[发明专利]一种支持IPv6且提高无线传感网络确定性的方法

说明书

本发明属于无线传感网络领域，涉及一种支持IPv6且提高无线传感网络确定性的方法，包括MAC层采用TDMA和FDMA结合的方法划分通信资源；新节点入网时进行时间同步，网络中的节点之间周期性进行时间同步；利用基于链路丢包率和RSSI的链路监测机制对链路进行监测；在MAC层与网络层之间建立资源分配操作层，根据链路监测执行SF0调度算法；设备间传输信道采用跳频机制，网络层采用6LoWPAN协议实现IPv6报文适配MAC层报文要求；本发明能更准确的分配通过TDMA和FDMA结合方法划分的通信资源，从而提高了无线传感网络的确定性；通过融合6LoWPAN协议支持IPv6。

技术领域

本发明属于无线传感网络领域，涉及一种支持IPv6且提高无线传感网络确定性的方法。

背景技术

目前资源受限的无线传感网络面临两大问题：一是无线传输的确定性问题，所谓确定性是指可以保障无线传感网络的可靠性，网络传输要有确定性时延、丢包率等，这需要在MAC层和数据链路层做出调整；二是为海量工业现场节点分配IP地址接入互联网的问题，IPv6不仅能够解决无线传感网络的承载数量问题从而保证每个节点在线，还能满足无线传感网络安全和服务质量等需求。但是MAC层如何负担IPv6报文也是要解决的问题。

传统无线传感网络如Zigbee网络，MAC层基于IEEE 802.15.4标准，存在的主要问题是隐藏终端问题和暴露终端问题。隐藏终端问题容易造成冲突干扰，暴露终端问题容易造成传输时延。面对冲突干扰，常用解决方案是CSMA/CA冲突避让机制，但这会造成传输时延；TDMA机制则会造成不仅造成传输时延，还会导致低带宽利用率；FDMA机制会解决低设备容量的冲突问题，但不足以满足高设备容量情况，采用FDMA机制设备的另一致命缺点是在空闲状态也会持续占用信道，导致带宽资源浪费。

对于链路监测机制，传统无线传感网络多单一根据传输成功率或者信号质量RSSI判断链路状态，这样会存在一些问题，例如在传输成功率较高的情况下，缓存队列积压过多数据包，最终会导致无线传感网络确定性下降。准确的监测机制搭配低复杂度的通信资源分配算法，更适合无线传感网络，可以降低网络传输时延更合理的利用通信资源。

发明内容

为了避免隐藏终端问题和暴露终端问题，提高链路监测准确性，降低传输时延，提高传输可靠性，本发明提出一种支持IPv6且提高无线传感网络确定性的方法，如图1，具体包括以下步骤：

MAC层采用TDMA和FDMA结合的方法划分通信资源；

新节点入网时进行时间同步，网络中的节点之间周期性进行时间同步；

利用基于链路丢包率和RSSI的链路监测机制对链路进行监测；

在MAC层与网络层之间建立资源分配操作层，根据链路监测执行SF0调度算法；

设备间传输信道采用跳频机制，网络层采用6LoWPAN协议实现IPv6报文适配MAC层报文要求。

进一步的，MAC层采用TDMA和FDMA结合的方法划分通信资源包括：在时间轴上将每个周期分为多个时隙，在频域上划分多个信道，以时隙和信道偏移为基本单位，将网络资源划分为一系列通信资源分配给网络中的具体链路。

进一步的，新节点入网时进行时间同步，网络中的节点之间周期性进行时间同步具体包括：

新加入节点根据网络设备广播的信标帧与整个网络进行时间同步；

新节点入网之后邻居节点周期性交互数据帧，完成时间同步；

若在一段时间没有任何同步行为，则向时间源节点发送KeepLive帧汇报在线信息，通过ACK回复进行同步。

进一步的，根据链路监测执行SF0调度算法包括：

计算丢包率LossRate，若丢包率正常，则执行SF0调度算法；