CN103118413A - 一种基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种在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。

Description

一种基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法

技术领域

本发明属于工业无线传感器网络技术领域，具体涉及一种IPv6工业无线网络的路由方法。

背景技术

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6LoWPAN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。

本发明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。

发明内容

本发明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，本发明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6LoWPAN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。

本发明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6LoWPAN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：提出一种基于确定性调度的IPv6工业无线传感器网络路由方法，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1，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PQ_av，选取信道质量平均值较大的路径进行数据发送，其中，PQ_sum为路径上的信道质量总值，

PQ_ij为节点i到节点j的信道质量，n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，本发明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。因此本发明的路由方法，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本发明实施流程图；

图2一个包含了调度头的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。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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0。因此，本文暂定SRR中的类型值为TBD6（“TBD”为“To Be Determined”的缩写，表示“待决定”），编码值为1，表示在适配层实现调度路由选择；源节点的STL初始值等于调度头中用户设定的STL值，每个中间节点在转发SRR报文时，都将重新计算STL值（减去自己与报文指向的邻居节点的调度时间）；源节点每发送一个SRR时，源序列号增1。

2．计算源节点到其第i个邻居节点的调度时间T_i，其中i为节点号，可取1,2,3，…的正整数。然后用调度时间限制值STL减去T_i，得到新的STL值。若此新的STL值为零或负值，则终止此链路上的路径查找；若此新的STL值为正值，则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，其中，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；

3．源节点的邻居节点在收到SRR后，各自创建一个指向源节点的逆向路由表项，同时更新SRR中的STL和信道质量，并将更新后的SRR转发给其各自的邻居节点，其中必须保证其到邻居节点的新的STL值仍为正值。非目的节点的普通节点，如传感器设备，在接收到SRR之后，将丢弃SRR，不做任何处理；

4．目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，将创建一个SRC进行路径确认。由于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0。而本节步骤1中又暂定SRR中的类型值为TBD6，因此，SRC的类型值为TBD7；编码值为1表示调度路由选择在适配层实现；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；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；

5．由SRR完成信道质量域累计过程。具体为，当源节点向其所有邻居节点发送一组SRR时，源节点计数器加1，并计算源节点到各邻居节点的调度时间，然后调用SRR中的STL减去调度时间分别得到各邻居节点对应的新STL值，当新STL值不为0时，将信道质量域累加上源节点到该邻居节点的链路上的信道质量，再将SRR在发送时隙发送出去。源节点的所有邻居节点各自创建一个指向源节点的逆向路由表，同时将处理后的SRR向各自的邻居节点转发，重复上述过程，对于得到其到邻居节点的新STL值为正值时，将信道质量域累加上该节点到其邻居节点的链路上的信道质量，直到SRR到达目的节点，选出STL值为正值的路径。

由于逆向路径上同样两个节点逆向传递SRC采用的信道往往不同于SRR的发送信道，因此，信道质量域需由SRR完成累计过程；回程中，每个中间节点都需要检查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。

6．目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，将建立一个SRC进行路径确认，当选出多条符合STL值的路径时，则根据信道质量域中的值选取信道质量最优的路径。此处，可根据用户需要设定信道质量为优的最低限值，当所选出的路径既满足调度时间限制STL值，其信道质量值又在用户设定的最优信道值的范围之内，则这条路径即为最优路径。若有多条路径均符合STL值和信道质量为优的要求，则选择信道质量最好的那条路径；若有多条路径均符合STL值的要求，但信道质量却达不到信道质量为优的要求，则选择其中信道质量最好的那条路径。

为了对基于确定性调度的路由方法的实现提供支持，在适配层中设计了调度帧头，调度帧头的设计包含如下内容。

1.在IPv6头栈中增加调度帧头，调度头紧跟在网头之后，其它的类型头位于调度头之后，最后是负载，其中，调度头前面必须有一个头类型说明域，此处，调度头的头类型说明域的值选定为01000011。用户可以设定调度对数据标记确定性特性。

2.调度头包含序列号、调度ID和调度时间限制；序列号在每发送一个数据包后增1，当增大到255之后，将重新从0开始计数；调度时间限制由用户设定，最大值可达65535毫秒。

针对其各个部分的设计如下所述。

1.调度帧头的设计及配置

由于现有的6LoWPAN标准文档所定义的适配层协议没有对确定性调度提出支持，而用户对某些应用数据可能具有特殊的确定性要求，因此本发明设计调度帧头。

本发明在网头之后添加调度帧头，其它类型的头位于调度帧头之后，最后是负载，其帧格式如图2所示。

根据适配层中每个类型头前面的头类型说明域，在调度头前设置调度头的头类型说明域。为了避免与现有标准文档中已分配的头类型值冲突，此处选定调度头的头类型说明域的值为01000011。而调度头设计需要尽量小，以保证数据包不会因为此头的添加使得头部开销过大，调度头的格式如图3所示。包括：序列号、调度ID、调度时间限制。其中，序列号在每发送一个数据包之后增1，当增大到255之后，将重新从0开始计数；调度ID是用来表示路径信息并对确定性调度路由选择提供支持的，当没有满足条件的路径时，初始化为0，当找到满足条件的路径时，此调度ID才被填充为满足条件路径的路径ID，数据传输过程中将按照路径ID指定的路径进行转发；最后是调度时间限制STL，它是数据包传输路径上所有节点的调度时间总和的阀值，由用户设定。

2.SRR与SRC的设计及配置

6LoWPAN因采用IPv6技术，其邻居发现方法可借鉴IPv6邻居发现方法，但IPv6的邻居发现方法因LoWPAN链路具有低功耗、低比特率、有损耗、短距离、不规则和非可递等特性而不适用于6LoWPAN网络。

为了在适配层实现基于确定性调度的路由选择，可考虑扩展ICMP协议，设计新的基于路由选择的ICMP报文，以扩大其应用范围，使其能够应用在任何基于路由选择的协议层。因此，本发明构建两个ICMP报文，即SRR和SRC。SRR的帧格式如图4所示；SRC报文的帧格式如图5所示。

SRR报文包含类型、编码、校验和、请求ID、源序列号、调度时间限制STL、信道质量、保留位和调度路由选项。如前所述，SRR中的类型值设置为TBD6，编码值为1，表示在适配层实现调度路由选择，STL与调度头中用户规定的STL保持一致，源序列号在源节点每发送一个SRR时增1。此外，STL为每个中间节点减去它与下一跳节点的调度时间的值。

目的节点在接收到不同节点转发的SRR之后，将创建一个SRC进行路径确认。此SRC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。如前所述，SRC中的类型值设置为TBD7；编码值为1表示调度路由选择在适配层实现；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。

对于ICMP报文中的类型域，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，且其编码域的值都为0。对此，本发明设定SRR和SRC的类型值分别为TBD6和TBD7，同时，将SRR和SRC的编码值设为1，使两个报文在适配层实现。

3.最优路径选择

本发明选取6LoWPAN网络为例，对本发明的最优路径的选择进行说明。为了更好地描述最优路径的选择过程，参照图6中的6LoWPAN网络。在图6中，节点到节点的每条边上都有两个数值，其中整数值部分数据表示调度时间，以百分比表示的部分数据表示信道质量。如B到D的边上有两个数据110和30%，其中110表示节点B发送报文到节点D所需的调度时间为110ms，而30%表示节点B到节点D这条路径上的信道质量为30%。

在此网络中节点A想要向节点M发送带有调度时间限制特征的数据。本实例设定调度时间限制阀值为400ms,最大网络深度为5。

在实现路由的确定性调度中，每个节点需建立和存储若干表项。源节点建立和存储调度路径历史表；路由设备建立和存储路由表和本地历史表；所有设备建立和存储邻居表和逆向路由表。

为了定位到节点M，节点A构造SRR，并且将它发送给它所有的邻居节点（由邻居表获得）B、C和E，在确定性调度机制下，每个节点都在特定的时隙工作，每个时隙的信道可能不一样，因此A节点不能采用广播或多播的方式，只能采用单播的方式发送报文给它的邻居节点。将SRR中与路由发现有关的域表示成如图7所示的格式，包括：源地址、目的地址、跳数限制、请求ID、源序列号、调度时间限制、信道质量。此处省去了与路径查找无关的域，如ICMP报文头和保留位。其中请求ID是由源节点单独建立和存储的本地计数器，每当源节点向其邻居节点发送一组SRR时，此计数器加1。（源地址，请求ID）对唯一标识了一组SRR，节点根据（源地址，请求ID）对来判定并丢弃重复的SRR。每个节点均建立和存储一个序列计数器，任何时候当它发送一个SRR或者应答其他人的SRR分组时，此序列计数器增1。跳数限制用来终止路径跳数已经达到跳数限制（网络深度本实例为5）之后的SRR的扩散。由用户设定调度时间限制域记录了路径的调度时间阀值，源节点调度时间限制的初始值等于调度头的调度时间限制值，每个中间节点转发SRR时，都重新计算STL域。信道质量域用来累计路径上的信道质量值，方便从多条路径中选出信道质量较优的路径。

在A节点单播SRR给它的邻居节点时，将首先计算到这个邻居节点（以E为例）的调度时间，然后用STL减去A到E节点的调度时间得到新STL值，当新的STL值不为0时，将信道质量域累加上A到E的链路上的信道质量，再将SRR在A与E的发送时隙发送出去。当SRR到达一个路由节点（本例中为B、C和E）时，该路由节点将按照图8所示的流程进行处理。在图8中，(Source Address,Request ID)表示（源地址，请求ID）对；Nei_num表示节点的下一跳邻居节点的个数；Nei_order表示按邻居表顺序的第n个邻居节点；STL表示调度时间限制；Hop_limit表示跳数限制；Channel_quality表示信道质量；Path ID表示路径ID。由于B、C和E不知道目标节点在哪里，所以，他们将各自创建一个指向A的逆向路由表项，同时将此SRR处理后向他们的邻居节点转发，其中必须保证其到邻居节点的新的STL值仍为正值。后面的节点在接收到SRR时重复上述过程，直到SRR到达K、H和L节点之后，SRR才第一次到达目的节点M。

M节点在接收到不同节点转发的SRR之后，将建立一个SRC进行路径确认，SRC中与路径发现有关的域如图9所示，包括：源地址、目的地址、跳数限制、请求ID、路径ID、目标序列号、跳计数、信道质量。此处省去了与路径查找无关的域，如ICMP报文头和保留位。SRC中的源地址、目的地址、请求ID和信道质量都是直接复制收到的SRR的。目标序列号由目的节点维护，目标节点每发送一个SRC，目标序列号计数器增1，中间节点转发SRC，此域也增1。跳计数器初始化为0，在SRC沿逆向路由表从目的节点到达源节点的过程中，在每一个节点上跳计数被增1，以此方式，每个节点可知道自己离目的节点M有多远。路径ID用来标明路径，目标节点每收到一个新的节点发送来的SRR，则表明找到了一条新的路径，此时，路径ID增1，这样就保证了到同一目的节点的路径ID的唯一性。回程中，每个中间节点都要检查SRC，并将包含源地址、目的地址、路径ID、下一跳地址和跳数信息的路径存储到本地路由表中，作为到目的节点M的一条路径。每个节点在接收到SRC之后的处理流程如图10所示。在图10中，Scheduling ID表示调度ID；Path ID表示路径ID。

由于本实例中设定的调度时间限制阀值为400ms,最大网络深度为5。按此路由方法查找到了2条满足STL的路径，即路径R1（调度时间总值为390ms）：A-E-H-M和路径R2（调度时间总值为394ms）：A-C-F-L-M，如图11所示。在图11中，箭头线上标注的值为两节点之间的调度时间值。

上述路径发现过程中源节点根据用户标定的调度时间限制条件进行路由选择，只要总体调度时间小于用户设定的STL的路径均会被选择出来，如有多条路径被选择出来，如上述选出的2条路径均满足确定性要求，将采用平均每跳的信道质量作为另一个衡量指标，以选择可靠性较高的路径。如节点i到节点j的信道质量为PQ_ij，则根据公式

计算路径上的信道质量总值PQ_sum，源节点调用公式

计算各路径上（n个节点组成的m跳的传输路径）信道质量的平均值PQ_av，选取信道质量平均值较大的路径进行数据发送。这样，可提高数据发送的可靠性。

基于无线通信采用丢包率来评估信道质量的优劣，本发明用丢包率的互补百分比作为量化的信道质量标定在路由图的边上，如图6中所示的百分比数据即是信道上数据传输的成功率，即信道质量。为了减小报文头的开销，一般对信道质量进行预处理，将其转化为整数。信道质量的预处理过程如下。

为了规避质量非常差的信道，采用如公式（1）的预处理机制对信道的质量q_ij进行处理得到PQ_ij。公式（1）为根据信道的质量q_ij求取预处理后的信道质量PQ_ij的方法。其中q_ij为i设备向j设备发送数据采用的通信信道的信道质量值，PQ_ij为经过处理后得到的i设备向j设备发送数据采用的通信信道的信道质量值，H表示最大网络深度。

${\mathrm{PQ}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{floor}(-H\×100)& 0\≤q_{\mathrm{ij}}\≤q_1\\ \mathrm{floor}\left({\log }_{\frac{1}{q_1}}{q}_{\mathrm{ij}}\right)\×100& q_1\≤q_{\mathrm{ij}}\≤q_2\\ \mathrm{floor}((q_{\mathrm{ij}}-q_2)\×100)& q_2\≤q_{\mathrm{ij}}\≤q_3\\ \mathrm{floor}(q_{\mathrm{ij}}\×100)& q_3\≤q_{\mathrm{ij}}\≤100\%\end{array}\right.....................\left(1\right)$

此预处理机制降低了较差信道的影响，放大了良好信道的影响，并且将其向下取整，方便在报文头中进行累计。为了更好的理解信道质量的处理机制，对预处理公式进行如下说明：

1）q1是差信道的极限值，差信道的丢包率非常高，数据发送的可靠性很低，为了保证路径选择的过程中不选择差信道，将差信道处理过后的链路的信道质量设置为-H*100（H表示最大网络深度），经过处理后，除了差信道，其他信道的信道质量在(-100,100]的区间内变化，在经过路径上所有的信道质量（量化）累加之后，也不会抵消差信道的效应，在路由选择的时候，就可以将带有差信道发送的路径淘汰掉。

2）q1到q2是表示较差的信道，处理后的信道质量将是一个位于(-100,0)之间变化的整数，可以降低其对路径选择的影响。

3）q2到q3是表示中等质量的信道，中等信道虽然丢包率较低，但是与较优信道相比，可靠性相对较低，因此将其减去下限值q2，变成(0,100)之间较小的正整数，降低其在选择路径的效应。

4）大于q3的信道是较优信道，将其直接乘以100，转化为整数，使其在信道选择的过程中发挥作用。

若根据调度时间限制STL值选出了多条符合调度时间限制的路径，则根据公式（1）算出这些路径上的PQ_ij，再利用公式

算出此条路径上的信道质量总值PQ_sum，再调用公式

算出此条路径上平均每跳的信道质量平均值PQ_av，最后选取PQ_av值最高的那条路径为最优路径。

本实例设定q₁为10%，q₂为40%，q₃为70%，对于q₁、q₂和q₃值的选取，根据用户需要自己设定。按上述公式（1）对图6中的百分比数据进行处理，得到图12的有向加权图。在图12中，节点之间边上数据为预处理后的信道质量值PQ_ij，如PQ_BD=-52。如果一条传输路径经过了差信道或多个较差信道的转发，则路径上的信道质量平均值将满足公式PQ_av，<0。通过对信道质量的评估处理，较大程度的降低了差信道对通信路径的影响，为选择可靠的通信路径提供了保证。本实例通过前述选出的两条满足确定性的路径，再据此信道质量预处理机制处理得到的信道质量平均值而选出的最优路径为R2（信道质量平均值为75.5%）：A-C-F-L-M。

这样本发明的路由方法能够在满足确定性要求条件下，选取信道质量最优的路径进行数据传输，提高了工业无线传感器网络通信的实时性和可靠性。

以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明。本发明的保护范围基于本领域技术人员的理解结合权利要求进行限定。

Claims (6)

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。

3.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，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1，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。

5.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，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。

6.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，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PQ_av，选取信道质量平均值较大的路径进行数据发送，其中，PQ_sum为路径上的信道质量总值，

PQ_ij为节点i到节点j的信道质量，n为路径上节点个数，m为路径跳数。

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