CN102469449A - IPv6低功耗无线个域网中的路由优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及IPv6低功耗无线个域网中的路由优化方法。根据本发明提出的方案，由接入网关承担无线个域网中的地址管理和分配，响应接入请求和寻址请求，从而无需运行任何地址冲突回避机制，并且使得接入网关所管理的IPv6低功耗无线个域网内部的网络节点之间的通信可以在个域网内部实现路由优化，而无需经过家乡代理的中转，降低了端到端时延。

Description

IPv6低功耗无线个域网中的路由优化方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，更具体地，涉及无线个域网技术，尤其涉及IPv6低功耗无线个域网中的路由优化方法。

背景技术

近年来，传感器节点/网络因为其在不同应用的巨大潜力而吸引了世界范围的注意，诸如环境和住处监控、农业监控、工业控制和自动化、卫生保健引用、住宅自动化、智能交通管制、等，引领了先进的电子生活社会。据估计，全球传感器节点/网络有关的市场将于2010年达到2000亿欧元，并具有50％的年均增长率。

为了完全实现无处不在的环境，传感器节点/网络可以通过Internet进行互联互通，其中，IPv6将是最好的选择。因此，互联网工程工作组织(IETF)成立了低功耗无线个域网IPv6(6LoWPAN)工作组以定义IPv6数据包在IEEE 802.15.4的传输。根据所提出的方案，IPv6报头可以从40字节压缩到2字节，并且Internet中的外部主机将能够直接与传感器节点通信。此外，6LoWPAN可以增强传感器节点/网络的移动性管理，从而推出新的令人激动的应用，例如，6LoWPAN传感器节点/网络可以应用于卫生保健领域。

IPv6低功耗无线个域网(6LoWPAN)传感器节点通常的特点是低数据率、低功耗、低成本。典型地，为了提供6LoWPAN传感器节点的移动性管理，可以使用现有的基于移动IPv6的网络移动性(NEMO)协议。当NEMO应用于移动6LoWPAN传感器网络时，6LoWPAN移动路由器(Mobile Router)作为一个网络单元来维持与通信对端节点(Correspondent Node)的持续不断的通信，其中，6LoWPAN传感器节点可以不需要装备移动IPv6协议。

然而，当使用NEMO来管理6LoWPAN的移动性时，将会产生嵌套移动6LoWPAN网络的情形，即所有去向以及来自6LoWPAN传感器节点的数据包将通过建立于6LoWPAN移动路由器和家乡代理(Home Agent)之间的双向通道来转发，从而使得6LoWPAN传感器节点及其通信对端节点之间的路由是非最优的。如图1所示的6LoWPAN传感器网络，无线个域网一侧包括传感器节点SN及其移动路由器MR3、通信对端节点CN及其移动路由器MR4、以及移动路由器MR1和MR2；Internet网络一侧包括上述四个移动路由器各自的家乡代理HA1、HA2、HA3、HA4；接入网关GW和接入路由器AR用于连接无线个域网和Internet网络。例如图1所示，在基于NEMO的解决方案中，由6LoWPAN传感器节点SN发向其通信对端节点CN的数据包将经过移动路由器MR3、MR2、MR1、网关GW、家乡代理HA 1、HA2、HA3、HA4、网关GW、移动路由器MR1、MR2、MR4的路径。移动6LoWPAN传感器网络的嵌套级别越多，非最优的路由将越复杂，端到端数据包发送延迟越大。另外，因为IEEE 802.15.4支持的物理层数据包最多为127字节，在传统NEMO中基于互联网控制消息协议第六版(ICMPv6)的前缀请求和答复消息对于6LoWPAN传感器网络来说负担太重。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明中提出了在IPv6低功耗无线个域网中由接入网关来承担地址管理和分配，以及在6LoWPAN传感器节点和通信对端节点各自的移动路由器之间建立最佳路由的新方案。

在本发明的一个实施例中，提出了一种在IPv6低功耗无线个域网的接入网关中处理接入请求的方法，包括：接收来自移动路由器的关联请求消息，该关联请求消息包括所述移动路由器及其传感器节点的地址；存储所述移动路由器及其传感器节点的地址；向所述移动路由器发送关联响应消息，该关联响应消息包括所述接入网关的地址、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址。

在本发明的一个实施例中，提出了一种在移动路由器中处理接入请求的方法，包括：接收信标，并根据该信标中的个域网标识确定是否到达一个新的个域网；如果到达新的个域网，则向发送所述信标的网络单元发送关联请求消息，该关联请求消息包括所述移动路由器及其传感器节点的地址；接收关联响应消息，该关联响应消息包括所述个域网的接入网关的地址、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址；组合网络前缀、个域网标识、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址，从而生成128比特的IPv6转交地址。

在本发明的另一个实施例中，提出了一种在IPv6低功耗无线个域网的接入网关中处理地址信息的方法，包括：接收来自移动路由器的寻址请求消息，该寻址请求消息包括所述移动路由器要寻找的通信对端节点的网络前缀；向所述移动路由器发送寻址响应消息，该寻址响应消息包括所述通信对端节点的移动路由器的地址。

在本发明的另一个实施例中，提出了一种在移动路由器中处理地址信息的方法，包括：接收其传感器节点向通信对端节点发送的数据包，并确定是否有到该通信对端节点的路由；如果没有到所述通信对端节点的路由，则向接入网关发送寻址请求消息，该寻址请求消息包括所述通信对端节点的网络前缀；接收来自所述接入网关的寻址响应消息，该寻址响应消息包括所述通信对端节点的移动路由器的地址。

通过使用本发明中提供的方法，由接入网关承担无线个域网中的地址管理和分配，响应接入请求和寻址请求，从而无需运行任何地址冲突回避机制，并且使得接入网关所管理的IPv6低功耗无线个域网内部的网络节点之间的通信可以在个域网内部实现路由优化，而无需经过家乡代理的中转，降低了端到端时延。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了一个嵌套移动IPv6低功耗无线个域网的拓扑结构图；

图2示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中处理接入请求的方法流程图；

图3示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中处理地址信息的方法流程图；

图4示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中的寻址请求消息的格式；

图5示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中的寻址响应消息的格式；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示对应的特征。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中处理接入请求的方法流程图。以下结合图1、图2，对移动路由器MR3加入接入网关GW所管理的IPv6低功耗无线个域网的方法流程进行描述。

在该实施例中，接入网关GW承担无线个域网中的地址管理和分配，响应接入请求。

已经加入接入网关GW所管理的6LoWPAN传感器网络的移动路由器，例如MR1和MR2，将配置有接入网关GW的16比特地址。这些移动路由器将定期地发送包含各自的个域网标识(PAN ID)的信标(beacon)以保持联通性，如步骤110中由移动路由器MR2发送信标。每一个移动路由器在该嵌套移动6LoWPAN传感器网络中具有独一无二的个域网标识。

当移动路由器MR3位于移动路由器MR2的信标信号的覆盖范围之内，对应于步骤110，移动路由器MR3将接收移动路由器MR2所发送的信标，并根据该信标中的个域网标识确定是否到达一个新的个域网。

如果移动路由器MR3已经加入接入网关GW所管理的个域网，则其路由信息和/或地址信息中已经包括移动路由器MR2的个域网标识，移动路由器MR3照常工作。

如果移动路由器MR3是由接入网关GW所管理的个域网之外而来，则移动路由器MR2的个域网标识对其而言是新的，移动路由器MR3从而可以确定其到达了新的个域网。接着，在步骤120中，移动路由器MR3将向发送所述信标的网络单元，亦即移动路由器MR2，发送关联请求消息(association request message)以请求接入移动路由器MR2所在的个域网。该关联请求消息包括移动路由器MR3及其传感器节点SN的16比特地址。

接收到来自移动路由器MR3关联请求消息后，在步骤130中，移动路由器MR2将向接入网关GW转发该关联请求消息。

对应于步骤130，接入网关GW将接收来自移动路由器MR3的关联请求消息，该关联请求消息包括移动路由器MR3及其传感器节点SN的16比特地址。于是，接入网关GW得知移动路由器MR3请求接入其所管理的无线个域网。

然后，在步骤140中，接入网关GW将存储移动路由器MR3及其传感器节点SN的地址。与此同时，接入网关GW将为移动路由器MR3分配16比特转交地址(Care of Address)。

然后，在步骤150中，接入网关GW将向移动路由器MR3发送关联响应消息(association response message)，该关联响应消息包括接入网关GW的16比特地址、以及分配给移动路由器MR3的16比特转交地址。

在步骤160中，移动路由器MR2将接收来自接入网关GW的关联响应消息，并向移动路由器MR3转发该关联响应消息。

对应于步骤160，移动路由器MR3将接收来自接入网关GW的关联响应消息，该关联响应消息包括所述个域网的接入网关(GW)的地址、以及分配给移动路由器MR3的16比特转交地址。

然后在步骤170中，移动路由器MR3将组合当前连接的网络前缀(network prefix)、个域网标识(PAN ID)、以及由接入网关GW为其分配的16比特转交地址，从而生成128比特的IPv6转交地址。于是，移动路由器MR3接入了接入网关GW所管理的IPv6低功耗无线个域网。在该IPv6低功耗无线个域网中，移动路由器MR3将使用其分配到的16比特转交地址进行通信；而与该IPv6低功耗无线个域网之外的其他IPv6节点通信时，移动路由器MR3可以使用其128比特的转交地址。

在该实施例中，由于接入网关GW承担了IPv6低功耗无线个域网中的地址管理和分配，从而无需执行任何的地址冲突回避机制，使得IPv6低功耗无线个域网的运行和管理具有更高的鲁棒性。

具体地，在步骤140中，接入网关GW可以生成关于移动路由器MR3及其传感器节点SN各自地址的绑定条目(binding entry)以存储地址信息。

具体地，在步骤160之后，移动路由器MR3还将记录接入网关的地址以用于在该无线个域网之内的通信。在步骤170之后，移动路由器MR3还将更新其在家乡代理HA3处的当前位置信息，具体地，移动路由器MR3将向家乡代理HA3发送包括其当前128比特转交地址的绑定更新(binding update)消息，并将收到来自家乡代理HA3的绑定确认(binding ack)消息。

图3示出了根据本发明的一个实施例在IPv6低功耗无线个域网中处理地址信息的方法流程图。以下结合图1、图3，对移动路由器MR3与同处于接入网关GW所管理的IPv6低功耗无线个域网中的网络节点进行通信的过程进行描述。

在该实施例中，接入网关GW承担IPv6低功耗无线个域网中的地址管理，并响应寻址请求。为此，可以定义两个新的dispatch消息，分别用于寻址请求和寻址响应。

在步骤210中，移动路由器MR3所管理的传感器节点SN向其通信对端节点发送的数据包，该数据包中包括目的地址前缀，以及通信对端节点的网络前缀。在该实施例中的场景下，传感器节点SN所要与之通信的是移动路由器MR4所管理的通信对端节点CN。

对应于步骤210，移动路由器MR3将接收其传感器节点SN向通信对端节点CN发送的数据包，并确定是否有到该通信对端节点的路由。具体地，移动路由器MR3检测出数据包中的通信对端节点CN的网络前缀，并在自身的路由表中寻找是否有到该通信对端节点的路由。如果路由表中存在这样的路由，则移动路由器MR3依据该路由向通信对端节点转发该数据包。

如果没有到通信对端节点CN的路由，则在步骤220中，移动路由器MR3将向接入网关GW发送寻址请求dispatch消息，该寻址请求消息包括通信对端节点CN的网络前缀。图4示出了该寻址请求消息的一个示例性格式，如图所示，该消息包括消息类型(dispatchnumber)以及通信对端节点的64比特网络前缀。例如但不限于，该寻址请求消息的消息类型可以约定为01010001。

此时，移动路由器MR3与移动路由器MR2直接连接、并通过移动路由器MR2和MR1连接到接入网关GW。在步骤230中，移动路由器MR2将接收来自移动路由器MR3的寻址请求消息，并将其转发给接入网关GW。

对应于步骤220和230，接入网关GW将接收来自移动路由器MR3的寻址请求消息，该寻址请求消息包括移动路由器MR3要寻找的通信对端节点CN的网络前缀。

于是，接入网关GW将在所存储的地址信息中寻找是否存在通信对端节点CN及其移动路由器的地址。如果接入网关GW中没有通信对端节点CN的地址，则可以确定其位于接入网关GW所管理的IPv6低功耗无线个域网之外，传感器节点SN与通信对端节点CN的之间发送的数据包仍需家乡代理HA3的中转。

当接入网关GW在所存储的地址信息中找到通信对端节点CN及其移动路由器MR4的地址，则在步骤240中，接入网关GW将向移动路由器MR3发送寻址响应dispatch消息，该寻址响应消息包括通信对端节点CN的移动路由器MR4的地址。图5示出了该寻址响应消息的一个示例性格式，如图所示，该消息包括消息类型(dispatchnumber)以及通信对端节点的移动路由器的16比特地址。例如但不限于，该寻址响应消息的消息类型可以约定为01010010。

在步骤250中，移动路由器MR2将接收来自接入网关GW的寻址响应消息，并将其转发给移动路由器MR3。

对应于步骤240和250，移动路由器MR3将接收来自接入网关GW的寻址响应消息，该寻址响应消息包括传感器节点SN所要与之通信的通信对端节点CN的移动路由器MR4的地址。

在该实施例中，由于接入网关GW承担了IPv6低功耗无线个域网中的地址管理，并对寻址请求进行响应，从而使得在其所管理的IPv6低功耗无线个域网内部的网络节点之间的通信数据包无需经过家乡代理的中转，降低了端到端时延。在该IPv6低功耗无线个域网中的通信采用dispatch数据包格式，从而压缩了报头，提高了数据包的数据承载能力。

当移动路由器MR3接收到来自接入网关GW的寻址响应消息之后，即得知传感器节点SN的通信对端节点CN的移动路由器MR4的16比特地址。在步骤260中，移动路由器MR3将与通信对端节点CN的移动路由器MR4共同执行ad hoc路由协议，例如动态资源路由(Dynamic Resource Routing，DSR)协议或者无线自组网按需距离矢量路由(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing)协议，以建立两者之间的最佳路由。

在传感器节点SN的移动路由器MR3与通信对端节点CN的移动路由器MR4之间的最佳路由建立之后，在步骤270中，传感器节点SN和通信对端节点CN既可以通过该最佳路由进行直接通信。相比于图1所示现有技术中通过家乡代理中转数据包的方式，该实施例中同一IPv6低功耗无线个域网中的网络节点之间通信的端到端时延大大降低，从而可以提供可靠的服务质量(QoS)，以实现各种不同的应用。

该实施例中所定义的两个dispatch消息，寻址请求消息和寻址响应消息，均满足IEEE 802.15.4协议中对数据包大小的限制(127字节)，且无需依赖于传统的基于IPv6的Internet控制消息协议(ICMPv6)。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (9)

1.一种在IPv6低功耗无线个域网的接入网关(GW)中处理接入请求的方法，包括：

接收来自移动路由器(MR3)的关联请求消息，该关联请求消息包括所述移动路由器及其传感器节点(SN)的地址；

存储所述移动路由器及其传感器节点的地址；

向所述移动路由器发送关联响应消息，该关联响应消息包括所述接入网关的地址、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储步骤包括生成关于所述移动路由器及其传感器节点各自地址的绑定条目。

3.一种在移动路由器(MR3)中处理接入请求的方法，包括：

接收信标，并根据该信标中的个域网标识确定是否到达一个新的个域网；

如果到达新的个域网，则向发送所述信标的网络单元(MR2)发送关联请求消息，该关联请求消息包括所述移动路由器(MR3)及其传感器节点(SN)的地址；

接收关联响应消息，该关联响应消息包括所述个域网的接入网关(GW)的地址、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址；

组合网络前缀、个域网标识、以及分配给所述移动路由器的16比特转交地址，从而生成128比特的IPv6转交地址。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

存储所述接入网关的地址，并更新当前位置信息。

5.一种在IPv6低功耗无线个域网的接入网关(GW)中处理地址信息的方法，包括：

接收来自移动路由器(MR3)的寻址请求消息，该寻址请求消息包括所述移动路由器要寻找的通信对端节点(CN)的网络前缀；

向所述移动路由器发送寻址响应消息，该寻址响应消息包括所述通信对端节点的移动路由器(MR4)的地址。

6.一种在移动路由器(MR3)中处理地址信息的方法，包括：

接收其传感器节点(SN)向通信对端节点(CN)发送的数据包，并确定是否有到该通信对端节点的路由；

如果没有到所述通信对端节点的路由，则向接入网关发送寻址请求消息，该寻址请求消息包括所述通信对端节点的网络前缀；

接收来自所述接入网关的寻址响应消息，该寻址响应消息包括所述通信对端节点的移动路由器(MR4)的地址。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述寻址请求消息、寻址响应消息还分别包括各自的消息类型。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

与所述通信对端节点的移动路由器执行ad hoc路由协议以建立两者之间的最佳路由。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

通过所述最佳路由与所述通信对端节点的移动路由器进行直接通信。

Images