6LowPan將成為智能家居/辦公個(gè)人局域網(wǎng)趨勢(shì)

　　背景

　　將IP協(xié)議引入無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)一直被認(rèn)為是不現(xiàn)實(shí)的（不是完全不可能）。迄今為止，無(wú)線網(wǎng)只采用專用協(xié)議，因?yàn)镮P協(xié)議對(duì)內(nèi)存和帶寬要求較高，要降低它的運(yùn)行環(huán)境要求以適應(yīng)微控制器及低功率無(wú)線連接很困難。

　　基于IEEE 802.15.4實(shí)現(xiàn)IPv6通信的IETF 6LoWPAN［1］草案標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布有望改變這一局面。6LoWPAN所具有的低功率運(yùn)行的潛力使它很適合應(yīng)用在從手持機(jī)到儀器的設(shè)備中，而其對(duì)AES-128加密的內(nèi)置支持為強(qiáng)健的認(rèn)證和安全性打下了基礎(chǔ)。

　　IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)用于開(kāi)發(fā)可以靠電池運(yùn)行1到5年的緊湊型低功率廉價(jià)嵌入式設(shè)備（如傳感器）。該標(biāo)準(zhǔn)使用工作在2.4GHz頻段的無(wú)線電收發(fā)器傳送信息，使用的頻帶與Wi-Fi相同，但其射頻發(fā)射功率大約只有Wi-Fi的1%。這限制了IEEE 802.15.4設(shè)備的傳輸距離，因此，多臺(tái)設(shè)備必須一起工作才能在更長(zhǎng)的距離上逐跳傳送信息和繞過(guò)障礙物。

　　IETF 6LoWPAN工作組的任務(wù)是定義在如何利用IEEE 802.15.4鏈路支持基于IP的通信的同時(shí)，遵守開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他IP設(shè)備的互操作性。

　　近年來(lái)集成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)的低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（LR-WPAN）技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)。LR-WPAN是為短距離、低速率、低功耗無(wú)線通信而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，可廣泛用于智能家電和工業(yè)控制等領(lǐng)域。

　　IETF組織于2004年11月正式成立了IPv6 overLR-WPAN（簡(jiǎn)稱6LowPan）工作組，著手制定基于IPv6的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IPv6over IEEE 802.15.4，旨在將IPv6引入以IEEE 802.15.4為底層標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。其出現(xiàn)推動(dòng)了短距離、低速率、低功耗的無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。IEEE 802.15.4是LR-WPAN的典型代表，其應(yīng)用前景非常廣闊，以其為基礎(chǔ)的研究方興未艾。

　　但是，IEEE802 15.4只規(guī)定了物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制（MAC）層標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有涉及到網(wǎng)絡(luò)層以上規(guī)范，而IEEE 802 15.4設(shè)備密度很大，迫切需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。同時(shí)為了滿足不同設(shè)備制造商的設(shè)備間的互聯(lián)和互操作性，需要制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)。IPv6以其規(guī)模空前的地址空間及開(kāi)放性，對(duì)LR-WPAN產(chǎn)生7極大的吸引力。

　　IEEE 882.15.4技術(shù)概述

　　IEEE 802.15.4定義的是PHY和MAC層。

　　IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要特征：①低速率，對(duì)于2.4GHz、828MHz、915MHz 3個(gè)頻段分別對(duì)應(yīng)250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s3種速率；②低功耗，在待機(jī)模式下可使用2節(jié)5號(hào)干電池驅(qū)動(dòng)6個(gè)月以上；③低成本，一般采用硬件資源非常有限的底端嵌入式設(shè)備或更小的特殊設(shè)備；④短距離，節(jié)點(diǎn)信號(hào)覆蓋范圍有限，一般為10－100m；⑤低復(fù)雜度，比現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)低；⑥短幀長(zhǎng)，最大幀長(zhǎng)度為127字節(jié)；⑦多拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)豐富，支持星型拓?fù)浜忘c(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其混合組網(wǎng)。

　　6LowPan在智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著LR-WPAN的飛速發(fā)展及下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，6LowPan技術(shù)將廣泛應(yīng)用于智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。使人們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制、應(yīng)用成為可能。例如：在智能家居中，可將6LowPan節(jié)點(diǎn)嵌入到家具和家電中。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境的管理。

　　以家庭為單位介紹此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝。每個(gè)家庭安裝一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)、若干個(gè)無(wú)線通信6LowPan子節(jié)點(diǎn)模塊。在家庭網(wǎng)關(guān)和每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上都接一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊（符合6LowPan技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品），通過(guò)這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送。各部分結(jié)構(gòu)及功能如下：

　?。?）家庭網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)及功能：采用ARM構(gòu)架的32位嵌入式RISC處理器和uClinux操作系統(tǒng)；通過(guò)門鎖進(jìn)行自動(dòng)設(shè)防/解防；遇搶劫或疾病，按緊急按鈕，自動(dòng)向管理中心報(bào)警；每家每戶配有自己的網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù)：水、電、氣各表數(shù)據(jù)發(fā)給物業(yè)管理中心；通過(guò)以太網(wǎng)與小區(qū)管理中心通訊；通過(guò)網(wǎng)關(guān)上的無(wú)線6LowPan（IEEE802.15.4）模塊與網(wǎng)絡(luò)中各子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

　　（2）6LowPan無(wú)線通信子節(jié)點(diǎn)功能：2路脈沖量數(shù)據(jù)采集，可采集水、電、氣3表數(shù)據(jù)；2路安防傳感器開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集，可進(jìn)行設(shè)防/撤防報(bào)警、安防報(bào)警（紅外幕簾、門磁、窗磁、玻璃破碎等）；1路模擬量數(shù)據(jù)采集；1路模擬量數(shù)據(jù)輸出；1路繼電器觸點(diǎn)輸出；通過(guò)無(wú)線通信IEEE802.15.4協(xié)議及家庭網(wǎng)關(guān)通信。

　　結(jié)語(yǔ)

　　作為短距離、低速率、低功耗的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)領(lǐng)域的新興技術(shù)．6LowPan以其廉價(jià)、便捷、實(shí)用等特點(diǎn)，向人們展示了廣闊的市場(chǎng)前景。凡是要求設(shè)備具有價(jià)格低、體積小、省電、可密集分布特征，而不要求設(shè)備具有很高傳輸率的應(yīng)用，都可以應(yīng)用6LowPan技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如：建筑物狀態(tài)監(jiān)控、空間探索等方面。因此，6LowPan技術(shù)的普及，必將給人們的工作、生活帶來(lái)極大的便利。