一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法

文档序号:7795312阅读:160来源:国知局
一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法,使得无线作业工人通过PDA或者类似的移动设备,可以用更少的时间完成更多的工作量,大大提高工作效率。基于IPv6无线传感器网络的移动性技术解决了在传统无线传感器网络内节点不能移动的局限性。所述方法包括以下内容:设计了移动设备首次接入网络与代理路由器之间的交互过程,设计了移动设备在本地网络内两个路由之间的移动切换过程,设计了移动设备在两个网络之间的移动切换过程,以及设计了移动设备移动切换过程中使用的报文格式。本发明能够有效地保障工业无线传感器网络移动设备在移动过程中的数据通信。
【专利说明】—种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属于工业无线传感器网络【技术领域】,具体涉及一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法。
【背景技术】
[0002]在Internet中,大部分节点,例如PC机、服务器、路由器等,一般处于静止状态,无需过多考虑网络协议对移动性的支持。然而物联网与之不同,很多传感器节点经常需要灵活移动,例如一些移动式的无线传感器设备。这些设备可能固定在移动部件上,如旋转部件,或者可能固定在交通工具上,如起重机或者铲车。另外在工业现场,一个普遍的例子就是无线作业工人,他们通过PDA或者类似的移动设备,可以在不同车间进行移动,消耗更少的时间完成更多的工作量,大大提高工作效率。这些工人可以通过无线连接到车间IT系统,然后下载文件、说明等等。这就需要PDA等移动设备能够“直接”连接到他工作平台的传感器或者控制器上。
[0003]因此,IPv6无线传感器网络的移动性支持显得非常重要。在当前已经完成标准化的IETF技术文档中,并没有专门的移动性支持标准。

【发明内容】

[0004]针对以上现有技术中的不足,本发明的目的在于提供一种解决了传统无线传感器网络内节点无法移动的局限性和重复入网的问题的移动设备的通信方法。本发明的技术方案如下:一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法,所述6LoWPAN的本地网络为GW1,外地网络为GW2,其特征在于,移动方法包括以下步骤:
[0005]101、移动设备A从本地网络GWl外移动到代理路由器Rl的范围时,所述移动设备A向代理路由器Rl发送入网请求报文,所述入网请求报文包括移动设备A的EUI-64位地址信息;代理路由器Rl收到该入网请求报文后,代理路由器Rl为移动设备A分配短地址,代理路由器Rl发送报文I给网关,其中报文I包括代理路由器Rl分配给移动设备A的短地址信息、移动设备A的EUI-64位地址信息及代理路由器Rl的地址信息;
[0006]102、网关收到步骤101中代理路由器Rl发送的报文I后,转发给移动管理中心,移动管理中心建立移动设备A与代理路由器Rl的绑定缓存,并根据代理路由器Rl的地址信息,在网关的网络拓扑图上将移动设备A的位置标注出来;
[0007]103、代理路由器Rl将分配的短地址发送给移动设备A,所述移动设备A收到该短地址后向当前代理路由器Rl发送获取数据的命令;当代理路由器Rl收到该命令后,发送获取数据报文I给与所述代理路由器Rl直接连接的所有节点,所述获取数据报文I中包含移动设备A的短地址信息;
[0008]104、当步骤103中与代理路由器Rl直接连接的节点收到该获取数据报文I后,将该节点当前采集到的数据通过代理路由器Rl转发给移动设备Rl ;当移动设备A与代理路由器Rl的距离大于代理路由器Rl的通信距离时,移动设备A向代理路由器Rl发送离开命令;
[0009]105、当移动设备A在本地网络GWl中由代理路由器Rl的范围移动到代理路由器R2的范围内时,移动设备A发送信标请求命令给代理路由器R2,代理路由器R2收到该信标请求后,向移动设备A发送响应;移动设备A收到该响应后,判定移动的类型,若为网内移动,跳转至步骤106,否则判定为网间移动,跳转至步骤107 ;
[0010]106、所述移动设备A向代理路由器R2发送绑定更新信息,代理路由器R2收到该绑定更新消息后,将其转发给代理路由器Rl ;代理路由器Rl收到该绑定消息后,向代理路由器R2发送绑定确认信息,代理路由器Rl发送完确认消息后,将消息缓冲中的数据转发给移动设备A ;移动设备A向代理路由器R2发送获取数据命令;代理路由器R2收到该获取数据命令后,发送获取数据报文II给与代理路由器R2直接连接的节点;与代理路由器R2直接连接的节点收到该获取数据报文II后,将当前采集到的数据通过代理路由器R2转发给移动设备A,当移动设备A与代理路由器R2的距离大于代理路由器R2的通信距离时,移动设备A向代理路由器R2发送离开命令,完成移动设备A的网内移动;
[0011]107、当判断为网间移动时,代理路由器R2收到移动设备A发送的离开命令后,生成通知报文发送给网关;网关收到该通知报文后,查询移动管理中心,通知GW2网络的代理路由器,将发送给移动设备A的数据包上传给网关,网关进行缓冲;移动设备A完全移动到外地网络GW2后,向GW2内的代理路由器R3发送绑定更新报文,代理路由器R3将其上传给GW2网络网关,由GW2网络网关转发给GWl网络网关;GW1网络网关收到该绑定更新报文后,发送绑定确定报文到移动设备A,发送完成后,Gffl网络网关提取消息缓冲中的数据发送给移动设备A ;移动设备A向代理路由器R3发送获取数据命令III ;代理路由器R3收到该获取数据命令III命令后,发送获取数据报文III给与代理路由器R3直接连接的所有节点,与代理路由器R3直接连接的节点收到该获取数据报文III后,将当前采集到的数据,发送给代理路由器R3,代理路由器R3转发给移动设备A ;当移动设备A与代理路由器R3的距离大于代理路由器R3的通信距离时,移动设备A向代理路由器R3发送离开命令;当移动设备A完成任务后,向代理路由器R3发送任务完成消息,再由代理路由器R3将任务完成消息发送给GWl网关和GW2网关,网关向移动管理中心汇报,并在网关的网络拓扑显示页面去掉移动设备A的位置信息。
[0012]进一步的,步骤101中的移动设备A的短地址信息为16位端地址,代理路由器Rl的PANID信息。
[0013]进一步的,移动设备在网内移动切换时,前代理路由器建立消息缓冲机制;移动设备在网间移动切换时,前网络网关建立消息缓存机制。
[0014]进一步的,报文包括控制报文及数据报文,其中控制报文包括移动绑定请求报文、移动绑定确认报文、移动获取数据报文和移动绑定更新报文,所述数据报文包括移动数据请求报文、移动数据汇集报文和移动数据发送报文。
[0015]本发明的优点及有益效果如下:
[0016]本发明解决6LoWPAN无线传感器网络内节点无法移动的局限性,提出一种基于消息缓冲机制的6LoWPAN无线传感网移动设备的移动方法。并结合工业无线传感器网络的应用需求,设计合理的通信协议,通过该协议来保证工业应用时移动设备的正常通信。【专利附图】

【附图说明】
[0017]图I为移动设备移动框架图;
[0018]图2移动设备初次入网通信图;
[0019]图3移动设备网内移动切换图;
[0020]图4移动设备网间移动切换图;
[0021]图5移动报文格式。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。
[0023]本发明所提出的基于消息缓冲机制的6LoWPAN无线传感器网络移动设备的移动方法,解决了传统无线传感器网络内节点无法移动的局限性和重复入网的问题。设计的方法主要适用于无线作业工人通过PDA或者类似的移动设备在工业现场对车间数据的采集和网络的管理控制。本方法针对树型拓扑结构IPv6无线传感器网络,详细描述了移动设备的加入网络过程,网内移动切换过程以及网间移动切换过程,并且提出了消息缓冲机制有效避免了移动设备在移动切换过程中造成的数据丢失问题。
[0024]图I中描述了移动设备移动的框架图,从图中可以得出移动设备从本地网络移动到外地网络,此处用GW1表示本地网络,GW2表示外地网络。移动设备在本地范围内不同路由器下进行了移动切换,从最先接入的路由器R1移动到路由器R2,最后移动到路由器R3范围内。图I的移动切换过程可以分为三个过程:移动设备首次接入网络过程,如图中移动设备从网络外部移动到路由器R1范围内;移动设备网内移动切换过程,如图中移动设备从路由器R1范围移动切换到路由器R2范围,再从路由器R2范围移动到路由器R3范围;移动设备网间移动切换过程,如图中的路由器R3范围移动切换到路由器R3范围。下面详细介绍该三个过程:
[0025]I.首次接入网络
[0026]图2描述了移动设备从加入网络,代理路由器R1,到离开路由器Rl范围的全过程。其中涉及移动设备入网过程,代理路由器向网关汇报过程,网关向移动管理中心汇报过程,以及移动设备与节点之前的数据通信过程。详细步骤如下:
[0027]a)无线作业工人拿着移动设备进入某个车间时,控制移动设备发送入网请求,入网请求中包含移动设备的MAC地址信息。
[0028]b)代理路由器R收到入网请求后,为移动设备分配一个16位短地址,并向网关发送移动绑定请求报文(标识为路由器一网关),该报文中应包含移动设备的16位短地址和MAC地址信息。
[0029]c)网关收到该报文后,在人机交互界面的拓扑显示页面上标注移动节点所在位置,同时将移动设备和移动设备当前接入路由的信息转发给移动管理中心,移动管理中心建立移动移动设备和代理路由,以及网关之间的对应列表。并且向代理路由器发送移动绑定确认报文(标识为网关一路由器)。
[0030]d)代理路由器收到移动绑定确认报文(标识为网关一路由器)后,向移动设备发送移动绑定确认报文(标识为路由器一移动设备),该报文中应包含为移动移动设备配置的16位短地址信息,以及网络的PANID信息。[0031]e)移动设备收到移动绑定确认报文(标识为路由器一移动设备)后,向代理路由器发送移动获取数据报文,报文中应包含移动设备的16位短地址信息。
[0032]f)代理路由器收到移动获取数据报文后,广播发送移动数据汇集报文给与路由器相连的传感器节点,该报文中应该包含移动设备的16位短地址信息。
[0033]g)与代理路由器相连的传感器节点收到移动数据汇集报文后,封装实时数据转发给代理路由器,直接采用普通的数据发送,源地址用传感器节点本身地址,目标地址使用移动设备的16位短地址。代理路由器收到数据包后,判定目标地址为移动设备的地址时,将数据包转发给移动设备。
[0034]h)当移动设备发新代理路由器发送给自身的报文中的RSSI的值降低时,说明移动设备在远离路由器,主动发送信标请求,范围内其他路由器收到信标请求后,发送信标帧响应。移动设备获取信标帧中的PANID信息,向代理路由器发送一个移动切换起始报文,该报文应该包含移动设备刚刚获得的PANID信息。
[0035]i)代理路由器收到移动切换起始报文后,判定与移动设备移动的类型,如果和本地网络的PANID信息相同,则判定为网内移动,否则为网间移动。无论移动设备的移动类型为何种类,代理路由器都应该开始创建消息缓冲,将所有转发给移动设备的消息压入缓冲当中。
[0036]2.网内移动切换
[0037]图3描述了移动设备在本地网络内移动切换的详细过程,如图I中移动设备从路由器Rl范围移动到路由器R2范围,再移动到路由器R3范围。其中涉及移动设备代理路由器之间切换过程,新代理路由器向网关和前代理路由器汇报过程,网关向移动管理中心汇报过程,以及移动设备与节点之前的数据通信过程。详细步骤如下:
[0038]a)由I首次接入网络的步骤h可得,移动设备在未完全移动到新路由器范围时,通过信标请求和信标响应可以获得新代理路由器的信息。当移动设备发送完移动切换起始报文后,向将要接入的路由器发送移动绑定更新报文(标识为移动设备一路由器),该报文应包括节点自身的16位短地址信息,以及前代理路由器的地址信息。
[0039]b)新代理路由器接收到移动绑定更新报文(标识为移动设备一路由器)后,将构造新的移动绑定更新报文(标识为路由器一网关)发送给网关,该报文中应包含移动设备的地址信息和路由器本身的地址信息。当网关收到该报文立即回复移动绑定确认报文(标识为网关一路由器),并在人机交互界面的拓扑显示页面上更新移动节点所在位置,同时将移动设备和移动设备当前代理路由器(NAR)的信息转发给移动管理中心,移动管理中心更新移动移动设备和代理路由,以及网关之间的对应列表。
[0040]c)新代理路由器(NAR)收到移动绑定确认报文(标识为网关一路由器)后,向移动设备的前代理路(PAR)由器发送移动绑定更新报文(标识为路由器一路由器),该报文中应包含新代理路由器(NAR)的地址信息。
[0041]d)前代理路由器(PAR)收到移动绑定更新报文(标识为网关一路由器)后,向新代理路由器(NAR)回复移动绑定确认报文(标识为路由器一路由器),新代理路由器(NAR)收到该报文后,转发给移动设备。
[0042]e)前代理路由器(PAR)发送完移动绑定确认报文(标识为路由器一路由器)后,将之前建立数据缓冲中的数据提取出来,按照一定的方式发送给移动设备的新代理路由器(NAR),代理路由器收到后转发给移动移动设备。
[0043]f)移动设备向当前代理路由器发送移动获取数据报文,报文中应包含移动设备的16位短地址信息。代理路由器收到移动获取数据报文后,广播发送移动数据汇集报文给与路由器相连的传感器节点。
[0044]g)与代理路由器相连的传感器节点收到移动数据汇集报文后,封装实时数据转发给代理路由器,直接采用普通的数据发送,源地址用传感器节点本身地址,目标地址使用移动设备的16位短地址。代理路由器收到数据包后,判定目标地址为移动设备的地址时,将数据包转发给移动设备。
[0045]h)当移动设备发新代理路由器发送给自身的报文中的RSSI的值降低时,说明移动设备在远离路由器,主动发送信标请求,范围内其他路由器收到信标请求后,发送信标帧响应。移动设备获取信标帧中的PANID信息,向代理路由器发送一个移动切换起始报文,该报文应该包含移动设备刚刚获得的PANID信息。
[0046]i)代理路由器收到移动切换起始报文后,判定与移动设备移动的类型,如果和本地网络的PANID信息相同,则判定为网内移动,否则为网间移动。无论移动设备的移动类型为何种类,代理路由器都应该开始创建消息缓冲,将所有转发给移动设备的消息压入缓冲当中。
[0047]3.网间移动切换
[0048]图4描述了移动设备从本地网络移动到外地网络的过程,如图I中移动设备从路由器R3范围移动到路由器R3范围。其中涉及移动设备与新代理路由器(NAR)的交互过程,现接入网络网关(NGW)和当前代理路由器之间(NAR)的交互过程,现接入网络网关(NGW)和前接入网络网关(PGW)交互过程,现接入网关向移动管理中心汇报过程,以及移动设备与节点之前的数据通信过程。详细步骤如下:
[0049]a)由I首次接入网络的步骤h可得,移动设备在未完全移动到新代理路由器范围时,通过信标请求和信标响应可以获得新代理路由器的信息。当移动设备将收到的信标响应中的PANID信息封装到移动切换起始报文当中,并发送给前代理路由器。前代理路由器通过报文中的PANID信息和自身网络的PANID信息对比得出,移动设备下次移动到的网络为外地网络。
[0050]b)当前代理路由器判定移动设备移动到的下次网络为外地网络时,代理路由器向网关发送移动切换起始报文(标识路由器一网关)。网关收到该报文后,开始建立移动消息缓冲,代理路由器将所有的要发送给移动设备的数据包转发给网关,网关收到后将其压入缓冲当中。
[0051]c)移动设备向新代理路由器发送移动绑定请求报文(标识移动设备一路由器),该报文中应该包含移动设备的MAC地址信息。新代理路由器收到该报文后,向新接入网关发送移动绑定更新报文(标识路由器一网关),该报文应包括移动设备的MAC地址信息和代理路由器分配的16位短地址信息。当网关收到该报文立即回复移动绑定确认报文(标识为网关一路由器),并在人机交互界面的拓扑显示页面上更新移动节点所在位置,同时将移动设备和移动设备当前代理路由器(NAR)的信息转发给移动管理中心,移动管理中心更新移动移动设备和代理路由,以及网关之间的对应列表。
[0052]d)移动管理中心通过查询之前建立的移动设备与代理之间对应列表,查找出移动设备前代理网络的网关信息,并向其发送消息通知移动设备当前所在网络以及代理路由等信息。前代理网关收到该消息后,向移动设备所在网络发送移动绑定确认报文(标识为网关—移动设备),当前网关收到后,向代理路由器转发,代理路由器收到后转发给移动设备。
[0053]e )前接入网络网关发送完移动绑定确认报文后,将之前建立数据缓冲中的数据提取出来,按照一定的方式发送给移动设备的新接入网络网关,网关转发给代理路由器,代理路由器收到后转发给移动移动设备。
[0054]f)移动设备向当前代理路由器发送移动获取数据报文,报文中应包含移动设备的16位短地址信息。代理路由器收到移动获取数据报文后,广播发送移动数据汇集报文给与路由器相连的传感器节点。
[0055]g)与代理路由器相连的传感器节点收到移动数据汇集报文后,封装实时数据转发给代理路由器,直接采用普通的数据发送,源地址用传感器节点本身地址,目标地址使用移动设备的16位短地址。代理路由器收到数据包后,判定目标地址为移动设备的地址时,将数据包转发给移动设备。
[0056]h)当移动设备发新代理路由器发送给自身的报文中的RSSI的值降低时,说明移动设备在远离路由器,主动发送信标请求,范围内其他路由器收到信标请求后,发送信标帧响应。移动设备获取信标帧中的PANID信息,向代理路由器发送一个移动切换起始报文,该报文应该包含移动设备刚刚获得的PANID信息。
[0057]i)代理路由器收到移动切换起始报文后,判定与移动设备移动的类型,如果和本地网络的PANID信息相同,则判定为网内移动,否则为网间移动。无论移动设备的移动类型为何种类,代理路由器都应该开始创建消息缓冲,将所有转发给移动设备的消息压入缓冲当中。
[0058]4.报文格式
[0059]本发明设计了 IPv6无线传感网移动设备移动过程中使用到的移动绑定请求、移动绑定确认、移动获取数据和移动绑定更新四种控制报文,以及移动数据请求、移动数据汇集和移动数据发送三种数据报文。
[0060]图5中标识报文的整体类型,第一、二位标记为01,作为移动相关报文的标识,第三位表不报文的类型,第四、五位表不报文的功能,第六、七、八位表不报文的传输路径。表I中详细介绍了移动设备移动过程中,使用到的报文格式。
[0061]表I :报文格式
[0062]
【权利要求】
1.一种基于消息缓冲机制的6L0WPAN移动设备的通信方法,所述6L0WPAN的本地网络为GW1,外地网络为GW2,其特征在于,移动方法包括以下步骤:` ` 101、移动设备A从本地网络GWl外移动到代理路由器Rl的范围时,所述移动设备A向代理路由器Rl发送入网请求报文,所述入网请求报文包括移动设备A的EUI-64位地址信息;代理路由器Rl收到该入网请求报文后,代理路由器Rl为移动设备A分配短地址,代理路由器Rl发送报文I给网关,其中报文I包括代理路由器Rl分配给移动设备A的短地址信息、移动设备A的EUI-64位地址信息及代理路由器Rl的地址信息; ` 102、网关收到步骤101中代理路由器Rl发送的报文I后,转发给移动管理中心,移动管理中心建立移动设备A与代理路由器Rl的绑定缓存,并根据代理路由器Rl的地址信息,在网关的网络拓扑图上将移动设备A的位置标注出来; `103、代理路由器Rl将分配的短地址发送给移动设备A,所述移动设备A收到该短地址后向当前代理路由器Rl发送获取数据的命令;当代理路由器Rl收到该命令后,发送获取数据报文I给与所述代理路由器Rl直接连接的所有节点,所述获取数据报文I中包含移动设备A的短地址信息; ` 104、当步骤103中与代理路由器Rl直接连接的节点收到该获取数据报文I后,将该节点当前采集到的数据通过代理路由器Rl转发给移动设备Rl ;当移动设备A与代理路由器Rl的距离大于代理路由器Rl的通信距离时,移动设备A向代理路由器Rl发送离开命令; `105、当移动设备A在本地网络GWl中由代理路由器Rl的范围移动到代理路由器R2的范围内时,移动设备A发送信标请求命令给代理路由器R2,代理路由器R2收到该信标请求后,向移动设备A发送响应;移动设备A收到该响应后,判定移动的类型,若为网内移动,跳转至步骤106,否则判定为网间移动,跳转至步骤107 ; `106、所述移动设备A向代理路由器R2发送绑定更新信息,代理路由器R2收到该绑定更新消息后,将其转发给代理路由器Rl ;代理路由器Rl收到该绑定消息后,向代理路由器R2发送绑定确认信息,代理路由器Rl发送完确认消息后,将消息缓冲中的数据转发给移动设备A ;移动设备A向代理路由器R2发送获取数据命令;代理路由器R2收到该获取数据命令后,发送获取数据报文II给与代理路由器R2直接连接的节点;与代理路由器R2直接连接的节点收到该获取数据报文II后,将当前采集到的数据通过代理路由器R2转发给移动设备A,当移动设备A与代理路由器R2的距离大于代理路由器R2的通信距离时,移动设备A向代理路由器R2发送离开命令,完成移动设备A的网内移动; ` 107、当判断为网间移动时,代理路由器R2收到移动设备A发送的离开命令后,生成通知报文发送给网关;网关收到该通知报文后,查询移动管理中心,通知GW2网络的代理路由器,将发送给移动设备A的数据包上传给网关,网关进行缓冲;移动设备A完全移动到外地网络GW2后,向GW2内的代理路由器R3发送绑定更新报文,代理路由器R3将其上传给GW2网络网关,由GW2网络网关转发给GWl网络网关;GW1网络网关收到该绑定更新报文后,发送绑定确定报文到移动设备A,发送完成后,Gffl网络网关提取消息缓冲中的数据发送给移动设备A ;移动设备A向代理路由器R3发送获取数据命令III ;代理路由器R3收到该获取数据命令III命令后,发送获取数据报文III给与代理路由器R3直接连接的所有节点,与代理路由器R3直接连接的节点收到该获取数据报文III后,将当前采集到的数据,发送给代理路由器R3,代理路由器R3转发给移动设备A ;当移动设备A与代理路由器R3的距离大于代理路由器R3的通信距离时,移动设备A向代理路由器R3发送离开命令;当移动设备A完成任务后,向代理路由器R3发送任务完成消息,再由代理路由器R3将任务完成消息发送给GWl网关和GW2网关,网关向移动管理中心汇报,并在网关的网络拓扑显示页面去掉移动设备A的位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法,其特征在于:步骤101中的移动设备A的短地址信息为16位端地址,代理路由器Rl的PANID信息。
3.根据权利要求1所述的基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法,其特征在于:移动设备在网内移动切换时,前代理路由器建立消息缓冲机制;移动设备在网间移动切换时,前网络网关建立消息缓存机制。
4.根据权利要求1所述的基于消息缓冲机制的6LoWPAN移动设备的通信方法,其特征在于:报文包括控制报文及数据报文,其中控制报文包括移动绑定请求报文、移动绑定确认报文、移动获取数据报文和移动绑定更新报文,所述数据报文包括移动数据请求报文、移动数据汇集报文和移动数据发送报文。
【文档编号】H04L12/861GK103781137SQ201410019874
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】王恒, 王平, 张斌 申请人:重庆邮电大学
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