[发明专利]一种基于网络编码的6LoWPAN分片可靠传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及低功耗无线个域网络与互联网Internet的互联互通方法，更具体地涉及一种基于网络编码的6LoWPAN分片可靠传输方法。

背景技术

为了充分利用现有的Internet技术，IETF（Internet Engineering Task Force）工作组在2007年制定了6LoWPAN（IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks）协议，使得基于IEEE 802.15.4标准的低功耗无线个域网WPAN即Wireless Personal Area Network可以与Internet互联互通。

目前，Internet广泛使用IPv6协议。在IPv6协议中，网络层数据包最小传输单元MTU即Minimum Transmission Unit为1280字节。然而，在基于IEEE 802.15.4标准的无线个域网WPAN中，MAC帧的最大长度为127字节，而且MAC帧的头部需要放置协议控制域、源地址、目的地址、帧检验序列等内容。因此，在一个MAC帧中可以用于运载网络层数据包的有效载荷即Payload只有102个字节左右。于是，6LoWPAN协议引入了一个适应层即Adaptation Layer，它完成对IPv6数据包的分片/组装即Fragment/Assemble功能。也就是说，一个IPv6数据包在发给位于无线个域网WPAN内的一个节点之前，必须把它进行分割以产生多个分片，然后把各个分片逐一发送给目的节点；目的节点在收到所有分片之后，再将所接收到的分片组装成原来的IPv6数据包，再将这个拼装完成的数据包交给协议栈的上一层，即运输层。

在6LoWPAN协议中，假如有一个分片未能被目的节点正确接收，则目的节点丢弃原先已经正确接收的分片。这样，一个IPv6数据包的任一分片丢失均导致发送节点需要重新发送所有的分片。由于IEEE 802.15.4标准主要面向无线个域网络，其节点无线发射器的数据传输速率和发射功率都非常有限，因而，通信质量不高，丢包非常普遍。为了提高可靠性，IEEE 802.15.4的MAC层采用重传与确认机制，发送节点MAC层重传次数由IEEE 802.15.4标准中属性macMaxFrameRetries的值确定，这个值的缺省值为3，被现有文献1所公开：IEEE Computer Society. “IEEE 802.15.4 Standard for Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)”，2006，即IEEE计算机学会，“IEEE 802.15.4标准 ––低速率无线个域网络介质接入控制与物理层规范”，2006年。

现有技术中，CN101959276A公开了“一种6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法”；2010年11月23日，常熟理工学院王晓楠申请了专利“一种6LoWPAN无线传感器网络路由方法”；CN102148756A公开了“一种基于6LoWPAN邻居发现的树状路由方法”；2011年8月10日，北京邮电大学黄小红等人申请专利“6LoWPAN网络面向HTTP协议的TCP首部压缩方法”。上述现有技术所提出的方法主要是解决路由问题，即把数据包从一个节点传递到另一个节点的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明利用网络编码即Network Coding技术，让发送节点利用编码向量对所要发送的所有数据分片分成多个组分别进行线性网络编码，保证接收方以充分大的概率收到足以解码的数据包，通过解码还原出原来的IPv6数据包。

所述的基于网络编码的6LoWPAN分片可靠传输方法，所述的6LoWPAN网络包含发送节点和接收节点，由发送节点的编码与发送步骤和接收节点的解码步骤两部分组成，其中，所述的发送节点的编码与发送步骤包括以下步骤：

步骤1. 根据IEEE 802.15.4标准中MAC帧的有效载荷，将一个IPv6数据包分成n片；

步骤2. 在有限域GF(2¹⁶)上，选择m个不同的元素1, 2, …, m，组成N个编码向量v₁, v₂, …, v_m如下：

         （1）