一种全IP无线传感器网络移动方法.pdf

本发明提供了一种全IP无线传感器网络移动方法，所述全IP无线传感网络包括三类节点：网关节点，全功能节点及部分功能节点；其中网关节点与IPv6互联网的接入路由器相连，实现全IP无线传感器网络与IPv6互联网的物理连接；网关节点与全功能节点是固定节点，具有路由转发功能，部分功能节点为移动节点，不具有路由转发功能；网关节点和全功能节点构建成路由骨干网，部分功能节点通过路由骨干网与IPv6互联网进行通信；与部分功能节点直接通信的全功能节点为该部分功能节点的关联节点，同一时刻，一个部分功能节点只有一个关联节点。

权利要求书一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，所述全IP无线传感网络包括三类节点：网关节点，全功能节点及部分功能节点；其中网关节点与IPv6互联网的接入路由器相连，实现全IP无线传感器网络与IPv6互联网的物理连接；网关节点与全功能节点是固定节点，具有路由转发功能，部分功能节点为移动节点，不具有路由转发功能；网关节点和全功能节点构建成路由骨干网，部分功能节点通过路由骨干网与IPv6互联网进行通信；与部分功能节点直接通信的全功能节点为该部分功能节点的关联节点，同一时刻，一个部分功能节点只有一个关联节点；全IP无线传感器网络节点的IPv6地址由两部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个全IP无线传感器网络中所有节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同，长度为64+i比特；第二部分是节点ID，节点ID唯一标识一个节点，长度为64‑i比特；其中，i值为正整数；初始状态下，网关节点的IPv6地址预先设置，网关节点的节点ID为0，并具有可分配地址空间[1,264‑i‑1]；网关节点、全功能节点和部分功能节点在一跳范围内定期广播信标消息；网关节点和全功能节点信标消息负载为可分配地址空间的大小；部分功能节点信标消息负载为部分功能节点的关联节点的IPv6地址，以及部分功能节点IPv6地址的全局路由前缀；当全功能节点X加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择信标消息负载中可分配地址空间最大的全功能节点Y获取IPv6地址以及可分配地址空间，如果全功能节点Y的可分配地址空间为[S1,E1]，其中S1和E1为正整数，那么全功能节点X根据下述步骤从全功能节点Y获取可分配地址空间以及IPv6地址：步骤301：开始；步骤302：全功能节点X向全功能节点Y发送全功能节点地址请求消息；步骤303：全功能节点Y收到地址请求消息后，向全功能向节点X返回一个全功能节点地址响应消息，消息负载为将要分配的地址空间步骤304：全功能节点X收到全功能节点地址响应消息后，将地址空间的下限作为节点ID，并与全功能节点Y的IPv6地址的全局路由前缀相结合形成自己的IPv6地址，同时获取可分配地址空间然后向全功能节点Y返回一个全功能节点地址确认消息；步骤305：全功能节点Y收到全功能节点X返回的全功能节点地址确认消息后，更新自己的可分配地址空间为步骤306：全功能节点X成功获取IPv6地址以及可分配地址空间；步骤307：结束。根据权利要求1所述的一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，网关节点和全功能节点分别保存一个绑定表，网关节点的绑定表中的每个表项包括三个域：移动节点地址，关联节点地址，以及有效时间；全功能节点的绑定表中的每个表项包括两个域：移动节点地址和有效时间；其中，有效时间随机器时钟自动衰减，当衰减到0时，表项自动从绑定表中删除；当部分功能节点Z加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择从可分配地址空间最大的全功能节点F获取IPv6地址，全功能节点F的可分配地址空间为[S2,E2]，其中，S2和E2为正整数，那么部分功能节点Z根据下述过程从全功能节点F获取IPv6地址：步骤401：开始；步骤402：部分功能节点Z向全功能节点F发送部分功能节点地址请求消息；步骤403：全功能节点F收到部分功能节点地址请求消息后，向部分功能节点Z返回一个部分功能节点地址响应消息，消息负载为其最大未分配地址E2；步骤404：部分功能节点Z收到部分功能节点地址响应消息后，将最大未分配地址E2作为节点ID，与全功能节点F的全局路由前缀结合形成自己的IPv6地址，同时将全功能节点F作为关联节点，并向全功能节点F返回部分功能节点地址确认消息；步骤405：全功能节点F收到部分功能节点Z返回的部分功能节点地址确认消息后，将地址配置空间更新为[S2,E2‑1]，同时在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，然后向网关节点发送一个关联消息，消息负载为部分功能节点Z的IPv6地址；步骤406：网关节点收到关联消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点F的IPv6地址；步骤407：部分功能节点Z获取IPv6地址以及其关联节点；步骤408：结束；全功能节点通过接收一跳范围内的部分功能节点来维护绑定表，并定期向网关节点发送绑定更新消息来维护网关节点绑定表；网关节点通过绑定表来回收失效节点释放的IPv6地址资源并进行再分配。根据权利要求2所述的一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，全功能节点通过接收邻居全功能节点的信标消息来确定与邻居节点的相对位置，所述相对位置由两部分组成，包括两个节点之间的距离d和两个节点之间的角度α，相对位置值定义为cosα·d的绝对值，关联节点通过接收部分功能节点的信标消息来确定于与部分功能节点的相对位置值；当关联节点检测到部分功能节点即将离开自己的通信范围时，比较邻居全功能节点的相对位置值以及部分功能节点的相对位置值，选择相对位置值最接近的邻居全功能节点作为部分功能节点的下一个关联节点。根据权利要求3所述的一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，如果部分功能节点X的关联节点为全功能节点Y，当全功能节点Y检测到部分功能节点X即将离开自己的通信范围时，全功能节点Y选择与部分功能节点X相对位置值最接近的全功能节点N作为部分功能节点X的下一个关联节点，如果全功能节点Y与全功能节点N在同一个全IP无线传感器网络内，那么全功能节点Y进行如下移动切换操作：步骤501：开始；步骤502：全功能节点Y分别向全功能节点N和网关节点G发送更新消息，其负载内容为部分功能节点X的节点ID和全功能节点N的节点ID；步骤503：全功能节点N收到更新消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，并向全功能节点Y返回更新响应消息；步骤504：网关节点G收到更新消息后，查找绑定表中对应部分功能节点X的表项，将关联节点地址更新为全功能节点N的IPv6地址，同时向全功能节点Y返回更新响应消息；步骤505：全功能节点Y收到全功能节点N和网关节点G返回的更新响应消息后，将部分功能节点X对应表项从绑定表中删除；步骤506：网关节点G收到目的地址为部分功能节点X的消息后，首先将消息路由至全功能节点N，然后全功能节点N再将数据消息转发给部分功能节点X；步骤507：部分功能节点X收到全功能节点N的数据消息后，将关联节点更新为全功能节点N；步骤508：结束。根据权利要求4所述的一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，当部分功能节点X移动到另外一个新的全IP无线传感器网络时，那么进行网络间移动切换过程，包括以下步骤：步骤601：开始；步骤602：全功能节点接收到部分功能节点X的信标消息后，通过信标消息负载中的全局路由前缀判断部分功能节点X是否为本地节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤603；步骤603：全功能节点根据部分功能节点X的关联节点的IPv6地址判断部分功能节点X在新的全IP无线传感器网络中是否获取关联节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤604；步骤604：全功能节点向本地网关节点G1发送关联消息，消息负载为部分功能节点X的IPv6地址以及与部分功能节点X的距离；步骤605：如果网关节点G1在规定时间内收到多个负载为部分功能节点X信息的关联消息，选择距离最小的全功能节点Y作为部分功能节点X的关联节点，同时在绑定表中增加一条表项；其中，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点Y的IPv6地址；然后向全功能节点Y发送一条关联响应消息，并向部分功能节点X的家乡网络的网关节点G2发送一条更新消息，消息负载均为部分功能节点X的IPv6地址；步骤606：全功能节点Y收到关联响应消息后，在绑定表中增加部分功能节点X的表项，网关节点G2收到更新消息后，将绑定表中对应部分功能节点X的表项的关联节点地址更新为网关节点G2的IPv6地址；步骤607：网关节点G2收到目的地址为部分功能节点X的数据消息后，首先转发给网关节点G1，网关节点G1再转发给全功能节点Y，最后由全功能节点Y发送给部分功能节点X，部分功能节点X收到数据消息后，将关联节点更新为全功能节点Y；步骤608：结束；部分功能节点X原来所在全IP无线传感器网络的关联节点由于在规定时间内无法收到部分功能节点X的信标消息，因此将部分功能节点X的相应表项从绑定表中删除。根据权利要求5所述的一种全IP无线传感器网络移动方法，其特征在于，所述数据消息的链路头部包括源链路地址和目的链路地址，源链路地址值为转发该数据消息的节点的链路地址，目的链路地址值为下一跳节点的链路地址；其中，链路地址为节点IPv6地址的节点ID；数据消息的网络头部包括目的地址和最终地址；IPv6互联网中的节点与部分功能节点X的通信过程为：步骤701：开始；步骤702：IPv6互联网节点发送一条获取部分功能节点X所采集信息的IPv6数据消息，此数据消息的目的地址为部分功能节点X的IPv6地址；步骤703：此数据消息在IPv6互联网中进行路由，最后到达与目的部分功能节点X所在全IP无线传感器网络的网关节点G1；步骤704：网关节点G1首先查看绑定表，判断部分功能节点X是否在外部网络，如果是，进行步骤705，否则进行步骤706；步骤705：网关节点G1将数据消息发送到部分功能节点X所在网络的网关节点G2；步骤706：对应网关节点G1或者网关节点G2用链路头部和网络头部对数据消息进行封装，其中网络头部中的目的地址设置为部分功能节点X的关联节点L的节点ID，最终地址设置为部分功能节点X的IPv6地址的节点ID，然后发送出去；步骤707：关联节点L收到数据消息后，将数据消息发送给部分功能节点X；步骤708：部分功能节点X收到数据消息后，处理数据消息，并将响应信息封装为响应数据消息，其中网络头部中的目的地址设置为对应网关节点G1或者网关节点G2的节点ID，最终地址设置为0，然后将数据消息发送出去；步骤709：对应网关节点G1或者网关节点G2将数据消息中的响应信息封装为IPv6数据消息，将其发送到IPv6互联网上，最终此数据消息按照IPv6路由方式到达源IPv6互联网节点；步骤710：结束。

说明书一种全IP无线传感器网络移动方法
技术领域
本发明涉及一种网络移动方法，尤其涉及的是一种全IP无线传感器网络移动方法。
背景技术
随着IPv6网络的不断成熟和发展，全IP无线传感器网络已成为未来发展的必然趋势。全IP无线传感器网络具有以下优势：
（1）IPv6是下一代互联网的协议标准，全IP无线传感器网络采用IPv6协议实现与下一代网络的全IP通信有助于推动无线传感器网络通信协议的标准化；
（2）IPv6的许多技术特点（如地址自动配置等）对大规模无线传感器网络的自组织管理提供了良好支持；
（3）IPv6网络的组网方式可以供无线传感器网络充分借鉴，使其成为无线传感器网络的一种合理拓展。
无线传感器网络有两个主要特性：资源有限性和移动性，因此全IP无线传感器网络首先需要解决的关键问题就是如何实现低功耗的移动方法。
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，提供一种全IP无线传感器网络移动方法。
技术方案：本发明公开了一种全IP无线传感器网络移动方法，所述全IP无线传感网络包括三类节点：网关节点，全功能节点及部分功能节点；
其中网关节点与IPv6互联网的接入路由器相连，实现全IP无线传感器网络与IPv6互联网的物理连接；网关节点与全功能节点是固定节点，具有路由转发功能，部分功能节点为移动节点，不具有路由转发功能；
网关节点和全功能节点构建成路由骨干网，部分功能节点通过路由骨干网与IPv6互联网进行通信；与部分功能节点直接通信的全功能节点为该部分功能节点的关联节点，同一时刻，一个部分功能节点只有一个关联节点；
全IP无线传感器网络节点的IPv6地址由两部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个全IP无线传感器网络中所有节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同，长度为64+i比特；第二部分是节点ID，节点ID唯一标识一个节点，长度为64‑i比特；其中，i值为正整数；
初始状态下，网关节点的IPv6地址预先设置，网关节点的节点ID为0，并具有可分配地址空间[1,264‑i‑1]；
网关节点、全功能节点和部分功能节点在一跳范围内定期广播信标消息；网关节点和全功能节点信标消息负载为可分配地址空间的大小；部分功能节点信标消息负载为部分功能节点的关联节点的IPv6地址，以及部分功能节点IPv6地址的全局路由前缀；
当全功能节点X加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择信标消息负载中可分配地址空间最大的全功能节点Y获取IPv6地址以及可分配地址空间，如果全功能节点Y的可分配地址空间为[S1,E1]，其中S1和E1为正整数，那么全功能节点X根据下述步骤从全功能节点Y获取可分配地址空间以及IPv6地址：
步骤301：开始；
步骤302：全功能节点X向全功能节点Y发送全功能节点地址请求消息；
步骤303：全功能节点Y收到地址请求消息后，向全功能向节点X返回一个全功能节点地址响应消息，消息负载为将要分配的地址空间
步骤304：全功能节点X收到全功能节点地址响应消息后，将地址空间的下限作为节点ID，并与全功能节点Y的IPv6地址的全局路由前缀相结合形成自己的IPv6地址，同时获取可分配地址空间然后向全功能节点Y返回一个全功能节点地址确认消息；
步骤305：全功能节点Y收到全功能节点X返回的全功能节点地址确认消息后，更新自己的可分配地址空间为
步骤306：全功能节点X成功获取IPv6地址以及可分配地址空间；
步骤307：结束。
全功能节点通过上述过程可以获取具有网络唯一性的IPv6地址，从而开始执行路由转发功能。
本发明所述方法中，网关节点和全功能节点分别保存一个绑定表，网关节点的绑定表中的每个表项包括三个域：移动节点地址，关联节点地址，以及有效时间；移动节点地址包括全IP无线传感器网络中所有的移动节点地址，关联节点地址包括相应表项中移动节点地址所表示的移动节点的关联节点的地址；
全功能节点的绑定表中的每个表项包括两个域：移动节点地址和有效时间；移动节点地址包括与本全功能节点关联的所有移动节点的地址；
有效时间随机器时钟自动衰减，当衰减到0时，表项自动从绑定表中删除；
当部分功能节点Z加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择从可分配地址空间最大的全功能节点F获取IPv6地址，全功能节点F的可分配地址空间为[S2,E2]，其中，S2和E2为正整数，那么部分功能节点Z根据下述过程从全功能节点F获取IPv6地址：
步骤401：开始；
步骤402：部分功能节点Z向全功能节点F发送部分功能节点地址请求消息；
步骤403：全功能节点F收到部分功能节点地址请求消息后，向部分功能节点Z返回一个部分功能节点地址响应消息，消息负载为其最大未分配地址E2；
步骤404：部分功能节点Z收到部分功能节点地址响应消息后，将最大未分配地址E2作为节点ID，与全功能节点F的全局路由前缀结合形成自己的IPv6地址，同时将全功能节点F作为关联节点，并向全功能节点F返回部分功能节点地址确认消息；
步骤405：全功能节点F收到部分功能节点Z返回的部分功能节点地址确认消息后，将地址配置空间更新为[S2,E2‑1]，同时在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，然后向网关节点发送一个关联消息，消息负载为部分功能节点Z的IPv6地址；
步骤406：网关节点收到关联消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点F的IPv6地址；
步骤407：部分功能节点Z获取IPv6地址以及其关联节点；
步骤408：结束；
全功能节点通过接收一跳范围内的部分功能节点来维护绑定表，并定期向网关节点发送绑定更新消息来维护网关节点绑定表；
网关节点通过绑定表来回收失效节点释放的IPv6地址资源并进行再分配。
部分功能节点通过上述过程获取具有网络唯一性的IPv6地址，从而可以实现与互联网节点的通信。
本发明所述方法中，全功能节点通过接收邻居全功能节点的信标消息来确定与邻居节点的相对位置，所述相对位置由两部分组成，包括两个节点之间的距离d和两个节点之间的角度α，相对位置值定义为cosα·d的绝对值，关联节点通过接收部分功能节点的信标消息来确定于与部分功能节点的相对位置值；
当关联节点检测到部分功能节点即将离开自己的通信范围时，即与自己的距离超出传输范围的70%时，比较邻居全功能节点的相对位置值以及部分功能节点的相对位置值，选择相对位置值最接近的邻居全功能节点作为部分功能节点的下一个关联节点。
本发明所述方法中，如果部分功能节点X的关联节点为全功能节点Y，当全功能节点Y检测到部分功能节点X即将离开自己的通信范围时，即与自己的距离超出传输范围的70%时，全功能节点Y选择与部分功能节点X相对位置值最接近的全功能节点N作为部分功能节点X的下一个关联节点，如果全功能节点Y与全功能节点N在同一个全IP无线传感器网络内，那么全功能节点Y进行如下移动切换操作：
步骤501：开始；
步骤502：全功能节点Y分别向全功能节点N和网关节点G发送更新消息，其负载内容为部分功能节点X的节点ID和全功能节点N的节点ID；
步骤503：全功能节点N收到更新消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，并向全功能节点Y返回更新响应消息；
步骤504：网关节点G收到更新消息后，查找绑定表中对应部分功能节点X的表项，将关联节点地址更新为全功能节点N的IPv6地址，同时向全功能节点Y返回更新响应消息；
步骤505：全功能节点Y收到全功能节点N和网关节点G返回的更新响应消息后，将部分功能节点X对应表项从绑定表中删除；
步骤506：网关节点G收到目的地址为部分功能节点X的消息后，首先将消息路由至全功能节点N，然后全功能节点N再将数据消息转发给部分功能节点X；
步骤507：部分功能节点X收到全功能节点N的数据消息后，将关联节点更新为全功能节点N；
步骤508：结束。
通过上述过程，部分功能节点可以实现网络内移动切换过程。由于部分功能节点在移动过程中无需配置转交地址，因此移动切换过程并不包括转交地址配置过程和地址绑定过程，从而降低了移动切换的代价和延迟，进而降低了丢包率。此外，由于部分功能节点不参与移动切换过程，因此避免了由于部分功能节点移动或者失效而引起的丢包率，即避免了由于丢包而引起的重传过程，因此，降低了移动切换的代价和延迟，从而保证了通信质量和路由的正确性。
本发明所述方法中，当部分功能节点X移动到另外一个新的全IP无线传感器网络时，那么进行网络间移动切换过程，包括以下步骤：
步骤601：开始；
步骤602：全功能节点接收到部分功能节点X的信标消息后，通过信标消息负载中的全局路由前缀判断部分功能节点X是否为本地节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤603；
步骤603：全功能节点根据部分功能节点X的关联节点的IPv6地址判断部分功能节点X在新的全IP无线传感器网络中是否获取关联节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤604；
步骤604：全功能节点向本地网关节点G1发送关联消息，消息负载为部分功能节点X的IPv6地址以及与部分功能节点X的距离；
步骤605：如果网关节点G1在规定时间内收到多个负载为部分功能节点X信息的关联消息，选择距离最小的全功能节点Y作为部分功能节点X的关联节点，同时在绑定表中增加一条表项；其中，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点Y的IPv6地址；然后向全功能节点Y发送一条关联响应消息，并向部分功能节点X的家乡网络的网关节点G2发送一条更新消息，消息负载均为部分功能节点X的IPv6地址；
步骤606：全功能节点Y收到关联响应消息后，在绑定表中增加部分功能节点X的表项，网关节点G2收到更新消息后，将绑定表中对应部分功能节点X的表项的关联节点地址更新为网关节点G2的IPv6地址；
步骤607：网关节点G2收到目的地址为部分功能节点X的数据消息后，首先转发给网关节点G1，网关节点G1再转发给全功能节点Y，最后由全功能节点Y发送给部分功能节点X，部分功能节点X收到数据消息后，将关联节点更新为全功能节点Y；
步骤608：结束；
部分功能节点X原来所在全IP无线传感器网络的关联节点由于在规定时间内无法收到部分功能节点X的信标消息，因此将部分功能节点X的相应表项从绑定表中删除。
通过上述过程，部分功能节点可以实现网络之间的移动切换过程。由于部分功能节点在移动过程中无需配置转交地址，因此移动切换过程并不包括转交地址配置过程和地址绑定过程，从而降低了移动切换的代价和延迟，进而降低了丢包率。此外，由于部分功能节点不参与移动切换过程，因此避免了由于部分功能节点移动或者失效而引起的丢包率，即避免了由于丢包而引起的重传过程，因此，降低了移动切换的代价和延迟，从而保证了通信质量和路由的正确性。
本发明所述方法中，所述数据消息的链路头部包括源链路地址和目的链路地址，源链路地址值为转发该数据消息的节点的链路地址，目的链路地址值为下一跳节点的链路地址；其中，链路地址为节点IPv6地址的节点ID；数据消息的网络头部包括目的地址和最终地址；
IPv6互联网中的节点与部分功能节点X的通信过程为：
步骤701：开始；
步骤702：IPv6互联网节点发送一条获取部分功能节点X所采集信息的IPv6数据消息，此数据消息的目的地址为部分功能节点X的IPv6地址；
步骤703：此数据消息在IPv6互联网中进行路由，最后到达与目的部分功能节点X所在全IP无线传感器网络的网关节点G1；
步骤704：网关节点G1首先查看绑定表，判断部分功能节点X是否在外部网络，如果是，进行步骤705，否则进行步骤706；
步骤705：网关节点G1将数据消息发送到部分功能节点X所在网络的网关节点G2；
步骤706：对应网关节点G1或者网关节点G2用链路头部和网络头部对数据消息进行封装，其中网络头部中的目的地址设置为部分功能节点X的关联节点L的节点ID，最终地址设置为部分功能节点X的IPv6地址的节点ID，然后发送出去；
步骤707：关联节点L收到数据消息后，将数据消息发送给部分功能节点X；
步骤708：部分功能节点X收到数据消息后，处理数据消息，并将响应信息封装为响应数据消息，其中网络头部中的目的地址设置为对应网关节点G1或者网关节点G2的节点ID，最终地址设置为0，然后将数据消息发送出去；
步骤709：对应网关节点G1或者网关节点G2将数据消息中的响应信息封装为IPv6数据消息，将其发送到IPv6互联网上，最终此数据消息按照IPv6路由方式到达源IPv6互联网节点；
步骤710：结束。
通过上述过程，部分功能节点可以实现与互联网节点的正确通信，由于本发明有效降低了移动切换的代价、延迟和丢包率，因此保证了通信质量和路由的正确性。
有益效果：本发明提供了一种全IP无线传感器网络移动方法，此实现方法可广泛用于车载网络和物联网，例如，在车载网领域，可将全IP无线传感器网络安置与车辆内，并用于检测某些参数，例如甲醛浓度，当甲醛浓度超标时，发出自动报警，从而保护司机的人身安全，同时，传感器节点将甲醛参数传给检测人员，以及时检测车辆的安全性。此外，本发明也可用于物联网，通过本发明可检测空气污染指数，并采取相应的措施保护生态环境。
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为本发明所述的全IP无线传感器网络拓扑结构示意图。
图2为本发明所述的IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述的全功能节点获取IPv6地址流程示意图。
图4为本发明所述的网关节点绑定表项示意图。
图5为本发明所述的全功能节点绑定表项示意图。
图6为本发明所述的部分功能节点获取IPv6地址流程示意图。
图7为本发明所述的网络内移动切换流程示意图。
图8为本发明所述的网络之间移动切换流程示意图。
图9为本发明所述的通信流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种全IP无线传感器网络移动方法，所述方法缩短了移动切换代价和延迟，降低了丢包率，从而保证了移动节点在移动过程中通信的连续性和路由的正确性。
图1为本发明所述的全IP无线传感器网络拓扑结构示意图。所述全IP无线传感网络1包括三类节点：网关节点2，全功能节点3及部分功能节点4；其中网关节点2与IPv6互联网5的接入路由器相连，实现全IP无线传感器网络1与IPv6互联网5的物理连接；网关节点2与全功能节点3是固定节点，具有路由转发功能，部分功能节点4为移动节点，不具有路由转发功能；网关节点2和全功能节点3构建成路由骨干网，部分功能节点4通过路由骨干网与IPv6互联网5进行通信；与部分功能节点4直接通信的全功能节点3为该部分功能节点的关联节点，同一时刻，一个部分功能节点4只有一个关联节点。
图2为本发明所述的IPv6地址结构示意图。全IP无线传感器网络节点的IPv6地址由两部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个全IP无线传感器网络中所有节点的IPv6地址的全局路由前缀都相同，长度为64+i比特；第二部分是节点ID，节点ID唯一标识一个节点，长度为64‑i比特；其中，i值为正整数；初始状态下，网关节点的IPv6地址预先设置，网关节点的节点ID为0，并具有可分配地址空间[1,264‑i‑1]。
图3为本发明所述的全功能节点获取IPv6地址流程示意图。网关节点、全功能节点和部分功能节点在一跳范围内定期广播信标消息；网关节点和全功能节点信标消息负载为可分配地址空间的大小；部分功能节点信标消息负载为部分功能节点的关联节点的IPv6地址，以及部分功能节点IPv6地址的全局路由前缀；
当全功能节点X加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择信标消息负载中可分配地址空间最大的全功能节点Y获取IPv6地址以及可分配地址空间，如果全功能节点Y的可分配地址空间为[S1,E1]，其中S1和E1为正整数，那么全功能节点X根据下述步骤从全功能节点Y获取可分配地址空间以及IPv6地址：
步骤301：开始；
步骤302：全功能节点X向全功能节点Y发送全功能节点地址请求消息；
步骤303：全功能节点Y收到地址请求消息后，向全功能向节点X返回一个全功能节点地址响应消息，消息负载为将要分配的地址空间
步骤304：全功能节点X收到全功能节点地址响应消息后，将地址空间的下限作为节点ID，并与全功能节点Y的IPv6地址的全局路由前缀相结合形成自己的IPv6地址，同时获取可分配地址空间然后向全功能节点Y返回一个全功能节点地址确认消息；
步骤305：全功能节点Y收到全功能节点X返回的全功能节点地址确认消息后，更新自己的可分配地址空间为
步骤306：全功能节点X成功获取IPv6地址以及可分配地址空间；
步骤307：结束。
图4为本发明所述的网关节点绑定表项示意图。网关节点保存一个绑定表，网关节点的绑定表中的每个表项包括三个域：移动节点地址，关联节点地址，以及有效时间；网关节点的移动节点地址包括全IP无线传感器网络中所有的移动节点地址，关联节点地址包括相应表项中移动节点地址所表示的移动节点的关联节点的地址；有效时间随机器时钟自动衰减，当衰减到0时，表项自动从绑定表中删除。
图5为本发明所述的全功能节点绑定表项示意图。全功能节点的绑定表中的每个表项包括两个域：移动节点地址和有效时间；全功能节点的移动节点地址包括与本全功能节点关联的所有移动节点的地址；有效时间随机器时钟自动衰减，当衰减到0时，表项自动从绑定表中删除。
图6为本发明所述的部分功能节点获取IPv6地址流程示意图。当部分功能节点Z加入全IP无线传感器网络后，如果在规定时间内收到多个信标消息，则选择从可分配地址空间最大的全功能节点F获取IPv6地址，全功能节点F的可分配地址空间为[S2,E2]，其中，S2和E2为正整数，那么部分功能节点Z根据下述过程从全功能节点F获取IPv6地址：
步骤401：开始；
步骤402：部分功能节点Z向全功能节点F发送部分功能节点地址请求消息；
步骤403：全功能节点F收到部分功能节点地址请求消息后，向部分功能节点Z返回一个部分功能节点地址响应消息，消息负载为其最大未分配地址E2；
步骤404：部分功能节点Z收到部分功能节点地址响应消息后，将最大未分配地址E2作为节点ID，与全功能节点F的全局路由前缀结合形成自己的IPv6地址，同时将全功能节点F作为关联节点，并向全功能节点F返回部分功能节点地址确认消息；
步骤405：全功能节点F收到部分功能节点Z返回的部分功能节点地址确认消息后，将地址配置空间更新为[S2,E2‑1]，同时在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，然后向网关节点发送一个关联消息，消息负载为部分功能节点Z的IPv6地址；
步骤406：网关节点收到关联消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点Z的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点F的IPv6地址；
步骤407：部分功能节点Z获取IPv6地址以及其关联节点；
步骤408：结束；
全功能节点通过接收一跳范围内的部分功能节点来维护绑定表，并定期向网关节点发送绑定更新消息来维护网关节点绑定表；
网关节点通过绑定表来回收失效节点释放的IPv6地址资源并进行再分配。
图7为本发明所述的网络内移动切换流程示意图。如果部分功能节点X的关联节点为全功能节点Y，当全功能节点Y检测到部分功能节点X即将离开自己的通信范围时，全功能节点Y选择与部分功能节点X相对位置值最接近的全功能节点N作为部分功能节点X的下一个关联节点，如果全功能节点Y与全功能节点N在同一个全IP无线传感器网络内，那么全功能节点Y进行如下移动切换操作：
步骤501：开始；
步骤502：全功能节点Y分别向全功能节点N和网关节点G发送更新消息，其负载内容为部分功能节点X的节点ID和全功能节点N的节点ID；
步骤503：全功能节点N收到更新消息后，在绑定表中增加一条表项，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，并向全功能节点Y返回更新响应消息；
步骤504：网关节点G收到更新消息后，查找绑定表中对应部分功能节点X的表项，将关联节点地址更新为全功能节点N的IPv6地址，同时向全功能节点Y返回更新响应消息；
步骤505：全功能节点Y收到全功能节点N和网关节点G返回的更新响应消息后，将部分功能节点X对应表项从绑定表中删除；
步骤506：网关节点G收到目的地址为部分功能节点X的消息后，首先将消息路由至全功能节点N，然后全功能节点N再将数据消息转发给部分功能节点X；
步骤507：部分功能节点X收到全功能节点N的数据消息后，将关联节点更新为全功能节点N；
步骤508：结束。
图8为本发明所述的网络之间移动切换流程示意图。当部分功能节点X移动到另外一个新的全IP无线传感器网络时，那么进行网络间移动切换过程，包括以下步骤：
步骤601：开始；
步骤602：全功能节点接收到部分功能节点X的信标消息后，通过信标消息负载中的全局路由前缀判断部分功能节点X是否为本地节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤603；
步骤603：全功能节点根据部分功能节点X的关联节点的IPv6地址判断部分功能节点X在新的全IP无线传感器网络中是否获取关联节点，如果是，进行步骤608，否则进行步骤604；
步骤604：全功能节点向本地网关节点G1发送关联消息，消息负载为部分功能节点X的IPv6地址以及与部分功能节点X的距离；
步骤605：如果网关节点G1在规定时间内收到多个负载为部分功能节点X信息的关联消息，选择距离最小的全功能节点Y作为部分功能节点X的关联节点，同时在绑定表中增加一条表项；其中，移动节点地址为部分功能节点X的IPv6地址，关联节点地址为全功能节点Y的IPv6地址；然后向全功能节点Y发送一条关联响应消息，并向部分功能节点X的家乡网络的网关节点G2发送一条更新消息，消息负载均为部分功能节点X的IPv6地址；
步骤606：全功能节点Y收到关联响应消息后，在绑定表中增加部分功能节点X的表项，网关节点G2收到更新消息后，将绑定表中对应部分功能节点X的表项的关联节点地址更新为网关节点G2的IPv6地址；
步骤607：网关节点G2收到目的地址为部分功能节点X的数据消息后，首先转发给网关节点G1，网关节点G1再转发给全功能节点Y，最后由全功能节点Y发送给部分功能节点X，部分功能节点X收到数据消息后，将关联节点更新为全功能节点Y；
步骤608：结束；
部分功能节点X原来所在全IP无线传感器网络的关联节点由于在规定时间内无法收到部分功能节点X的信标消息，因此将部分功能节点X的相应表项从绑定表中删除。
图9为本发明所述的通信流程示意图。所述数据消息的链路头部包括源链路地址和目的链路地址，源链路地址值为转发该数据消息的节点的链路地址，目的链路地址值为下一跳节点的链路地址；其中，链路地址为节点IPv6地址的节点ID；数据消息的网络头部包括目的地址和最终地址；
IPv6互联网中的节点与部分功能节点X的通信过程为：
步骤701：开始；
步骤702：IPv6互联网节点发送一条获取部分功能节点X所采集信息的IPv6数据消息，此数据消息的目的地址为部分功能节点X的IPv6地址；
步骤703：此数据消息在IPv6互联网中进行路由，最后到达与目的部分功能节点X所在全IP无线传感器网络的网关节点G1；
步骤704：网关节点G1首先查看绑定表，判断部分功能节点X是否在外部网络，如果是，进行步骤705，否则进行步骤706；
步骤705：网关节点G1将数据消息发送到部分功能节点X所在网络的网关节点G2；
步骤706：对应网关节点G1或者网关节点G2用链路头部和网络头部对数据消息进行封装，其中网络头部中的目的地址设置为部分功能节点X的关联节点L的节点ID，最终地址设置为部分功能节点X的IPv6地址的节点ID，然后发送出去；
步骤707：关联节点L收到数据消息后，将数据消息发送给部分功能节点X；
步骤708：部分功能节点X收到数据消息后，处理数据消息，并将响应信息封装为响应数据消息，其中网络头部中的目的地址设置为对应网关节点G1或者网关节点G2的节点ID，最终地址设置为0，然后将数据消息发送出去；
步骤709：对应网关节点G1或者网关节点G2将数据消息中的响应信息封装为IPv6数据消息，将其发送到IPv6互联网上，最终此数据消息按照IPv6路由方式到达源IPv6互联网节点；
步骤710：结束。
综上所述，本发明提供了一种全IP无线传感器网络移动方法，此项技术可广泛用于车载网络和物联网，例如，在车载网领域，可将全IP无线传感器网络安置与车辆内，并用于检测某些参数，例如甲醛浓度，当甲醛浓度超标时，发出自动报警，从而保护司机的人身安全，同时，传感器节点将甲醛参数传给检测人员，以及时检测车辆的安全性。此外，本发明也可用于物联网，通过本发明可检测空气污染指数，并采取相应的措施保护生态环境。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。
本发明提供了一种全IP无线传感器网络移动方法的思路，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。