专利摘要

本发明提供了基于IPv6的物联网系统，包括含有对象节点和传感器节点组成的物品层、含有下一代互联网组成的网络层以及含有通信设备的用户层；其中，所述物品层的对象节点由物联网中的物品、物品所配置的微处理器、存储器及低功耗无线通信装置组成，主要用于处理、存储及传输物品的属性信息；对象节点配有多个传感器节点，用于监测和控制目标对象节点的相关参数；对象节点及传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的IPv6节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信。本发明中用户层可以随时与目标对象节点及其配有的传感器节点进行点到点通信，从而了解到目标对象节点的最新属性信息及所处环境信息。

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络的构架及实现方法，尤其涉及的是一种基于IPv6的物联网构架及实现方法。

背景技术

物联网(IOT，Internet of Things)的概念最早出现在1999年，其定义为：通过射频识别等信息传感技术将所有物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟(ITU，International Telecommunication Union)于2005年发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。

在典型的物联网构架中，一个电子标签具有全球唯一的电子编码，将其附着在物品上标识目标对象。在物品的生存期间，读写器利用射频识别技术(RFID，Radio-frequencyidentification)读取附着在目标对象的电子标签并将电子编码发送给物联网中间件，物联网中间件将电子编码所标识的目标对象信息数据传输到远程数据库服务器进行存储或者更新。用户通过向物联网中间件发送物品的电子编码来查询目标对象的相关信息，物联网中间件将目标对象的电子编码发送到对象名解析服务器(ONS，Object NameService)进行解析从而获取目标对象信息所在数据库服务器的统一资源标识(URI，Universal Resource Identifier)，即目标对象信息所在数据库服务器的IP地址，然后通过数据库服务器获取目标对象的相关信息数据，并将此数据返回给用户。目前典型的物联网解决方案包括美国的EPC(Electronic Product Code)系统和日本的UID(UbiquitousID)系统。

目前的物联网架构能够很好地跟踪目标对象，但仍存在以下不足：

1)用户只能通过数据库服务器来获取目标对象信息，无法实现与目标对象直接地点到点通信；

2)用户只能查询目标对象的信息，无法直接控制目标对象的状态；

3)目标对象信息只能通过读写器被动地读取，目标对象无法根据当前的状态主动请求数据更新或发出警报信息。

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IPv6的物联网系统。

技术方案：一种基于IPv6的物联网系统，其特征在于，包括含有对象节点和传感器节点组成的物品层、含有下一代互联网组成的网络层以及含有通信设备的用户层；

所述物品层中的对象节点包括物品以及加载于物品的微处理器、存储器及无线通信装置，用于处理、存储及传输物品的属性信息；所述对象节点配有一个以上传感器节点，用于监测和控制目标对象节点所处环境的参数；对象节点及传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与网络层中的下一代互联网的IPv6节点采用IPv6协议进行点到点通信；

所述用户层的通信设备通过网络层的下一代互联网及物品层对象节点的IPv6地址查询目标对象节点的属性信息；用户层的通信设备通过下一代互联网及附着于目标对象节点的传感器节点的IPv6地址查询目标对象节点所处环境的参数；所述对象节点及传感器节点通过下一代互联网向用户层发送目标对象节点的属性信息或者所处环境参数；如果目标对象节点所处环境参数超出了用户层设定的范围，用户层则向传感器节点发送命令以驱动目标对象节点调节环境参数到设定范围内的值；所述对象节点及传感器节点通过下一代互联网向用户层的通信设备发送警告或通告信息。本发明所述方法中，所述物联网中的对象节点及传感器节点采用轻量IPv6协议栈。

本发明所述方法中，所述物联网作为下一代互联网的末端网络存在，通过边界路由器接入下一代互联网，物联网中所有对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同，等于与其相连的边界路由器的IPv6地址的网络前缀。

本发明所述方法中，所述物联网的对象节点及传感器节点的IPv6协议栈的链路层采用IEEE802.15.4标准，其链路层地址采用EUI-64地址，其值等于IPv6地址的接口标识，即IPv6地址的后64比特。

本发明所述方法中，连接物联网与下一代互联网的边界路由器保存物联网内所有节点的链路层地址并为新加入的节点分配具有物联网唯一性的链路层地址。所述物联网的对象节点及传感器节点采用邻居发现协议与边界路由器进行通信，并从边界路由器获取具有唯一性的链路层地址，与边界路由器的网络前缀相结合形成自己的IPv6地址。与一个物联网相连的边界路由器之间采用多播进行通信。

本发明所述方法中，新加入物联网的节点选择距离边界路由器最近的邻居节点作为父节点，并保存父节点信息，即所述物联网的拓扑结构为树状结构，树根节点为边界路由器。新节点通过所在树状结构的分支向边界路由器进行注册，边界路由器会记录下到达新节点的路由。

本发明所述方法中，当用户层的通信设备向物品层的传感器节点或对象节点发送IPv6数据包时，数据包首先到达节点所在树状结构的根节点，即边界路由器，边界路由器查找到达目的节点的路由，并通过Routing Header的方式将数据包路由到目的节点。当物联网节点向用户发送IPv6数据包时，物联网节点首先将数据包发送到其父节点，父节点再将数据包发送到父节点的父节点，以此类推，最终，数据包到达根节点，即边界路由器，然后由边界路由器将数据包发送到下一代互联网上，最终数据包到达用户。

本发明所述方法中，物联网中的对象节点及其配备的传感器节点作为一个整体进行移动。当对象节点脱离当前的父节点但是没有脱离当前的树状结构时，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点进行注册操作。当对象节点脱离当前的树状结构时，它会重新加入一个树状结构并获取转交IPv6地址，同时向新加入的树状结构的根节点进行注册操作，新加入的树状结构的根节点会记录下到达对象节点的路由，同时向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点进行注册操作。

有益效果：本发明提供了一种基于IPv6的物联网构架及实现方法，在所述物联网构架中，对象节点及传感器节点都拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信。用户通过下一代互联网及对象节点的IPv6地址可实时查询目标对象节点最新的属性信息；用户通过下一代互联网及附着于目标对象节点的传感器节点的IPv6地址可实时查询目标对象节点所处环境的参数，并根据目标对象节点的状态及时向传感器节点发送命令实现对目标对象节点的实时控制和调节；对象节点及传感器节点通过下一代互联网可实时向用户发送警报信息或其他通告信息，以便用户能够及时处理。

与传统的基于RFID物联网相比较，本发明具有以下优势：1)用户可以随时与目标对象节点及其配有的传感器节点进行点到点通信，从而了解到目标对象节点的最新属性信息及所处环境信息；2)如果目标对象节点的环境参数处于非正常状态，用户可以向传感器节点发送控制命令及时地控制环境参数使其处于正常状态；3)对象节点及传感器节点通过下一代互联网可以主动向用户层发送警告或通告信息，例如，物品到达目的地等。

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为本发明所述的基于IPv6的物联网构架示意图。

图2为本发明所述的物联网节点IPv6协议栈示意图。

图3为本发明所述的物联网节点获取链路层地址的流程示意图。

图4为本发明所述的物联网节点注册流程示意图。

图5为本发明所述的物联网数据包交互流程示意图。

图6为本发明所述的物联网节点移动处理流程示意图。

具体实施方式：

本发明提供了基于IPv6的物联网构架及实现方法，在所述方法中，物联网作为IPv6网络的末端网络存在。

图1所示的是基于IPv6的物联网构架示意图，所述物联网构架包括三层：由对象节点及传感器节点组成的物品层、由下一代互联网组成的网络层，由用户通信设备(例如笔记本电脑)组成的用户层，其中，所述物品层的对象节点由物联网中的物品、物品所配置的微处理器(如美国Atmel公司的ATmega128L)、存储器(如韩国三星公司的KM29U128T)及低功耗无线通信装置(如挪威的Chipcon公司射频芯片CC2420)组成，主要用于处理、存储及传输物品的属性信息(如物品的颜色、面积等)；对象节点配有多个传感器节点，用于监测和控制目标对象节点所处环境的相关参数(例如，对象节点所在的位置，所处环境的温度等))；对象节点及传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的IPv6节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信。在此构架中，物联网作为下一代互联网的末端网络存在，通过边界路由器接入下一代互联网，物联网中所有对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同，等于与其相连的边界路由器的IPv6地址的网络前缀；在此构架中，所述用户层的通信设备通过网络层的下一代互联网及物品层对象节点的IPv6地址查询目标对象节点的属性信息；用户层的通信设备通过下一代互联网及附着于目标对象节点的传感器节点的IPv6地址查询目标对象节点所处环境的参数；所述对象节点及传感器节点通过下一代互联网向用户层发送目标对象节点的属性信息或者所处环境参数；如果目标对象节点所处环境参数处于非正常状态即超出了用户层通过通信设备设定的范围(例如，如果温度超过设定范围，则温度参数处于非正常状态)，则向传感器节点发送命令以驱动目标对象节点所处环境调节装置开关(例如，针对温度参数设定空调开关)，使相应的环境参数处于正常设定范围；对象节点及传感器节点通过下一代互联网可以主动向用户层发送警告或通告信息，以便用户能够及时处理。

图2所示的是本发明所述的物联网节点IPv6协议栈示意图。在物联网节点IPv6协议栈中，物理层与链路层协议采用IEEE802.15.4标准，网络层及传输层采用轻量IPv6协议及轻量TCP/UDP协议(参见RFC4944)。所述物联网作为下一代互联网的末端网络存在，通过边界路由器接入下一代互联网，物联网中所有对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同，等于与其相连的边界路由器的IPv6地址的网络前缀。所述物联网的对象节点及传感器节点的IPv6协议栈的链路层地址采用EUI-64地址，其值等于IPv6地址的接口标识，即IPv6地址的后64比特。

图3为本发明所述的物联网节点获取链路层地址的流程示意图，连接物联网与下一代互联网的边界路由器保存物联网内所有节点的链路层地址并为新加入的节点分配具有物联网唯一性的链路层地址，具体流程如下：

步骤301：新加入物联网的节点向邻居节点广播一条新节点加入的Join消息；

步骤302：收到消息的邻居节点广播一条欢迎新节点的Hello消息，此消息包含邻居节点到达边界路由器的跳数；

步骤303：新加入节点选择距离边界路由器最近的邻居节点作为父节点，同时将自己的原始ID号作为IPv6地址的接口标识，并采用Neighbor Solicitation消息向边界路由器发送此标识以确定其唯一性；

步骤304：边界路由器查看新节点的IPv6地址接口标识是否具有唯一性，如果具有唯一性，进行步骤306，否则进行步骤305；

步骤305：边界路由器为新节点返回一个具有唯一性的IPv6地址接口标识；

步骤306：记录下新节点的IPv6地址接口标识，同时采用Neighbor Solicitation消息将新节点的IPv6地址接口标识返回给新节点；

步骤307：新节点将具有唯一性的IPv6地址接口标识与边界路由器的网络前缀相结合，获取了自己的IPv6地址；

步骤308：新节点向所在树状结构的根节点发送Register消息进行注册操作；

步骤309：过程结束。

图4为本发明所述的物联网节点注册流程示意图，当新加入物联网的节点获取IPv6地址之后，它会向所在树状结构的根节点(即边界路由器)进行注册操作。当对象节点脱离当前的父节点但是没有脱离当前的树状结构时，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点进行注册操作。当一个对象节点脱离本树状结构加入到一个新的树状结构获取转交IPv6地址时，新的树状结构的根节点也会向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点进行注册操作。具体流程如下：

步骤401：新加入物联网的节点向所在树状结构的根节点发送一条Regsiter消息进行注册操作，或者对象节点脱离当前父节点但是没有脱离当前的树状结构，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点发送一条Register消息进行注册操作，或者对象节点由于移动重新加入的树状结构的根节点向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点发送一条注册M_Regsiter消息进行注册操作；

步骤402：边界路由器接收到的是Register消息？如果是，进行步骤403，否则进行步骤405；

步骤403：边界路由器判断Register消息中是否包含两个IPv6地址？如果是，进行步骤406，否则进行步骤404；

步骤404：边界路由器记录下新加入节点的IPv6地址的接口标识，同时记录下到达此节点的路由，即记录下此节点所在分支的节点的IPv6地址接口标识，进行步骤408；

步骤405：边界路由器接收到的是M_Register消息？如果是，进行步骤407，否则进行步骤408；

步骤406：边界路由器记录下移动对象节点家乡IPv6地址及转交IPv6地址，同时记录下到达此对象节点的路由，即记录下此节点所在分支的节点的IPv6地址接口标识，进行步骤408；

步骤407：边界路由器记录下移动对象节点获取转交IPv6地址的树状结构的根节点的IPv6地址，同时删除此对象节点的路由信息；

步骤408：注册过程结束。

图5为本发明所述的物联网数据包交互流程示意图，具体流程如下：

步骤501：用户向物联网节点发送IPv6数据包；

步骤502：数据包首先到达目的节点获取家乡IPv6地址时所在树状结构的根节点，即家乡边界路由器；

步骤503：家乡边界路由器判断目的对象节点是否发生移动，即是否位于本树状结构中？如果是，则进行步骤504，否则进行步骤505；

步骤504：家乡边界路由器查找到达目的对象节点的路由，并通过Routing Header(参见RFC2460版本号，1998)的方式将数据包路由到目的节点，进行步骤507；

步骤505：家乡边界路由器将数据包发送到目的对象节点当前所在树状结构的根节点，即转交边界路由器；

步骤506：转交边界路由器查找到达目的对象节点的路由，并通过Routing Header(参见RFC2460)的方式将数据包路由到目的节点；

步骤507：目的节点处理用户的数据包，将响应数据封装为一个IPv6响应数据包，并将数据包发送给父节点；

步骤508：父节点再将响应数据包发送到父节点的父节点，以此类推，最终，数据包到达目的节点所在树状结构的根节点，即边界路由器；

步骤509：边界路由器将响应数据包发送到下一代互联网上，最终响应数据包按照IPv6路由方式到达用户；

步骤510：过程结束。

图6为本发明所述的物联网节点移动处理流程示意图，在本发明中，物联网中的对象节点及其配备的传感器节点作为一个整体进行移动，对象节点发生移动时的处理流程如下：

步骤601：对象节点检测到脱离当前的父节点；

步骤602：对象节点判断自己是否脱离当前的树状结构？如果脱离，进行步骤603，否则进行步骤605；

步骤603：对象节点会重新加入一个树状结构并获取转交IPv6地址，同时向新加入的树状结构的根节点发送Register消息进行注册操作；

步骤604：对象节点新加入的树状结构的根节点向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点发送M_Register消息进行注册操作，进行步骤606；

步骤605：对象节点会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点发送Register消息进行注册操作；

步骤606：过程结束。

本发明可以应用到物流、医疗等领域，例如，在物流领域，当一个新的对象节点加入物联网时，它通过图3所示的流程示意图获取链路地址以及IPv6地址，并通过图4所示流程示意图进行注册操作以建立到达边界路由器的路由路径。如果用户想查询对象节点的属性信息，则发送一条目的地址为目标对象节点IPv6地址的查询数据包，查询数据包按照图5所示的流程进行路由，并按照图5所示的流程将响应数据返回给用户。当对象节点每到达一个地方，它会通过图6所示的流程进行重新注册从而确保路由的正确性。

综上所述，本发明提供了基于IPv6的物联网构架及实现方法，此项技术可以应用于物流、农业、医疗等诸多领域，例如，在物流领域，对象节点每到达一个地方，可通过本地边界路由器获取网络地址前缀从而知道当前所在的位置并及时向用户进行汇报，同样，如果传感器节点监测到对象节点处于非正常状态，它会及时向用户发出警告信息以便用户进行及时处理；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。

本发明提供了一种基于IPv6的物联网构架及实现方法的思路，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。

一种基于IPv6的物联网系统专利购买费用说明

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》。