专利摘要
本发明提供了6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法，无线传感器网络包括新节点、网关节点、代理节点及简单节点。新节点是没有获取IPv6地址的可移动传感器节点；网关节点是连接6LoWPAN无线传感器网络与IPv6互联网的传感器节点，它的IPv6地址及可分配地址资源预先设定，用于为新节点分配IPv6地址；代理节点为已获取IPv6地址且具有可分配地址资源的可移动传感器节点，用于为新节点分配IPv6地址；简单节点为已获取IPv6地址且不具有可分配地址资源的可移动传感器节点。网关节点和代理节点的可分配地址资源为一段连续的地址空间，新节点通过三次握手信号从网关节点或代理节点获取IPv6地址。
说明书
技术领域
本发明涉及一种地址自动配置的实现方法，尤其涉及的是一种6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法。
技术背景背景技术
随着下一代网络(IPv6网络)的不断成熟和发展，6LoWPAN无线传感器网络已成为未来网络发展的必然趋势，实现6LoWPAN无线传感器网络需要解决的关键技术之一就是6LoWPAN无线传感器网络的IPv6地址自动配置问题。
IPv6地址自动配置是IPv6的一个重要技术特色，它可以在无人干预的情况下为每个接口配置具有唯一性的IPv6地址，这一特性与WSN自组织、自配置的设计目标十分一致。但与此同时，在资源有限的WSN中实施现有的IPv6地址自动配置方式还存在一些问题，例如现有的有状态地址配置方案采用服务器/客户端的通信方式分配IPv6地址，即节点向DHCP服务器提出申请地址的请求，然后由DHCP服务器统一为网络内的节点分配IPv6地址，显而易见，这种地址配置方案带来大量的控制包开销，同时也消耗了大量的存储资源；在现有的基于邻居发现协议的无状态地址配置方案中，每个被分配的IPv6地址都需要在整个WSN中进行重复地址检测以确保它的唯一性，同样导致了大量的控制包开销，消耗了大量的网络资源。
因此针对资源有限的6LoWPAN无线传感器网络需要建立一种低开销的IPv6地址自动配置方案。
发明内容发明内容
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6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法。
技术方案：本发明公开了6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法，所述无线传感器网络包括四类节点：新节点、网关节点、代理节点及简单节点；
其中，新节点是没有获取IPv6地址的可移动传感器节点，不能为其它节点分配IPv6地址；网关节点是连接6LoWPAN无线传感器网络与IPv6互联网的传感器节点，它的IPv6地址及可分配地址资源预先设定，用于为新节点分配IPv6地址，不具有移动性；代理节点为已获取IPv6地址且具有可分配地址资源的可移动传感器节点，用于为新节点分配IPv6地址；简单节点为已获取IPv6地址且不具有可分配地址资源的可移动传感器节点；新节点、代理节点及简单节点的状态可互相转换。
网关节点和代理节点的可分配地址资源为一段连续的地址空间，用闭区间[a，b]表示，其中，a，b为正整数；网关节点和代理节点的可分配地址资源为连续地址空间，因此，地址资源不会造成浪费，降低了IPv6地址配置成本，同时也降低了IPv6地址资源的回收成本，不会造成IPv6地址浪费。
传感器节点的IPv6地址由三部分组成，第一部分是全局路由前缀，长度为64+n比特，它唯一标识一个6LoWPAN无线传感器网络，一个6LoWPAN无线传感器网络中所有传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为接口ID，它唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个传感器节点，接口ID由网关节点ID及传感器节点ID组成，其中，网关节点ID长度为i比特，唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个网关节点，从该网关节点获取IPv6地址的传感器节点以及从其分配IPv6地址的代理节点处获取IPv6地址的传感器节点的IPv6地址的网关节点ID都相同，其值为该网关节点的网关节点ID；传感器节点ID长度为64-i-n比特，唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个传感器节点；
所述网关节点的IPv6地址的传感器节点ID为0，简单节点与代理节点的传感器节点ID为正整数，i和n为正整数；
初始状态下，网关节点IPv6地址的网关节点ID预设置区间为|1，2i-1]，可分配地址资源预设定区间为|1，264-n-i-1]。
本发明所述方法中，所述网关节点保存一个地址记录表，用于记录具有相同网关节点ID的代理节点或简单节点的地址信息；
当记录具有相同网关节点ID的代理节点时，所述地址记录表项由四个域组成：传感器节点ID、可分配地址资源上限、可分配地址资源下限、生存时间，其中，传感器节点ID为代理节点的IPv6地址的传感器节点ID；可分配地址资源上限为代理节点的可分配地址资源区间的上限值；可分配地址资源下限为代理节点的可分配地址资源区间的下限值；生存时间为地址记录表项的生存时间，随着机器时钟自动衰减，当衰减为0时，此地址表项对应的传感器节点ID以及可分配地址资源被自动回收；代理节点的可分配地址资源区间上限值大于或等于可分配地址资源区间的下限值；
当记录具有相同网关节点ID的简单节点时，所述地址记录表项由四个域组成：传感器节点ID、可分配地址资源上限、可分配地址资源下限、生存时间，其中，传感器节点ID为简单节点的IPv6地址的传感器节点ID；可分配地址资源上限为简单节点的可分配地址资源区间的上限值；可分配地址资源下限为简单节点的可分配地址资源区间的下限值；生存时间为地址记录表项的生存时间，随着机器时钟自动衰减，当衰减为0时，此地址表项对应的传感器节点ID以及可分配地址资源被自动回收；简单节点的可分配地址资源区域上限值小于可分配地址资源区间的下限值
本发明所述方法中，所述新节点通过三次握手获取IPv6地址，具体包括以下步骤：
步骤301：新节点在一跳范围内广播获取IPv6地址的请求控制包；
步骤302：在请求控制包一跳范围内的代理节点或网关节点收到控制包后，向新节点返回一个响应控制包，所述响应控制包负载为它的可分配地址资源区间上限和下限，其中上限为b，下限为a；
步骤303：规定时间后，新节点查看代理节点返回的响应控制包，根据响应控制包中的上限和下限计算出代理节点或网关节点可分配地址资源的大小，并向具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点返回一个确认控制包，确认响应控制包的内容为预可分配地址资源的区间上限及下限，同时记录最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的IPv6地址，然后新节点将新下限作为自己的传感器节点ID，并与最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的IPv6地址的全局路由前缀以及网关节点ID相结合形成IPv6地址，同时将可分配地址资源区间的上限设置为b，新下限设置为c+1，其中，
步骤304：新节点判断可分配地址资源区间下限是否大于上限，如果是，进行步骤305，否则进行步骤306；
步骤305：新节点将自己标识为简单节点，进行步骤307；
步骤306：新节点将自己标识为代理节点；
步骤307：新节点向具有相同网关节点ID的网关节点发送注册控制包，内容包括具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的传感器节点ID，可分配地址资源区间上限及下限，以及自己可分配地址资源的上限及下限；
步骤308：具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点收到新节点的确认包后，将可分配地址资源区间的上限更新为c-1；
步骤309：具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点检测自己是否为代理节点且可分配地址资源区间上限是否大于上限，如果是，进行步骤310，否则进行步骤311；
步骤310：具有最大可分配地址资源的代理节点将自己标识为简单节点；
步骤311：新节点成功获取IPv6地址并完成转换；
步骤312：结束。
本发明所述方法中，所述新节点在获取IPv6地址后，向具有相同网关节点ID的网关节点进行注册操作，具体包括以下步骤：
步骤401：新节点向网关节点发送注册控制包，内容包括为新节点分配地址的节点的传感器节点ID，可分配地址资源区间上限及下限，以及新节点自己可分配地址资源的上限及下限；
步骤402：网关节点收到新节点的注册控制包后，将为新节点分配地址的节点对应的地址记录表项中可分配地址资源的上限及下限更新为注册控制包中为新节点分配地址的节点的可分配地址资源的上限及下限，同时将生存时间设置为最大生存时间；
步骤403：网关节点在地址记录表中增加一条地址记录表项，其中，传感器节点ID为新节点的传感器节点ID，可分配地址资源的上限及下限设置为注册控制包中新节点可分配地址资源的上限及下限，生存时间设置为最大生存时间；
步骤404：注册过程结束。
本发明所述方法中，新节点在广播请求控制包后，如果在规定时间内后没有收到响应控制包，它将定期发送请求控制包直到收到响应控制包为止。
本发明所述方法中，所述简单节点或代理节点定期向具有相同网关节点ID的网关节点发送刷新控制包，网关节点收到刷新控制包后，将对应地址记录表项的生存时间设置为最大生存时间。
本发明所述方法中，网关节点检测到传感器节点ID为d，d为正整数、可分配地址资源区间为[d+1，e]的节点对应地址记录表项中的生存时间衰减到0时，它进行下述地址资源回收操作：
步骤701：网关节点将对应地址记录表项的传感器节点ID设为0，可分配地址资源下限更新为d；
步骤702：网关节点检测地址记录表中是否存在可分配地址资源下限为e+1的地址记录表项，如果是，进行步骤703，否则进行步骤704；
步骤703：网关节点将可分配地址资源下限为e+1的地址记录表项中的地址下限更新为d，并删除传感器节点ID为0对应的地址记录表项；
步骤704：网关节点查看地址记录表中是否存在可分配地址资源上限为d-1的地址记录表项，如果存在，进行步骤705，否则进行步骤709；
步骤705：网关节点将可分配地址资源上限为d-1的地址记录表项中的可分配地址资源上限更新为可分配地址资源下限为d的地址记录表项中的可分配地址资源上限值；
步骤706：判断对应地址记录表项中的传感器节点ID是否为0，如果是，进行步骤709，否则进行步骤707；
步骤707：网关节点向对应地址记录表项对应的节点发送更新数据包，数据包负载为地址记录表项中可分配地址资源区间上限及下限；
步骤708：所述节点收到网关节点的更新控制包后，将其可分配地址资源区间上限和下限分别更新为更新控制包中的上限及下限；
步骤709：结束。
有益效果：本发明提供了一种6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法，由于WSN和IPv6网络结构不同，例如：传感器节点同时具有主机和路由器两个身份，因此目前的IPv6地址配置方案无法在无线传感器网络中实施，迫切需要一种适合无线传感器网络使用的IPv6地址配置方案。本发明考虑了无线传感器网络与IPv6网络结构不同，在本发明中，每个传感器节点都可以为其它传感器节点分配IPv6地址，同时无需地址重复监测即可保证地址的唯一性，这是目前技术无法实现的。所述6LoWPAN无线传感器网络中的每个传感器节点通过本发明所提供的IPv6地址自动配置的实现方法，可拥有全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过传感器节点的IPv6地址实现彼此通信，获取传感器节点采集的数据信息。，本发明可应用于农业设施现代化及家电智能化等诸多领域，具有广泛的应用前景。
附图说明附图说明
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为本发明所述的6LoWPAN无线传感器网络拓扑结构示意图。
图2为本发明所述传感器节点的IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述的地址表项示意图。
图4为本发明所述新节点获取IPv6地址的流程示意图。
图5为本发明所述新节点向网关节点的注册操作示意图。
图6为本发明所述的IPv6地址回收流程示意图。
具体实施方式具体实施方式：
本发明提供了一种6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法，在所述方法中，6LoWPAN传感器网络中的每个传感器节点可获取全球唯一的IPv6地址，IPv6网络节点通过无线传感器节点的IPv6地址实现彼此的通信，获取传感器节点采集的数据信息。
图1为本发明所述的6LoWPAN无线传感器网络拓扑结构示意图。所述无线传感器网络包括四类节点：新节点、网关节点、代理节点及简单节点；其中，新节点是没有获取IPv6地址的可移动传感器节点，不能为其它节点分配IPv6地址；网关节点是连接6LoWPAN无线传感器网络与IPv6互联网的传感器节点，它的IPv6地址及可分配地址资源预先设定，用于为新节点分配IPv6地址，不具有移动性；代理节点为已获取IPv6地址且具有可分配地址资源的可移动传感器节点，用于为新节点分配IPv6地址；简单节点为已获取IPv6地址且不具有可分配地址资源的可移动传感器节点；新节点、代理节点及简单节点的状态可互相转换。网关节点和代理节点的可分配地址资源为一段连续的地址空间，用闭区间[a，b]表示，其中，a，b为正整数。
图2为本发明所述传感器节点的IPv6地址结构示意图。传感器节点的IPv6地址由三部分组成，第一部分是全局路由前缀，长度为64+n比特，它唯一标识一个6LoWPAN无线传感器网络，一个6LoWPAN无线传感器网络中所有传感器节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同；第二部分为接口ID，它唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个传感器节点，接口ID由网关节点ID及传感器节点ID组成，其中，网关节点ID长度为i比特，唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个网关节点，从该网关节点获取IPv6地址的传感器节点以及从其分配IPv6地址的代理节点处获取IPv6地址的传感器节点的IPv6地址的网关节点ID都相同，其值为该网关节点的网关节点ID；传感器节点ID长度为64-i-n比特，唯一标识6LoWPAN无线传感器网络中的一个传感器节点；所述网关节点的IPv6地址的传感器节点ID为0，简单节点与代理节点的传感器节点ID为正整数，i和n为正整数；初始状态下，网关节点IPv6地址的网关节点ID预设置区间为|1，2i-1]，可分配地址资源预设定区间为|1，264-n-i-1]。
图3为本发明所述的地址表项示意图。所述网关节点保存一个地址记录表，用于记录具有相同网关节点ID的代理节点或简单节点的地址信息。当记录具有相同网关节点ID的代理节点时，所述地址记录表项由四个域组成：传感器节点ID、可分配地址资源上限、可分配地址资源下限以及生存时间。其中，传感器节点ID为代理节点的IPv6地址的传感器节点ID；可分配地址资源上限为代理节点的可分配地址资源区间的上限值；可分配地址资源下限为代理节点的可分配地址资源区间的下限值；生存时间为地址记录表项的生存时间，随着机器时钟自动衰减，当衰减为0时，此地址表项对应的传感器节点ID以及可分配地址资源被自动回收；代理节点的可分配地址资源区间上限值大于或等于可分配地址资源区间的下限值；当记录具有相同网关节点ID的简单节点时，所述地址记录表项由四个域组成：传感器节点ID、可分配地址资源上限、可分配地址资源下限、生存时间，其中，传感器节点ID为简单节点的IPv6地址的传感器节点ID；可分配地址资源上限为简单节点的可分配地址资源区间的上限值；可分配地址资源下限为简单节点的可分配地址资源区间的下限值；生存时间为地址记录表项的生存时间，随着机器时钟自动衰减，当衰减为0时，此地址表项对应的传感器节点ID以及可分配地址资源被自动回收；简单节点的可分配地址资源区域上限值小于可分配地址资源区间的下限值。
图4为本发明所述新节点获取IPv6地址的流程示意图。所述新节点通过三次握手获取IPv6地址，具体包括以下步骤：
步骤301：新节点在一跳范围内广播获取IPv6地址的请求控制包；
步骤302：在请求控制包一跳范围内的代理节点或网关节点收到控制包后，向新节点返回一个响应控制包，所述响应控制包负载为它的可分配地址资源区间上限和下限，其中上限为b，下限为a；
步骤303：规定时间后，新节点查看代理节点返回的响应控制包，根据响应控制包中的上限和下限计算出代理节点或网关节点可分配地址资源的大小，并向具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点返回一个确认控制包，确认响应控制包的内容为预可分配地址资源的区间上限及下限，同时记录最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的IPv6地址，然后新节点将新下限作为自己的传感器节点ID，并与最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的IPv6地址的全局路由前缀以及网关节点ID相结合形成IPv6地址，同时将可分配地址资源区间的上限设置为b，新下限设置为c+1，其中，
步骤304：新节点判断可分配地址资源区间下限是否大于上限，如果是，进行步骤305，否则进行步骤306；
步骤305：新节点将自己标识为简单节点，进行步骤307；
步骤306：新节点将自己标识为代理节点；
步骤307：新节点向具有相同网关节点ID的网关节点发送注册控制包，内容包括具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点的传感器节点ID，可分配地址资源区间上限及下限，以及自己可分配地址资源的上限及下限；
步骤308：具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点收到新节点的确认包后，将可分配地址资源区间的上限更新为c-1；
步骤309：具有最大可分配地址资源的代理节点或网关节点检测自己是否为代理节点且可分配地址资源区间上限是否大于上限，如果是，进行步骤310，否则进行步骤311；
步骤310：具有最大可分配地址资源的代理节点将自己标识为简单节点；
步骤311：新节点成功获取IPv6地址并完成转换；
步骤312：结束。
由于网关节点和代理节点的可分配地址资源设置为连续地址空间，当新节点从网关节点或代理节点获取IPv6地址时同时获取网关节点或代理节点可分配连续地址空间的50％，这样，可分配地址资源能够均衡地分布在各个节点之间，从而实现负载均衡，同时也实现了分布式的地址分配，缩短了IPv6地址分配时间，降低了IPv6地址配置功耗，也减少了由于可分配地址资源耗尽而带来的IPv6地址配置失败等问题。此外，新节点获取的IPv6地址不需要进行重复地址检测，缩短了地址配置延迟，降低了地址配置功耗。
图5为本发明所述新节点向网关节点的注册操作示意图。所述新节点在获取IPv6地址后，向具有相同网关节点ID的网关节点进行注册操作，具体包括以下步骤：
步骤401：新节点向网关节点发送注册控制包，内容包括为新节点分配地址的节点的传感器节点ID，可分配地址资源区间上限及下限，以及新节点自己可分配地址资源的上限及下限；
步骤402：网关节点收到新节点的注册控制包后，将为新节点分配地址的节点对应的地址记录表项中可分配地址资源的上限及下限更新为注册控制包中为新节点分配地址的节点的可分配地址资源的上限及下限，同时将生存时间设置为最大生存时间；
步骤403：网关节点在地址记录表中增加一条地址记录表项，其中，传感器节点ID为新节点的传感器节点ID，可分配地址资源的上限及下限设置为注册控制包中新节点可分配地址资源的上限及下限，生存时间设置为最大生存时间；
步骤404：注册过程结束。
图6为本发明所述的IPv6地址回收流程示意图。网关节点检测到传感器节点ID为d，d为正整数、可分配地址资源区间为[d+1，e]的节点对应地址记录表项中的生存时间衰减到0时，它进行下述地址资源回收操作：
步骤701：网关节点将对应地址记录表项的传感器节点ID设为0，可分配地址资源下限更新为d；
步骤702：网关节点检测地址记录表中是否存在可分配地址资源下限为e+1的地址记录表项，如果是，进行步骤703，否则进行步骤704；
步骤703：网关节点将可分配地址资源下限为e+1的地址记录表项中的地址下限更新为d，并删除传感器节点ID为0对应的地址记录表项，进行步骤704；
步骤704：网关节点查看地址记录表中是否存在可分配地址资源上限为d-1的地址记录表项，如果存在，进行步骤705，否则进行步骤709；
步骤705：网关节点将可分配地址资源上限为d-1的地址记录表项中的可分配地址资源上限更新，更新后为可分配地址资源下限为d的地址记录表项中的可分配地址资源上限值；
步骤706：判断对应地址记录表项中的传感器节点ID是否为0，如果是，进行步骤709，否则进行步骤707；
步骤707：网关节点向对应地址记录表项对应的节点发送更新数据包，数据包负载为地址记录表项中可分配地址资源区间上限及下限；
步骤708：所述节点收到网关节点的更新数据包后，将其可分配地址资源区间上限和下限分别更新为更新数据包中的上限及下限；
步骤709：结束。
由于网关节点和代理节点的可分配地址资源为连续地址空间，因此，当节点失效时，其可分配地址资源可有效进行回收，不会造成浪费。
综上所述，本发明提供了一种6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法，此项技术可以应用于农业现代化、医疗健康、军事国防等诸多领域，例如，在农业现代化领域，可将无线传感器网络IPv6地址自动配置技术应用于现代设施农业环境监测控制，传感器节点随机散布在农田中并自动实现IPv6地址配置，这样农业劳动者不受地理位置限制，通过互联网可随时访问农田中的传感器节点，获取农田温度、湿度、光强度等环境参数，及时掌握农作物的生长环境，确保农作物健康成长。由于传感器节点具有体积小、价格低廉、易于布置、易于维护等特点，而互联网具有地理位置覆盖广泛，使用方便，界面友好、费用低廉等特点，因此，本技术具有很高的推广价值。
本发明提供了6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现方法的思路，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份均可用现有技术加以实现。
6LoWPAN无线传感器网络地址自动配置的实现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》。
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