基于IPv6的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

時(shí)間：2021-07-25 22:19:52

關(guān)鍵字：關(guān)鍵詞 IPv6 6LoWPAN 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) Contiki 遠(yuǎn)程訪問(wèn) 實(shí)時(shí)

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[導(dǎo)讀]摘要：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)需要海量地址，將IPv6技術(shù)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可解決地址資源不足的問(wèn)題。論文采用具有6LoWPAN（IPv6 over Low Power wireless Area Network）協(xié)議棧的Contiki嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；開(kāi)發(fā)了支持6LoWPAN協(xié)議棧的IPV4/IPV6雙棧邊緣路由器，完成傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)；在教育網(wǎng)IPv6環(huán)境下搭建了基于IPv6的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器、邊緣路由器均支持基于6LoWPAN通信協(xié)議，通過(guò)瀏覽器可遠(yuǎn)程訪問(wèn)IPv6傳感節(jié)點(diǎn)并能通過(guò)管理服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)。

引言

傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，一直是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，其中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，成本低，相對(duì)有線傳輸更具有靈活性，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)管理、醫(yī)療、及工業(yè)監(jiān)控等多方面具有廣泛應(yīng)用前景。

目前大多數(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)都不是基于IP 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，要想使傳感節(jié)點(diǎn)接入IP 網(wǎng)絡(luò)，必須要專門設(shè)計(jì)一個(gè)支持其他私有協(xié)議的轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，由于網(wǎng)關(guān)固有的復(fù)雜性，協(xié)議轉(zhuǎn)換過(guò)程中很可能會(huì)破壞雙方的網(wǎng)絡(luò)模型，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署后的網(wǎng)絡(luò)管理與故障檢查方面會(huì)有很多不足。端到端IP 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層采用IP 技術(shù)，具有很好的互通性與穩(wěn)定性，應(yīng)用層可以支持多樣性的需求，相對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)具有很多優(yōu)勢(shì)，支持端到端IP 架構(gòu)的傳感網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)迎接大規(guī)?？煽貍鞲芯W(wǎng)絡(luò)的潛在發(fā)展方向。

但以 IP做基礎(chǔ)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)規(guī)模化應(yīng)用面臨兩個(gè)問(wèn)題：IPv4地址枯竭與傳感節(jié)點(diǎn)成本限制。要無(wú)限地延伸網(wǎng)絡(luò)邊界，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)融合與通信，開(kāi)展全網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)，必須要使全網(wǎng)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)層的被標(biāo)記物具有網(wǎng)絡(luò)IP地址；傳統(tǒng)IPv4地址資源即將枯竭，而 IPv6協(xié)議具有充足的地址空間，可為需要海量地址的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)[1,2]。另一方面，無(wú)線傳感網(wǎng)

絡(luò)節(jié)點(diǎn)要求體積小且成本低，并且多部署在不易取電的位置，這就要求傳感節(jié)點(diǎn)內(nèi)存資源有限，且工作低功耗 [3]。

為此，結(jié)合低功耗 802.15.4 數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議及 IPv6 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的 6LoWPAN（IPv6 over Low Power wireless Area Network）協(xié)議棧被提出，通過(guò) 6LoWPAN 適配層對(duì) IPv6 數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片和重組，完成 IPv6 網(wǎng)絡(luò)層與 802.15.4 物理層的融合 [4-6]。Contiki 是專為內(nèi)存受限的硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)開(kāi)源且集成了6LoWPAN 協(xié)議棧 [7]。

論文將采用具有6LoWPAN 協(xié)議棧的Contiki 嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；研制支持 6LoWPAN 協(xié)議棧的IPV4/ IPV6 雙棧邊緣路由器，完成傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)；在教育網(wǎng)IPv6 環(huán)境下搭建基于IPv6 的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

1 IPv6傳感網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)

在教育網(wǎng)IPv6 環(huán)境下構(gòu)建如圖 1 所示的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)由IPv6 傳感節(jié)點(diǎn)、IPv6 路由、管理服務(wù)器所構(gòu)成。本設(shè)計(jì)中，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境的溫度、濕度與光照度信息。