[发明专利]一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法

说明书

IPv6网络与ZigBee网络的通信方法，包括下行过程和上行过程；下行过程包括：SD1、检测IPv6数据报的长度；SD2、若IPv6数据报的长度超过阈值则执行SD3至SD4，反之则执行SD5；SD3、对IPv6数据报进行分片，得到若干个数据片，每个数据片包括头部信息和数据信息；SD4、将所有数据片向ZigBee网络传输；SD5、直接将数据报向ZigBee网络传输；上行过程：SU1、检测ZigBee数据报是否分片；SU2、若ZigBee数据报已进行分片则执行SU3至SU5，反之则执行SU6；SU3、将所有分片后的ZigBee数据报依次缓存入缓冲区；SU4、待所有ZigBee数据报缓存完毕后进行重组，得到IPv6数据报；SU5、将IPv6数据报向IPv6网络传输；SU6、直接将ZigBee数据报向IPv6网络传输。本发明有效改善了时延和能耗，具有良好的连通性和可行性。

技术领域

本发明涉及网关技术领域，具体的说是一种IPv6网络与ZigBee网络的通信方法。

背景技术

物联网的不断发展,使得基于802.15.4标准的无线传感器网络与IPv6网的融合越来越迫切。在诸多无线传感网技术中，ZigBee是目前主流的的无线传感器技术，由于ZigBee技术仅支持传感网内部节点间通信，无法直接与IP网互联。而作为下一代互联网核心标准[4]的IPv6，开始仅仅是为互联网通信设计的协议，并没有考虑到应用在无线传感网络中会造成的节点能耗受限和传输带宽低等问题。因此将ZigBee网络与IPv6网络融合面临着能耗、带宽、处理能力有限以及不同协议间的兼容性问题。6LoWPAN技术是当前连接Zigbee(802.15.4)和IPv6(802.3)的主要方式，6LoWPAN(IPv6 over Low WPAN)工作组通过在两种异构网络中间添加适配层的方式来完成两种异构网络的连接。

国内外科研人员提出了很多ZigBee无线传感网和IPv6网络互联的方法，总的来说，可以分为网关协议转换、网关协议承载和直接接入三种方式。

一、网关协议转换。网关协议转换的方案是在网关上面运行IPv6和ZigBee双栈协议，这种方案虽然部署方便，但是要额外投入网关硬件设备，成本较高，还需要重新设计轻量级的IPv6协议栈，且不方便IPv6用户直接寻址物联网节点。该方案存在应用的局限性。

二、网关协议承载、网关协议承载的方式又分为IPv6 over ZiBbee和ZigBee overIPv6两种。

IPv6 over ZigBee的方法是将IPv6堆栈放在ZigBee NWK层的顶部。每个ZigBee节点都被分配一个IPv6地址，IPv6 over ZigBee的关键问题是数据报大小问题(MTU仅有127字节)，由于IEEE802.15.4不支持数据报分片，此方案需要处理IPv6所需的1280字节最小传输单元。IETF于2004年成立了6LoWPAN协议工作组，专门用于解决IPv6包在IEEE 802.15.4网络上的传输的问题,它的解决方案是在802.15.4的MAC层以上新增了一个的适配层。该适配层功能是用于IPv6数据报的分片和重组，使得IPv6分组可以分成许多802.15.4帧进行传输。由于它将ZigBee堆栈丢弃，没有ZigBee NWK，因此需要对数据转发、路由结构和地址分配进行重新设计，所以这种设计在具体实现过程中仍有巨大的挑战，但仍不失是针对这两种异构网络融合的一种颇具参考价值的方案。

ZigBee over IPv6的方法是在ZigBee网络的NWK层与APL层间添加IPv6/UDP层，使与ZigBee网络通信的IPv6网络节点上虚拟出虚网络，利用隧道技术，将ZigBee网络中的数据报以负载的方式封装在IPv6数据报中，在IPv6网络中传输。这种方式最大的问题在于报文首部的压缩和数据分片，虽然Reen-Cheng Wang等人对这种基于NAT的方法进行改进，但仍旧存在基站代价高、用户透明度低等问题，而且数据的分片问题仍然未得到解决。