专利摘要

本发明提供了一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法，6LoWPAN网络由一个以上的个人局域网构成，个人局域网包括接入节点和一个以上的移动网络，一个移动网络中包括一个移动路由器和一个以上的移动网络节点，接入节点与所有移动路由器构建成树状结构，移动路由器通过树状结构自动实现路由。在本发明中，移动网络节点无需经过所在移动网络的移动路由器的家乡代理也无需建立隧道即可与通信节点通信，移动网络节点可根据目的通信节点的IPv6地址准确地判断此通信节是否与移动网络节点位于同一个6LoWPAN网络内，从而建立到达目的通信节点的最优路由路径，缩短了数据传输延迟。

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌套移动网络路由优化方法，尤其涉及的是一种基于6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks，IPv6低功耗无线个域网)的嵌套移动网络路由优化方法。

背景技术

随着用户对移动业务需求的不断增长以及各种新业务的不断出现，6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks)网络只有提供良好地网络移动性支持，才能使其获得更大的应用空间。

6LoWPAN网络通过6LoWPAN接入节点与IPv6互联网的接入路由器相连，从而实现6LoWPAN网络与IPv6互联网的通信。6LoWPAN网络中，当一个移动网络运动到一个新的位置时，如果移动网络的移动路由器不能直接从6LoWPAN接入节点获取转交地址，那么则需要从其他移动网络获取转交地址，从而形成了嵌套移动网络。数据消息在6LoWPAN嵌套移动网络实现路由需要经过多次隧道封装才能到达目的地，从而导致数据传输延迟及数据传输开销增加等问题。移动网络的嵌套层次越多，数据传输开销以及路由延迟越大。

目前，国内外嵌套移动网络路由优化进行了研究并提出了相应的解决方案，但是所提方案都存在如下问题：1)数据消息必须经过至少一个家乡代理及相应的隧道才能到达目的节点，因此，数据消息所经过的路由路径并不是最佳路径，仍然需要进一步路由优化以降低路由代价，缩短路由时间；2)借助于额外的命令消息建立路由，增加了建立路由的开销；3)需要增加额外的网络设备或软件支持，增加了网络移动的成本。

为了弥补上述不足，本发明提出了基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法。

技术方案：本发明公开了一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法，所述方法中，所述6LoWPAN网络由一个以上的个人局域网构成，所述个人局域网包括接入节点和一个以上的移动网络，一个移动网络中包括一个移动路由器和一个以上的移动网络节点，所述接入节点与所有移动路由器构建成树状结构，所述树状结构构建成路由系统，树状结构的根节点为接入节点，中间节点及叶子节点为移动路由器，所述个人局域网通过接入节点接入IPv6互联网，所述接入节点之间通过IPv6互联网采用多播方式进行通信。

本发明所述方法中，所述接入节点的IPv6地址及移动路由器的转交地址由四部分组成，第一部分是全局路由前缀，一个6LoWPAN网络中所有接入节点的IPv6地址及移动路由器转交地址的全局路由前缀都相同；第二部分为个人局域网ID，个人局域网ID唯一标识6LoWPAN网络中的一个个人局域网，一个个人局域网中所有移动路由器的转交地址的个人局域网ID都相同，其值等于同一个个人局域网中接入节点的个人局域网ID；第三部分为移动路由器ID，移动路由器ID唯一标识个人局域网中的一个移动路由器；第四部分为移动网络节点ID，移动网络节点ID唯一标识移动网络中的一个移动网络节点；接入节点的IPv6地址的移动路由器ID及移动网络节点ID为0，移动路由器的转交地址的移动网络节点ID为0；移动路由器转交地址的个人局域网ID的比特长度与其在树状结构中所在深度成正比关系。

本发明所述方法中，所述移动路由器获取转交地址的过程描述如下：

步骤301：过程开始；

步骤302：移动路由器发送请求转交地址的请求消息；

步骤303：在请求消息覆盖范围内并且有剩余地址资源可供分配的移动路由器收到消息后，向所述发出请求的移动路由器返回一个响应消息，此消息包含将要分配的IPv6地址；

步骤304：判断发送请求的移动路由器在设定时间内是否收到一个或多个响应消息，如果收到，进行步骤305，否则进行步骤302；

步骤305：根据响应消息返回IPv6地址的移动路由器ID，发送请求的移动路由器计算返回响应消息的移动路由器距离其所在树状结构树根节点的跳数，选择跳数最小的移动路由器作为父节点并向父节点返回一个确认消息，同时将父节点分配的IPv6地址作为转交地址；

步骤306：发送请求的移动路由器通知本移动网络的移动网络节点已获取新的转交地址，并向所在树状结构根节点注册新的转交地址；

步骤307：父节点收到移动路由器返回的确认消息后，将分配给发出请求的移动路由器的IPv6地址标记为已分配状态；

步骤308：发出请求的移动路由器获取转交地址，过程结束。

本发明所述方法中，接入节点保存一个移动路由器地址对照表，所述对照表包含两个域：移动路由器的家乡地址域及移动路由器的转交地址域；如果移动路由器获取新的转交地址，则通过下述过程向所在树状结构根节点进行注册操作：

步骤401：过程开始；

步骤402：移动路由器向所在树状结构树根节点发送注册消息，此消息包含新获取的转交地址及其家乡地址；

步骤403：此注册消息过移动路由器所在树状结构进行路由，最终到达树根节点；

步骤404：树根节点查看发送注册消息的移动路由器地址对照表是否存在移动路由器的表项，如果存在，则进行步骤405，否则进行步骤406；

步骤405：树根节点用移动路由器的新转交地址更新表项中的转交地址域，进行步骤407；

步骤406：树根节点增加一个新表项，表项的家乡地址域为移动路由器的家乡地址，转交地址域为移动路由器的转交地址；

步骤407：移动路由器转交地址注册过程结束。

本发明所述方法中，所述移动路由器获取新的转交地址后，将新的转交地址通知本移动网络内的移动网络节点，如果移动路由器所在移动网络中的移动网络节点正在与IPv6互联网中的通信节点进行通信，那么移动网络节点采用如下过程进行移动路由器的转交地址绑定操作：

步骤501：过程开始；

步骤502：移动网络节点向所述通信节点发送一条绑定消息，消息中的家乡地址域为移动网络节点的IPv6地址，转交地址移动域为移动路由器新的转交地址；

步骤503：绑定消息首先到达移动网络节点所在移动网络的移动路由器，移动路由器通过树状结构将其路由到树状结构的根节点；

步骤504：根节点通过移动路由器地址对照表判断所述通信节点是否位于本6LoWPAN网络内，如果是，进行步骤505，否则进行步骤506；

步骤505：根节点将绑定消息发送到IPv6互联网，最终数据包路由到达目的通信节点，进行步骤507；

步骤506：根节点根据绑定消息的目的地址通过树状结构将其路由到目的通信节点，进行步骤507；

步骤507：通信节点收到绑定消息后，建立移动网络节点与移动路由器新的转交地址的绑定关系；

步骤508：绑定过程结束。

本发明所述方法中，所述IPv6互联网中的通信节点建立移动网络节点与移动路由器新转交地址的绑定关系后，移动网络节点与通信节点的通信过程优化为：

步骤601：通信节点建立移动路由器转交地址与移动网络节点的绑定关系；

步骤602：通信节点发送到移动网络节点的后续数据包的目的地址为移动路由器的转交地址，数据包包含一个类型2的路由头，其值为移动网络节点的IPv6地址；

步骤603：移动路由器所在树状结构根节点收到通信节点发送给移动网络节点的后续数据包后，根据数据包的目的地址，将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器；

步骤604：判断下一跳移动路由器是否为目的移动路由器，如果是，进行步骤606，否则进行步骤605；

步骤605：下一跳移动路由器根据数据包的目的地址，继续将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器，进行步骤604；

步骤606：移动路由器收到数据包后，根据数据包中类型2的路由头内容，将数据包发送给目的移动网络节点；

步骤607：移动网络节点处理数据包后，向通信节点返回响应数据包，其源地址为移动网络节点自己的IPv6地址，目的地址为移动路由器的家乡地址，家乡地址域为移动网络节点自己的IPv6地址，类型2的路由头为通信节点的IPv6地址；

步骤608：响应数据包首先到达移动路由器，移动路由器将数据包的源地址更新为其转交地址，目的地址更新为类型2的路由头中的通信节点的IPv6地址，将数据包发送到其父节点；

步骤609：判断父节点是否为移动路由器所在树状结构的根节点，如果是，进行步骤610，否则进行步骤611；

步骤610：根节点通过移动路由器地址对照表判断通信节点是否位于本6LoWPAN网络内，如果是，进行步骤613，否则进行步骤612；

步骤611：父节点继续将响应数据包转发到它的父节点，进行步骤609；

步骤612：根节点将响应数据包发送到IPv6互联网，最终数据包通过IPv6路由方式到达目的通信节点，进行步骤617；

步骤613：根节点将响应数据包的目的地址更新为通信节点所在移动网络的移动路由器的转交地址，将其转发到通信节点所在移动网络的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器；

步骤614：判断下一跳移动路由器是否为目的移动路由器，如果是，进行步骤616，否则进行步骤615；

步骤615：下一跳移动路由器根据响应数据包的目的地址，继续将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器，进行步骤614；

步骤616：目的移动路由器收到响应数据包后，根据数据包中类型2的路由头内容，将数据包发送给目的通信节点；

步骤617：路由优化过程结束。

本发明所述方法中，移动路由器通过定期发送信标帧维护所在的树状结构，具体过程如下：

步骤701：过程开始；

步骤702：移动路由器发送信标帧，负载内容为其转交地址；

步骤703：判断移动路由器在设定时间内是否接收到其父节点的信标帧，如果是，进行步骤704，否则进行步骤705；

步骤704：判断移动路由器在设定时间内是否接收到子节点的信标帧，如果是，进行步骤707，否则进行步骤706；

步骤705：移动路由器重新加入其他树状结构获取新的转交地址，进行步骤707；

步骤706：移动路由器释放子节点占用的IPv6地址资源；

步骤707：过程结束。

本发明所述方法中，接入节点通过检测移动网络节点的IPv6地址的网络前缀与移动路由器家乡地址的网络前缀是否匹配来判断此移动网络节点是否位于本个人局域网内；一个6LoWPAN网络中的多个接入节点通过多播方式判断一个移动网络节点是否位于本6LoWPAN网络内，所述网络前缀包括全局路由前缀、个人局域网ID以及移动路由器ID。

有益效果：本发明提供了一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法，在所述方法中，移动网络节点无需经过所在移动网络的移动路由器的家乡代理也无需建立隧道即可与通信节点通信，节省了数据传输开销，缩短了数据传输延迟；所述方法提出了移动路由器转交地址的分层结构，根据此分层结构，提出了基于最短路径的移动路由器转交地址配置算法，缩短了数据传输延迟；在所述方法中，移动网络节点可根据目的通信节点的IPv6地址准确地判断此通信节是否与移动网络节点位于同一个6LoWPAN网络内，从而建立到达目的通信节点的最优路由路径，缩短了数据传输延迟；所述方法提出了6LoWPAN嵌套移动网络拓扑结构，移动路由器通过所提6LoWPAN嵌套移动网络拓扑结构可自动实现路由，节省了建立路由带来的功耗及延迟。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述6LoWPAN网络体系结构示意图。

图2为本发明所述接入节点IPv6地址及移动路由器转交地址结构示意图。

图3为本发明所述移动路由器获取转交地址流程示意图。

图4为本发明所述移动路由器注册转交地址流程示意图。

图5为本发明所述移动路由器绑定转交地址流程示意图。

图6为本发明所述移动网络节点通信路由优化流程示意图。

图7为本发明所述移动路由器维护树状结构流程示意图。

具体实施方式：

图1为本发明所述的6LoWPAN网络体系结构示意图，所述6LoWPAN网络划分为多个个人局域网(Personal Area Network，PAN)，一个个人局域网通过一个接入节点接入IPv6互联网，所述个人局域网包括接入节点和一个以上的移动网络，一个移动网络中包括一个移动路由器和一个以上的移动网络节点，所述接入节点与所有移动路由器构建成树状结构，所述树状结构构建成路由系统，树状结构的根节点为接入节点，中间节点及叶子节点为移动路由器，所述个人局域网通过接入节点接入IPv6互联网，所述接入节点之间通过IPv6互联网采用多播方式进行通信。

图2为本发明所述的接入节点IPv6地址及移动路由器转交地址结构示意图，接入节点的IPv6地址及移动路由器的转交地址由四部分组成，第一部分是64比特的全局路由前缀，一个6LoWPAN网络中所有接入节点的IPv6地址及移动路由器转交地址的全局路由前缀都相同；第二部分为i比特的个人局域网ID，个人局域网ID唯一标识6LoWPAN网络中的一个个人局域网，一个个人局域网中所有移动路由器的转交地址的个人局域网ID都相同，其值等于同一个个人局域网中接入节点的IPv6地址的个人局域网ID；第三部分为n比特的移动路由器ID，移动路由器ID唯一标识个人局域网中的一个移动路由器；第四部分为(64-i-n)比特的移动网络节点ID，移动网络节点ID唯一标识移动网络中的一个6LoWPAN节点。第一部分的全局路由前缀、第二部分的个人局域网ID以及第三部分的移动路由器ID组合一起构成网络前缀。接入节点的IPv6地址的移动路由器ID及移动网络节点ID为0，移动路由器的IPv6地址的移动网络节点ID为0。接入节点的IPv6地址的MR ID为0。移动路由器转交地址的个人局域网ID的比特长度与其在树状结构中所在深度成正比关系，例如，假设一个移动路由器所在树状结构的深度为l，那么此移动路由器转交地址的移动路由器ID的比特长度n为：

n＝i×l

其中，i值根据实际应用中的6LoWPAN节点分布密度及网络规模大小来确定。

图3为本发明所述移动路由器获取转交地址流程示意图，移动路由器获取转交地址的过程描述如下：

步骤301：过程开始；

步骤302：移动路由器发送请求转交地址的请求消息；

步骤303：在请求消息覆盖范围内并且有剩余地址资源可供分配的移动路由器收到消息后，向所述发出请求的移动路由器返回一个响应消息，此消息包含将要分配的IPv6地址；

步骤304：判断发送请求的移动路由器在设定时间内是否收到一个或多个响应消息，如果收到，进行步骤305，否则进行步骤302；

步骤305：根据响应消息返回IPv6地址的移动路由器ID，发送请求的移动路由器计算返回响应消息的移动路由器距离其所在树状结构树根节点的跳数，选择跳数最小的移动路由器作为父节点并向父节点返回一个确认消息，同时将父节点分配的IPv6地址作为转交地址；

步骤306：发送请求的移动路由器通知本移动网络的移动网络节点已获取新的转交地址，并向所在树状结构根节点注册新的转交地址；

步骤307：父节点收到移动路由器返回的确认消息后，将分配给发出请求的移动路由器的IPv6地址标记为已分配状态；

步骤308：发出请求的移动路由器获取转交地址，过程结束。

图4为本发明所述移动路由器注册转交地址流程示意图，接入节点保存一个移动路由器地址对照表，所述对照表包含两个域：移动路由器的家乡地址域及移动路由器的转交地址域；如果移动路由器获取新的转交地址，则通过下述过程向所在树状结构根节点进行注册操作：

步骤401：过程开始；

步骤402：移动路由器向所在树状结构树根节点发送注册消息，此消息包含新获取的转交地址及其家乡地址；

步骤403：此注册消息过移动路由器所在树状结构进行路由，最终到达树根节点；

步骤404：树根节点查看发送注册消息的移动路由器地址对照表是否存在移动路由器的表项，如果存在，则进行步骤405，否则进行步骤406；

步骤405：树根节点用移动路由器的新转交地址更新表项中的转交地址域，进行步骤407；

步骤406：树根节点增加一个新表项，表项的家乡地址域为移动路由器的家乡地址，转交地址域为移动路由器的转交地址；

步骤407：移动路由器转交地址注册过程结束。

接入节点通过检测移动网络节点的IPv6地址的网络前缀与移动路由器家乡地址的网络前缀是否匹配来判断此移动网络节点是否位于本个人局域网内。一个6LoWPAN网络中的多个接入节点通过多播方式可判断一个移动网络节点是否位于本6LoWPAN网络内。

图5本发明所述移动路由器绑定转交地址流程示意图，移动路由器获取新的转交地址后，将新的转交地址通知本移动网络内的移动网络节点，如果移动路由器所在移动网络中的移动网络节点正在与IPv6互联网中的通信节点进行通信，那么移动网络节点采用如下过程进行移动路由器的转交地址绑定操作：

步骤501：过程开始；

步骤502：移动网络节点向所述通信节点发送一条绑定消息，消息中的家乡地址域为移动网络节点的IPv6地址，转交地址移动域为移动路由器新的转交地址；

步骤503：绑定消息首先到达移动网络节点所在移动网络的移动路由器，移动路由器通过树状结构将其路由到树状结构的根节点；

步骤504：根节点通过移动路由器地址对照表判断所述通信节点是否位于本6LoWPAN网络内，如果是，进行步骤505，否则进行步骤506；

步骤505：根节点将绑定消息发送到IPv6互联网，最终数据包路由到达目的通信节点，进行步骤507；

步骤506：根节点根据绑定消息的目的地址通过树状结构将其路由到目的通信节点，进行步骤507；

步骤507：通信节点收到绑定消息后，建立移动网络节点与移动路由器新的转交地址的绑定关系；

步骤508：绑定过程结束。

图6为本发明所述移动网络节点通信路由优化流程示意图，通信节点建立移动网络节点与移动路由器新转交地址的绑定关系后，移动网络节点与通信节点的通信过程优化为：

步骤601：通信节点建立移动路由器转交地址与移动网络节点的绑定关系；

步骤602：通信节点发送到移动网络节点的后续数据包的目的地址为移动路由器的转交地址，数据包包含一个类型2的路由头，其值为移动网络节点的IPv6地址；

步骤603：移动路由器所在树状结构根节点收到通信节点发送给移动网络节点的后续数据包后，根据数据包的目的地址，将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器；

步骤604：判断下一跳移动路由器是否为目的移动路由器，如果是，进行步骤606，否则进行步骤605；

步骤605：下一跳移动路由器根据数据包的目的地址，继续将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器，进行步骤604；

步骤606：移动路由器收到数据包后，根据数据包中类型2的路由头内容，将数据包发送给目的移动网络节点；

步骤607：移动网络节点处理数据包后，向通信节点返回响应数据包，其源地址为移动网络节点自己的IPv6地址，目的地址为移动路由器的家乡地址，家乡地址域为移动网络节点自己的IPv6地址，类型2的路由头为通信节点的IPv6地址；

步骤608：响应数据包首先到达移动路由器，移动路由器将数据包的源地址更新为其转交地址，目的地址更新为类型2的路由头中的通信节点的IPv6地址，将数据包发送到其父节点；

步骤609：判断父节点是否为移动路由器所在树状结构的根节点，如果是，进行步骤610，否则进行步骤611；

步骤610：根节点通过移动路由器地址对照表判断通信节点是否位于本6LoWPAN网络内，如果是，进行步骤613，否则进行步骤612；

步骤611：父节点继续将响应数据包转发到它的父节点，进行步骤609；

步骤612：根节点将响应数据包发送到IPv6互联网，最终数据包通过IPv6路由方式到达目的通信节点，进行步骤617；

步骤613：根节点将响应数据包的目的地址更新为通信节点所在移动网络的移动路由器的转交地址，将其转发到通信节点所在移动网络的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器；

步骤614：判断下一跳移动路由器是否为目的移动路由器，如果是，进行步骤616，否则进行步骤615；

步骤615：下一跳移动路由器根据响应数据包的目的地址，继续将其转发到目的移动路由器转交地址所在树状分支的下一跳移动路由器，进行步骤614；

步骤616：目的移动路由器收到响应数据包后，根据数据包中类型2的路由头内容，将数据包发送给目的通信节点；

步骤617：路由优化过程结束。

上述过程中，类型2的路由头详细说明请参考RFC 3775。

图7为本发明所述移动路由器维护树状结构流程示意图，移动路由器通过定期发送信标帧维护所在的树状结构，具体流程如下：

步骤701：过程开始；

步骤702：移动路由器发送信标帧，负载内容为其转交地址；

步骤703：判断移动路由器在设定时间内是否接收到其父节点的信标帧，如果是，进行步骤704，否则进行步骤705；

步骤704：判断移动路由器在设定时间内是否接收到子节点的信标帧，如果是，进行步骤707，否则进行步骤706；

步骤705：移动路由器重新加入其他树状结构获取新的转交地址，进行步骤707；

步骤706：移动路由器释放子节点占用的IPv6地址资源；

步骤707：过程结束。

综上所述，本发明提供了一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法，在所述方法中，移动网络节点无需经过所在移动网络的移动路由器的家乡代理也无需建立隧道即可与通信节点通信，节省了数据传输开销，缩短了数据传输延迟；所述方法提出了移动路由器转交地址的分层结构，根据此分层结构，提出了基于最短路径的移动路由器转交地址配置算法，缩短了数据传输延迟；在所述方法中，移动网络节点可根据目的通信节点的IPv6地址准确地判断此通信节是否与移动网络节点位于同一个6LoWPAN网络内，从而建立到达目的通信节点的最优路由路径，缩短了数据传输延迟；所述方法提出了6LoWPAN嵌套移动网络拓扑结构，移动路由器通过所提6LoWPAN嵌套移动网络拓扑结构可自动实现路由，节省了建立路由带来的功耗及延迟。综上所述，本技术具有很高的推广价值。

本发明提供了一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

一种基于6LoWPAN的嵌套移动网络路由优化方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。