[发明专利]一种基于IPv6的无线传感器网络应用层数据交互方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线传感器网络技术领域，具体涉及一种基于IPv6的无线传感器网络应用层数据交互方法。

背景技术

6LoWPAN协议栈具有多层结构，每一层都为其上下层提供特定的服务：数据实体提供数据服务，管理实体提供管理服务。6LoWPAN协议栈中每层都有相关协议的定义与设计。其中，PHY层和MAC层采用IEEE802.15.4协议，网络层采用IPv6协议，并且，为了实现MAC层与网络层的无缝连接，6LoWPAN协议栈在网络层和MAC层之间定义了适配层，而对于应用层，6LoWPAN协议栈没有明确定义其相关功能以及通信模式。因此，本发明希望设计一种基于IPv6的无线传感器网络应用层数据交互方法，使数据能够在6LoWPAN协议栈应用层上准确、更快、更好的传输与交互。

作为6LoWPAN协议栈重要组成部分的应用层，其采用了对象机制，通过各个对象和服务可以充分满足用户和工业现场的需求。6LoWPAN协议栈的应用层框架分为UPL层和APS层两层。UPL包括若干用户应用进程(UAP)，每个UAP包括若干对象，其利用APS层提供的服务完成节点设备间的通信，UAP管理功能在工业无线网络中尤为重要，其使得在设备中处理管理应用进程更为方便；APS层作为网络层和应用层之间的接口，为UPL层和网络层提供了相关服务。

发明内容

本发明的目的在于依据现有6LoWPAN协议栈的设计，以及工业无线传感器网络的特点，提出一种在工业环境中能够保障正常数据传输与交互的基于IPv6的无线传感器网络应用层数据交互方法，结合工业无线传感器网络的应用需求，设计合理的应用层数据格式，以此实现工业应用对象之间的正常通信，提高工业无线网络中数据传输与交互的可靠性、保证管理用户应用进程以及网络中通信服务的质量。

为达到上述目的，本发明提供技术方案如下：

一种基于IPv6的无线传感器网络应用层数据交互方法，用于工业过程的数据传输与交互以及工业环境中分布式应用的多个对象之间的通信。

所述无线传感器网络中数据交互的实现通过对象方式进行，其中传输的数据具有统一的数据帧格式。

根据6LoWPAN协议栈的设计和无线传感器网络的应用需求，设计整个应用层框架，所述方法将应用层框架分为UPL层和APS层两层，其中APS层作为网络层和应用层之间的接口，为UPL层和网络层提供服务，提供的服务包括数据服务、管理服务以及对管理对象属性的操作。APS层中包含APSDE和APSME两个实体，通过这两个实体向应用对象和下层提供服务，APSDE提供数据服务给网络层以及应用端，使得应用程序之间能够在两个或多个设备间传输；APSME提供管理服务，允许应用程序与协议栈进行交互。

具体地，所述应用子层APS提供六种服务，分别是：应用层设备在客户/服务器(Client/Server)通信模式下进行读、写、执行和报告确认操作；在发布/订阅(Publisher/Subscriber)通信模式下进行发布操作；在报告(Report/Sink)通信模式下进行报告操作。

用户应用进程和设备管理应用进程都以应用子层提供的服务为基础来进行对象之间的通信。

进一步，根据应用层中上层和子层的模型，在无线传感器中引进应用层技术和对象概念，实现对所提供服务的分类管理。

进一步，设计符合协议栈要求的应用数据帧头格式、选择合适的用于应用层数据传输和交互的节点间特定的通信模式，包括被动客户/服务器(Client/Server)通信模式、主动发布/订阅(Publisher/Subscriber)通信模式和主动报告(Report/Sink)通信模式，并设计三种通信模式下的命令帧格式。

进一步，设计应用层数据交互帧格式，包括读、写、执行、报告、报告确认和发布功能的应用层数据交互帧格式及其相对应的负载格式。

进一步，设计应用层快捷方式机制和基于快捷方式机制的命令帧格式。实现工业无线传感器网络低能耗的数据通信。在对同一无线传感器节点的多个参数进行读、写服务时采用此机制，能够更好、更方便的实现数据通信。

进一步，设计对象关系建立功能和对象关系建立功能下的命令帧格式，网络中实现了已建立关系对象能够直接进行通信而不需要其他设备辅助，以节省能耗，使网络中的不同设备进行对象关系建立，实现不同设备间应用程序功能互补的逻辑连接。