抽象层发送到Ad Hoc网络；IPv6接入网关节点从无线硬件抽象层接收Ad Hoc网络的数据帧，对帧的负载-精简IPv6报文进行恢复处理(即恢复成未精简之前的IPv6报文)，然后将完全的IPv6报文封装成IPv6网络链路层帧格式，通过有线硬件抽象层发送到IPv6网络。

本发明提供了一种实现Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1、一种Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，包括IPv6网络节点、在所述Ad Hoc网络中拥有唯一IPv6地址的Ad Hoc节点及IPv6网关接入节点；

所述Ad Hoc节点用于数据采集、数据处理IPv6地址配置、数据路由及数据传输；所述Ad Hoc节点包括数据处理模块与数据通信模块；所述数据处理模块进行命令的解析、数据的采集及整理；所述数据通信模块实现数据的封装、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由；其中，数据的封装是将处理后的数据封装为精简IPv6报文，再将精简IPv6报文用Ad Hoc网络链路层帧格式进行封装；

所述IPv6接入网关节点用于连接Ad Hoc网络与IPv6网络，并实现数据的路由转发；所述IPv6接入网关节点包括数据通信模块，所述数据通信模块进行格式转换、数据的发送、数据的接收以及数据动态路由，其中，格式转换进行精简IPv6报文与完整IPv6报文的转换以及Ad Hoc网络链路层帧格式与IPv6网络链路层帧格式之间的转换；

IPv6网络节点通过IPv6网络以及Ad Hoc节点的IPv6地址进行全IP通信互联；所述Ad Hoc网络通过IPv6接入网关节点与IPv6网络进行全IP通信互联。

2、根据权利要求1所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述Ad Hoc网络通过一个以上IPv6接入网关节点与IPv6网络进行全IP通信互联；所述Ad Hoc网络被IPv6接入网关节点划分为一个以上树状结构，每个树状结构中有且只有一个IPv6接入网关节点且IPv6接入网关节点为树状结构的根节点。

3、根据权利要求2所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述IPv6接入网关节点为两个以上，所述IPv6接入网关节点之间通过IPv6网络进行多播通信。

4、根据权利要求2所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述Ad Hoc节点通过加入本节点距离跳数最近的IPv6接入网关节点所在的树状结构进行IPv6地址自动配置，并通过此树状结构进行数据的动态路由。

5、根据权利要求4所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述IPv6接入网关节点与Ad Hoc节点的IPv6地址由两部分组成：第一部分是全局路由前缀；同一个Ad Hoc网络中所有Ad Hoc节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；所述Ad Hoc节点的IPv6地址的全局路由前缀来源于其所在树状结构的树根节点；第二部分是Ad Hoc节点ID，该Ad Hoc节点ID唯一地标识通一个Ad Hoc网络中的一个Ad Hoc节点，Ad Hoc节点的IPv6地址的Ad Hoc节点ID来源于其所在树状结构中的父节点。

6、根据权利要求5所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述Ad Hoc节点所在树状结构的层次与所述Ad Hoc节点ID的有效比特位成正比关系，即Ad Hoc节点ID的有效比特位等于它所在树状结构的层次数乘以i(64≥i≥1)比特，其中，i值可根据Ad Hoc节点分布密度与Ad Hoc网络规模进行调整，其中树状结构的根节点所在的层次为1。

7、根据权利要求6所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，当Ad Hoc节点位置移动脱离所在的树状结构时，废弃原来的IPv6地址，重新加入距离跳数自己最近的IPv6接入网关所在的树状结构并获取新的IPv6地址；并在原通信中的后继消息中加入两个扩展头部：路由头部和家乡地址选项；路由头部的内容为Ad Hoc节点新获取的IPv6地址，家乡地址选项的内容为建立连接时Ad Hoc节点所用的IPv6地址。

8、根据权利要求2至7任一一项所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述IPv6接入网关节点由微处理器、存储器、有线网络接口及无线收发器构成。

9、根据权利要求8至所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述树状结构中的每个子节点定期向其父节点发送查询消息以获取父节点的当前状态，父节点接收到子节点的查询消息后，返回一个查询响应消息；如果发送查询消息的子节点在规定时间内没有接收到父节点的查询响应信息，则继续发送查询消息；如果子节点发送查询消息的次数超过预先设定的阈值，则判定父节点已经离开或者出现故障。

10、根据权利要求9所述的Ad Hoc网络与IPv6网络全IP通信互联系统，其特征在于，所述子节点将发送获取IPv6地址的消息请求加入新的IPv6接入网关树以获取新的IPv6地址；同时，父节点在接收到其子节点的查询消息之后，重新置位此子节点记录的有效期；如果父节点在子节点的有效期内没有接收到子节点发送的查询消息，那么父节点就判定此子节点离开或者出现故障，从而删除此子节点的相关记录释放它所占用的地址资源。

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