基于6LoWPAN的传感器网络动态路由协议研究
基于IPv6的无线传感器网络技术研究
基于IPv6的无线传感器网络技术研究随着物联网技术的发展，无线传感器网络成为了新的热门技术，它可以广泛应用于智慧城市、智能家居、环境监测等领域。
其中，IPv6作为新一代互联网协议，正式成为了无线传感器网络的核心技术之一。
本文将对基于IPv6的无线传感器网络技术进行深入研究。
一、无线传感器网络概述无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分布式网络，通常用于环境监测、智慧城市等领域。
无线传感器节点通常由微处理器、传感器和通信模块组成，可以采集环境信息，并将信息传递给基站或其他传感器节点。
无线传感器网络的特点是能够进行自组织、自修复和自适应，与传统的有线网络相比，具有低成本、易部署、易维护等优点。
二、IPv6协议概述IPv6是互联网协议的新一代标准，与IPv4相比，其主要特点是地址空间更大，支持更多的网络设备连接和更多的应用场景。
IPv6还引入了许多新的特性，例如多播技术、流媒体传输、QoS等功能。
IPv6协议的地址格式为一个128位的地址，相比IPv4的32位地址更加精细，支持更多的网络设备进行连接。
IPv6支持隧道技术，可以在IPv4网络上运行，实现IPv6的兼容性，其可扩展性也更强。
三、基于IPv6的无线传感器网络技术研究由于传感器网络中节点数量众多，而且节点分布范围广泛，传统的无线通信技术不能满足其需求。
IPv6作为一种新型协议，可以很好地解决无线传感器网络中的通信问题。
1、IPv6地址配置IPv6协议中，每个节点都有一个不重复的IPv6地址，这一点对于无线传感器网络来说尤其重要。
传感器网络中节点数量较多，需要有一种自动配置的方法来分配地址。
IPv6引入了移动IPv6和无状态地址自动配置等技术，可以实现无需手动配置，在网络中进行自动地址分配。
2、IPv6通信协议IPv6协议实现了无线传感器网络中数据的传输，通过TCP/IPv6或UDP/IPv6等协议进行通信，建立起端到端的连接。
3、IPv6路由协议路由是无线传感器网络中最重要的问题之一。
基于6LoWPAN的无线传感器网络实现与性能分析
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络 的无缝 互联 。
资源有限， 要在储存器和处理器极其有 限的传感器
节 点上实 现 Ｉｖ 议 就必 须对 Ｉｖ 议 进行 精 简 Ｐ６协 Ｐ６协
收 稿 日期 ：２ １ ０ １—０ ７—１ １
基 金 项 目 ：上 海市 国 际科 技 合 作 基 金项 目（９ ０７ ３ ０ ） ０ ７ ０ １９ ０
０ 引 言
随着无 线 通信 、 集成 电路 、 感器 以及 微机 电 系 传 统 （ Ｅ ） 技术 的飞速 发展 ， 动 了低 成本 、 功 Ｍ ＭＳ 等 推 低 耗、 多功 能 的无 线 传感 器 的大 量 生 产 。无 线 传 感 器
１ ６ ｏ Ｐ Ｎ的体 系结构 Ｌｗ Ａ
为 了满足低 功耗的要求 ， 无线传感器 网络 的数据 链路层 使用 ＩＥ ０．５４标准 。ＩＥ ０ ．５ ４标 Ｅ Ｅ８２１． Ｅ Ｅ８２ １． 准设 计用 于开发 可 以靠 电池 运行 １到 ５年 的低功 率 廉价 嵌入 式设备 （ 如传 感器 ） Ｅ Ｅ８２ １． 备 。ＩＥ ０ ．５ ４设 和 Ｗｉ ｉ —Ｆ 一样运 行在 ２４ Ｈ 频 带 ， 功 率 仅约 为 ．Ｇ ｚ 但
基于IPv6的无线传感网的研究
基于IPv6的无线传感网的研究文章主要研究基于IPv6的无线传感网。
首先简单介绍了IEEE 802.15.4技术；然后引入6LowPAN，分析构建6LowPAN的技术难点和解决方案，以及将IPv6应用于无线传感网的优势；最后展望基于IPv6的无线传感网的应用前景。
【摘要】【关键词】IPv6 6LowPAN 无线传感网周洋帆 移动通信国家工程研究中心1 引言无线传感器网络（W S N，W i r e l e s s S e n s o r N e t w o r k）集信息采集、信息传输、信息处理于一体，具有广阔的应用前景，是当前无线网络领域研究的热点之一。
当需要建立一种可以连接每个传感器的无线网时，就会有相当数量的节点要接入互联网，因而需要大量的IP地址。
IPv4（Internet Protocol Version 4）越来越不能满足这种需求，而I P v6（I n t e r n e t Protocol Version 6）作为下一代网络协议，具有地址资源丰富、地址自动配置、安全性高以及移动性好等优点，可以满足低速无线个域网在地址和安全方面的需求。
IPv6与无线传感网的结合，极大地推动了无线传感网的发展。
由于6LowPAN（IPv6 over Low_rate WPAN）技术支持IPv6和无线传感器网络间的无缝连接，特别适合应用于嵌入式IPv6这一领域，它使大量电子产品不仅可以在彼此之间组网，还可以通过IPv6协议接入下一代互联网，使人们与周围环境更紧密的结合。
6LowPAN技术采用的是IEEE 802.15.4规定的物理层和MAC层，下面将简单介绍IEEE 802.15.4。
2 IEEE 802.15.4技术简介为了满足低功耗、低成本的无线网络要求，IEEE 标准委员会在2000年12月正式批准并成立了802.15.4工作组，任务就是开发一个低数据率的WPAN（Wireless Personal Area Network）标准，它具有复杂度低、成本极少和功耗很小的特点，能在低成本的设备之间进行低数据率的传输。
基于6LoWPAN的IPv6无线传感器网络的研究与实现硕士学位论文 推荐
南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
无线传感器网络（WSN）集信息采集、信息传输、信息处理于一体，具有 广阔的应用前景，是当前无线网络领域研究的热点之一。随着无线传感器网络 的应用领域不断拓展，数量巨大的传感器节点接入 Internet，使得地址空间逐渐 耗尽的 IPv4 协议难以满足无线传感器网络的需求。而 IPv6 协议所具有的 128 位巨大地址空间、内建的安全机制、移动性、即插即用等优势能很好地解决这 些问题。IPv6 协议与 WSN 的结合必将极大地推动无线传感器网络的发展。 6LoWPAN 是一种研究如何使 IPv6 协议在 LoWPAN 设备上运行的技术。本 论文旨在设计一种基于 6LoWPAN 的无线传感器网络，实现传感器网络节点与 外部 IPv6 网络直接通信。 本文首先阐述了无线传感器网络的基本概念、研究现状和发展趋势，然后 深入研究了 6LoWPAN 的技术基础：IPv6 技术和 IEEE802.15.4 协议标准。参考 6LoWPAN 发布的协议草案，对 6LoWPAN 的核心技术：适配层的详细功能， 适配层帧格式、适配层分片和重组、报头压缩、Mesh 支持进行了研究。结合 TinyOS 的系统特点，设计并实现了一个基于 TinyOS 2.0 的 6LoWPAN 星型无 线传感器网络，分析了该网络系统的整体框架，阐述了系统核心技术编程实现 方法，构建了测试环境，最后对该系统实现进行了测试。测试表明，该系统工 作正常，能够实现 WSN 网络与外部 IPv6 环境直接交换数据。
关键词：无线传感器网络，IPv6，IEEE802.15.4，6LoWPAN，TinyOS，适 配层
基于6LoWPAN的无线振动监测传感器网络的研究与应用
基于6L0W P A N的无线振动监测传感器网络的研究与应用赵春华'张毅娜b，胡恒星b，肖嘉伟b(三峡大学a.水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室;b.机械与动力学院，湖北宜昌443002)摘要:针对当前大多数机械设备运行环境复杂，人员难以接近等特点，为了能够满足机械振动信号采集的需求，设计了一 种基于6LOWPAN的无线传感器网络振动监测系统。
系统由6LOWPAN无线传感器节点、6LOWPAN网关节点、IPv6传输网 络以及互联网终端用户组成。
节点采用模块化设计，其中以自带处理器和无线通信功能的CC2630作为节点的核心，选择高 精度三轴加速度计ADXL345采集振动数据。
利用基于Contik膜作系统上的IAR开发工具设计6LOWPAN协议栈，实现了节 点间的组网，将采集到的三轴加速度振动信号通过6L0WPAN无线传感器网络传输到接入IPv6网络的互联网用户终端上，并通过实验结果验证了该系统设计能够满足机械设备的较高频率振动监测的要求。
关键词：6L0WPAN;无线传感器网络;CC2630;振动监测中图分类号：TH 23 文献标志码:A文章编号：1002-2333(2019)02-0016-05 Research and Application of Wireless V ibration M onitoring Sensor Network Based on6L0WPANZHAO Chunhuab9ZHANG Yina b,HU Hengxing b,Xiao Jiaweib(a. Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design & Maintenance; b. College of Mechanical and Power Engineering, China ThreeGorges University, Yichang 443002, China)Abstract：In view of the complex operating environment of most mechanical equipment and the difficulty of personnel access,a wireless sensor network vibration monitoring system based on6L0WPAN is designed to meet the needs of mechanical vibration signal acquisition.The system consists of a6L0WPAN wireless sensor node,a6L0WPAN gateway node,an IPv6transport network,and an Internet terminal user.The node adopts a modular design,in which the CC2630 with its own processor and wireless communication function is used as the core of the node,and the high-precision three- axis accelerometer ADXL345 is selected to collect the vibration data.The IAR development tool in the Contiki operating system is used to design the6L0WPAN protocol stack,which realizes the networking between nodes,and transmits the collected three-axis acceleration vibration signals to the Internet user terminal accessing the IPv6network through the 6L0WPAN wireless sensor network.The experimental results show that the system design can meet the requirements of higher frequency vibration monitoring of mechanical equipment.Keywords:6L0WPAN;wireless sensor network;CC2630; vibration monitoring〇引言作为未来智能工程装备监测的一部分，机械设备振 动状态的在线采集系统的建设必不可少。
关于6lopan调研讲解
6LoWPAN调研研究物联网感知层中感知信息与控制信令的网络传输问题，主要是在研究6LoWPAN 技术理论的基础上如何实现一个6LoWPAN 网络，将物联网监控终端安装在网络节点上，实现感知信息与控制信令的传输。
并确定详细的实现方案，主要包括芯片选型、相关芯片的嵌入式操作系统选择、6LoWPAN 协议栈的选择、软件实现方案等。
在确定硬件架构方案之后，需要进行底层与应用层软件的开发设计，最终完成6LoWPAN 的无线传感器网络，实现端到端支持的感知信息与控制信令的双向链路。
6LoWPAN，即基于IPv6的低功耗无线个域网，是一个在低功耗个域网(例如IEEE802.15.4网络)中传输IPV6数据包的协议。
这个协议的提出来源于一个很简单的想法:随着网络技术的发展，即使米粒大小的设备也应该具备接入互联网的能力。
6LoWPAN的目标是定义一个适配层，负责让IPV6的数据包能够在底层的IEEE802.15.4网络中传输。
然后，为了实现6LoWPAN 网络节点接入互联网的目标，拟设计一个嵌入式物联网网关。
一方面要让网关具备网络监控功能，具体方案就是实现一个Qtopia操作界面来实现网络的本地化管理；另外一方面要让支持网关HTTP 协议并开发Web 应用程序，让用户可以通过Web 网站方式远程监控6LoWPAN 网络中的节点。
一．协议栈的设计6LoWPAN 协议栈参考模型如图1-1所示，由该模型可以清晰的看到6LoWPAN 技术最核心的思想：6LoWPAN 架构于IEEE802.15.4 协议标准的物理层和MAC 层之上，在网络层与MAC 层之间加入了适配层(6LoWPAN AdaptationLayer)，网络层采用的是IETF 规定的IPv6 协议，传输层、应用层与传统的互联网中的TCP/IP 协议一样。
采用这样的协议结构就能使得每一个无线传感器节点都与下一代IPv6 互联网端到端的无缝连接。
图1-1 6LoWPAN协议模型与TCP/IP协议的对比1.适配层报文分片重组功能IEEE 802.15.4 的MAC 层留给上层的报文长度仅剩下81 个字节，而IPv6 的最小MTU（Maximum Transmission Unit, 最大传输单元）是1280 个字节。
基于6LoWPAN的无线传感网络网关设计与实现
基于6LoWPAN的无线传感网络网关设计与实现李伟勤;李新献;施岱松【期刊名称】《微计算机信息》【年(卷),期】2012(000)009【摘要】Wireless sensor network(WSN) is a standards multi-hop wireless network protocol based on IEEE802.15.4 that does not support IPv6 protocol.In order to integrate WSN and IPv6 networks to achieve the interconnection between heterogeneous WSN,6LoWPAN IEEE802.15.4 defines how IPv6 packets transmitted on the network,but that does not support the WSN nodes and end to end IP network interconnection devices.The design of the WSN gateway enables network and IPv6 hosts through the IPv6 protocol for real-time interaction.Proved by experiments Benwang off can be achieved in different network nodes and IPv6 hosts WSN communication between the WSN nodes allows IPv6 hosts to read data and trigger the corresponding action.%无线传感器网络（WSN）是基于IEEE802.15.4标准的一个无线多跳网络协议标准,它本身并不支持IPv6协议。
基于6LoWPAN的传感器网络动态路由协议研究
维普资讯
第 １ 第 ６期 ８卷
２０ ０ ６年 １ ２月
重 庆邮电学院学报 （ 自然 科 学 版 ） Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈ ｎｑｎ ｎｖｒ ｔ ｏ ｏｔ ａ ｄＴ ｌ ｏ ｏ ｒａ ｏ ｏ ｇｉｇＵ ｉｅｓ ｙ ｆ ｓｓ ｎ ｅ ｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎ （ ａｕａ Ｓ ｉ ｃ ） Ｃ ｉ Ｐ ｅ ｎｃ ｉ ｓＮ ｔｒｌ ｃ ｎｅ ａｏ ｅ
６ ｏ Ｐ Ｌ Ｗ ＡＮ ［ （ Ｐｖ ｖ ｒ ｌｗ ｏ ｒ Ｗ Ｐ ２ Ｉ ６ ｏ ｅ ｏ ｐ ｗｅ ３ ＡＮ ）
Ｉ Ｅ ８ ２ １ ＡＮ 工 作 组 第 ４小 组 在 ２ ０ Ｅ Ｅ ０ ． ５ ＷＰ ０３ 年 发 布 了 Ｉ Ｅ ８２ １． Ｅ Ｅ ０ ． ５ ４标 准 ， 标 准 作 为 低 速 率 该 无 线个 域 网 的 ＭＡＣ Ｐ ／ ＨＹ 标 准 ， 用 直 接 序 列 扩 采 频 （ Ｓ Ｓ 技 术 ， 理 层 工 作 频 段 为 ８ ８ ＭＨｚ ９ ５ Ｄ Ｓ） 物 ６ ， １ ＭＨｚ ２ ４ＧＨｚ全球 ＩＭ 频 段 ， 最 高 支持 速 率 和 ． Ｓ 其 为 ２ ０ｋ ｉ ｓ 通 信距 离在 ｌ ～ １ ０ｍ 之 间 ， 时在 ５ ｂｔ ， ／ Ｏ ０ 同 每 个环 节都 考 虑 了降 低 能 耗 的 问题 ， 此 目前 大 多 因 采 用该 标准 作 为低 速 率 、 功 耗 和 短 距 离传 输 应 用 低 领 域 的底层 标准 。
基于6LoWPAN的无线传感器网络路由协议
收稿日期:2009-02-06;修回日期:2009-03-24 基金项目:中国博士后科学基金资助项目(20090451217);江苏省自然科学基金资助项目(BK2009133)作者简介:王晓喃(1973-),女,沈阳人,博士后,研究方向为计算机网络协议与应用(wxn_2001@163.co m ).基于6LoWPAN 的无线传感器网络路由协议*王晓喃1,2,钱焕延2,唐振民2(1.常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏常熟215500;2.南京理工大学,南京210094)摘 要:提出了一种基于6Lo W P AN 传感器网络的路由协议,对协议中适配层的设计、传感器网络的路由实现以及精简I Pv 6报文头部等过程进行了阐述。
在网络模拟环境下对本协议与M esh 路由协议的数据包接收率、平均延迟时间以及平均消耗能量等性能参数进行了比较分析。
实验数据表明,本协议具有更好的性能。
关键词:传感器网络;任播;路由;协议中图分类号:TP393104 文献标志码:A 文章编号:1001-3695(2009)10-3881-02do:i 10.3969/.j issn .1001-3695.2009.10.081R outi ng protoco l for w irel ess sensor net w orks based on 6Lo WPANW ANG X i ao -nan 1,2,Q IAN H uan -yan 2,TANG Zhen -m i n 2(1.S c hool of C o mputer S cience&E ngineeri ng,Changshu In stit u t e of Technol ogy,Changshu J i angsu 215500,Ch i na;2.Nanjing Un i versit y o f S cience&Tec hn ology,Nanj i ng 210094,Ch i na )Abstract :This paper proposed a 6Lo WPAN rou ting protocol f orw irel ess sensor net w orks and expounded t he desi gn of adop -tion layer ,the process of ho w the sensor net work routes data packets ,and the sm i plifi cati on of I Pv6header .In a net work sm i u l ation environ ment co mpared and analyzed the perf or mance para m eters of the prot ocol andM esh ,incl ud i ng packet reception rate ,average del ay tm i e and average consu m i ng -energy .The experm i ental data de monstrate that the perfor m ance of t he protocol is better t han t he one ofM es h ,wh i ch proves t he protocol .s vali dity and correctness .Key words :sensor net work ;anycas;t routi ng ;protocol1 6Lo WPAN 体系结构6L o W PAN 的目标就是在IEEE 802.15.4MAC 层上构建IPv6协议栈,使传感器网络能够平滑地连接到IP v6Interne t 。
基于6LOWPAN传感器网关设计
基于6LOWPAN传感器网关设计目前IEEE 802．15．4 已成为针对低功耗、低数据速率、低可靠性的通用标准。
如ZigBee、WirelessHART 等在物理层和MAC 层均采用IEEE 802．15．4 标准，但在网络层它们采用各自定义的协议，不能实现网络层的互联。
且无线传感器网络一般采用自定义的通信地址，地址数量有限，仅在单个无线网络内有效。
而IPv6 具有充足的地址空间，IPv6 所具有的特性较好地满足物联网应用需求，是物联网大规模发展的基础性保证。
因此，物联网采用IPv6 协议实现其广泛互联通成为必然趋势。
IETF 成立了3 个工作组进行低功耗IPv6 网络方面的研究，旨在将IPv6 与资源受限的无线网络无缝连接。
文中对基于6LoWPAN 的无线传感器网络以及IPv6 网络进行了研究，主要目标在于设计和实现一种基于6LoWPAN 的传感器网关。
实现6LoWPAN 无线传感器网络与IPv6 有线网络之间互联，建立一种能普遍应用的系统平台架构，并在软硬件上进行实现和应用。
1 研究概况将IPv6 技术引入无线传感网络可便于实现与IPv6 有线网络设备端对端的通信，提高了转发效率，增强了安全性。
文献中提出了IPv6 无线传感器网络体系结构，旨在实现IPv6 技术与无线传感器网络技术的融合，并讨论了采用网关接入方式，实现无线传感器网络与现有网络的互联。
对于传感器网关架构的研究，有3 种不同的设计思想。
一是文献设计的网关，客户端通过采用Web 技术获取无线传感器节点的数据信息。
这类解决方案的缺点是使用专有的协议连接传感器节点，相当于在无线传感器网络与Internet 之间放置了代理服务器，并不能实现客户端与传感器节点直接通信；二是文献设计的网关，是基于具体应用而设计的，描述了在该应用场景下网关的信息交互，并未涉及网关的软硬件设计；三是文献设计的基于6LoWPAN 的无线传感器网关架构。
文献提出了基于6LoWPAN 的无线传感器网关架构，实现6LoWPAN 无线传感器网络短地址与IPv6 地址之间直接转换，分析了数据包的传输过程，但未涉及网关的软硬件设计；文献实现IPv6 无线传感器网络的端到端通信，但也没有对网关的软硬件设计进行论述；文献虽着重于网关的软硬件设计，但未对网关及整体系统的性能进行分析。
一种6LoWPAN无线传感器网络移动协议
６ Ｌ ｏ ＷＰ Ａ Ｎ网络地 址分层 结构及 地址 配置算 法 。基 于提 出的 ６ Ｌ ｏ ＷＰ Ａ Ｎ 网络 体 系结构 ， 提 出了６ Ｌ ｏ ＷＰ Ａ Ｎ 网络 内 与 网络之 间的移 动切换 协议 。在移 动过程 中， 移动 节点无 须转 交地 址 ， 即移 动切 换过 程 无 须 为移 动节 点 配置 转
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｆ ０ ｒ ６Ｌｏ Ｗ ＰＡＮ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋｓ ． Ｆｉ ｒ ｓ ｔ ， ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ６ Ｌ０ Ｗ ＰＡＮ ｎ ｅ ｔ — ｗｏ ｒ ｋ ａ ｒ ｃ ｈｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ． ａ ｎ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｂｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ Ｐｖ ６ ａ ｄ ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ａ ｄｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｏ ｎ ｉ— ｆ ｇ ｕｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｆ ０ ｒ ６Ｌｏ Ｗ ＰＡＮ ＷＳ Ｎ． Ｔｈｅ ｎ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｒ ｃ ｈｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕｒ ｅ， ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ — ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ — ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ
交地 址 ， 也无 须进行 转 交地 址 注册 ， 因此 降 低 了移 动切 换 代 价 和延 迟 。从 理论 和 仿 真 两 个 角度 对 ＭＩ Ｐ ｖ ６ 、 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ －
基于6LoWPAN的IPv6无线传感器网络
第34卷第1期2010年2月南京理工大学学报(自然科学版)Journal of Nanjing University of Science and Technol ogy (Natural Science )Vol .34No .1Feb .2010 收稿日期:2009-07-09 修回日期:2009-12-23 作者简介:向浩(1988-),男,硕士,主要研究方向:信息管理与信息系统,E 2mail:bandaodiehe@sina .com;通讯作者:袁家斌(1968-),男,博士,教授,主要研究方向:信息安全,E 2mail:jbyuan@nuaa .edu .cn 。
基于6L oW PAN 的I Pv6无线传感器网络向 浩1,李 堃2,袁家斌2(1.北京科技大学信息工程学院,北京100083;2.南京航空航天大学信息科学与技术学院,江苏南京210016)摘 要:I Pv6不能直接构建于I EEE802.15.4网络上,为了实现I Pv6over I EEE802.15.4,该文对6Lo W P AN 的核心技术即适配层帧格式、适配层分片和重组、Mesh 支持、报头压缩等进行了深入的研究,并结合Tiny OS 的系统特点,设计和实现了一个基于Tiny OS 2.0的6Lo W P AN 无线传感器网络。
阐述了该网络系统的设计方案,构建了测试环境,并对该系统的实现进行了测试分析。
测试结果表明,该系统工作正常,能够实现W S N 与外部I Pv6环境直接交换数据的目标。
关键词:无线传感器网络;I Pv6;I EEE802.15.4;6Lo W P AN;Tiny OS;适配层;报头压缩中图分类号:TP 393 文章编号:1005-9830(2010)01-0056-05I Pv6W i reless Sensor Network Based on 6Lo W PANX I A NG Hao 1,L I Kun 2,Y UAN J ia 2bin2(1.School of I nf or mati on Engineering,University of Science and Technol ogy Beijing,Beijing 100083,China;2.Research I nstitute of I nf or mati on Science and Technol ogy,Nanjing University of Aer onauticsand A str onautics,Nanjing 210016,China )Abstract:I EEE802.15.4net w ork p r operties deter m ine that I Pv6can not be directly built on I EEE802.15.4.I n order t o achieve I Pv6over I EEE802.15.4,this paper describes the 6Lo W P AN core technol ogies:the fra me f or mat,the frag mentati on and reasse mbly of the adap tati on layer,Mesh support and header comp ressi on .Co mbining the Tiny OS ’features,a 6Lo W P AN p2p net w ork based on Tiny OS 2.0is designed and i m p le mented .The i m p le mentati on details of the 6Lo W P AN p2p net 2work are p resented as f oll ows:the fra me work of the net w ork,the establishment of the syste m ’s core technol ogies and the design of the syste m buffers .An envir on ment t o test the 6Lo W P AN net w ork is designed .The test results show that the syste m works well and can i m p le ment the target that the W S N exchanges data directly with the external I Pv6net w ork .Key words:wireless sens or net w ork;I Pv6;I EEE802.15.4;6Lo W P AN;Tiny OS;adap tati on lay 2ers;header comp ressi on总第170期向 浩 李 堃 袁家斌 基于6Lo W P AN的I Pv6无线传感器网络 无线传感器网络在工业、农业、军事、环境、医疗、交通等领域具有广泛的应用。
关于6lopan调研
6LoWPAN调研研究物联网感知层中感知信息与控制信令的网络传输问题，主要是在研究6LoWPAN 技术理论的基础上如何实现一个6LoWPAN 网络，将物联网监控终端安装在网络节点上，实现感知信息与控制信令的传输。
并确定详细的实现方案，主要包括芯片选型、相关芯片的嵌入式操作系统选择、6LoWPAN 协议栈的选择、软件实现方案等。
在确定硬件架构方案之后，需要进行底层与应用层软件的开发设计，最终完成6LoWPAN 的无线传感器网络，实现端到端支持的感知信息与控制信令的双向链路。
6LoWPAN，即基于IPv6的低功耗无线个域网，是一个在低功耗个域网(例如IEEE802.15.4网络)中传输IPV6数据包的协议。
这个协议的提出来源于一个很简单的想法:随着网络技术的发展，即使米粒大小的设备也应该具备接入互联网的能力。
6LoWPAN的目标是定义一个适配层，负责让IPV6的数据包能够在底层的IEEE802.15.4网络中传输。
然后，为了实现6LoWPAN 网络节点接入互联网的目标，拟设计一个嵌入式物联网网关。
一方面要让网关具备网络监控功能，具体方案就是实现一个Qtopia操作界面来实现网络的本地化管理；另外一方面要让支持网关HTTP协议并开发Web 应用程序，让用户可以通过Web 网站方式远程监控6LoWPAN 网络中的节点。
一．协议栈的设计6LoWPAN 协议栈参考模型如图1-1所示，由该模型可以清晰的看到6LoWPAN 技术最核心的思想：6LoWPAN 架构于IEEE802.15.4 协议标准的物理层和MAC 层之上，在网络层与MAC 层之间加入了适配层(6LoWPAN AdaptationLayer)，网络层采用的是IETF 规定的IPv6 协议，传输层、应用层与传统的互联网中的TCP/IP协议一样。
采用这样的协议结构就能使得每一个无线传感器节点都与下一代IPv6 互联网端到端的无缝连接。
图1-1 6LoWPAN协议模型与TCP/IP协议的对比1.适配层报文分片重组功能IEEE 802.15.4 的MAC 层留给上层的报文长度仅剩下81 个字节，而IPv6 的最小MTU（Maximum Transmission Unit, 最大传输单元）是1280 个字节。
基于6lowpan分层路由协议的分析与优化
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万方数据
ABSTRACT
ABSTRACT
IEEE published the first version and second version of Low-Power Wireless Personal Area Network at 2003 and 2006.This protocol provided base standard for low-power,low transport range devices.Base the mechanism of LR-WPAN IETF design the 6lowpan which successfully make traditional wireless sensor network devices could communicate with IP devices,lead to the seamless connection between wireless sensor network and traditional internet.In our work ,the analysis of 6lowpan protocol stack is from down to top .
1.4.1 本文主要内容 ................................................ 4 1.4.2 本文结构 .................................................... 4 1.5 小结 ............................................................ 5 第二章 IEEEE 802.15.4/6lowpan 简介................................... 6 2.1 IEEE 802.15.4 简介 ............................................... 7 2.1.1 物理层标准 .................................................. 7 2.1.2 设备节点 .................................................... 7 2.1.3 拓扑结构 .................................................... 8 2.1.4 通信方式 .................................................... 8 2.1.5 超帧结构 .................................................... 9 2.1.6 CSMA/CA 工作原理 ............................................ 10 2.2 6lowpan 简介 .................................................... 12 2.3 6lowpan 网络组建过程研究 ........................................ 13 2.3.1 信道扫描原语序列 ........................................... 14 2.3.2 节点组建 PAN 网络 ........................................... 16 2.3.3 节点加入 PAN 网络 ........................................... 16 2.4 6lowpan 动态地址分配 ............................................ 19 2.5 6lowpan 多跳路由 ................................................ 20 2.6 小结 ........................................................... 21
无线传感器网络路由协议分析以及在6LoWPAN的应用
１３科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.15.013无线传感器网络路由协议分析以及在6LoWPAN的应用①周虹(湖南网络工程职业学院 湖南长沙 410004)摘 要：最近几年，国家将“互联网+”定为国家发展战略的一个重要项目，制定很多的扶持政策。
在《2018年政府工作报告》《2016—2017年中国物联网年度报告》等重要文件中都提到了很多的科技热点，其中就有很多应用领域中提到“互联网+”和网络信息惠民等其他智慧城市领域的关键技术。
作为“互联网+”重要的技术基础，物联网无线传感器网络技术也必须满足发展所需。
在无线传感网络中，6LoWPAN网络作用十分显著，可以解决无线网络中很多的问题。
6LoWPAN网络可以支持IPv6协议，而且可以解决IP地址空间小的缺陷，还能和现有的网络实现互相联通。
关键词：无线传感器 路由协议 6LoWPAN 中图分类号：TN929.5;TP212.9文献标识码：A文章编号：1672-3791(2019)05(c)-0013-03①作者简介：周虹（1980—），女，汉族，湖南长沙人，硕士，副教授，从事网络方向教育与研究。
经过多年的发展，现在无线传感网络已经能够真正应用于实践中，而且已经被使用在很多的领域，在军事和环境监测方面担任着非常重要的角色，同时还在天文领域、预报洪水、监测森林火灾等诸多领域得到应用。
IPv6可以为无线传感网络提供多方面的支持，而且该网络也可以促进IPv6的应用，在未来的发展中它们会实现更多功能的互联和融合。
随着通信的发展以及“互联网+”等领域的发展，互联也是二者必然发展的趋势。
6LoWPAN网络是一种依据IPv6标准的技术，具有很多的优点。
首先是无线低功耗，其消耗能量少；其次就是可以自组织网络，其对于物联网感知层、无线传感网络非常的重要，能够提供关键技术支持。
6LoWPAN路由协议研究与优化的开题报告
6LoWPAN路由协议研究与优化的开题报告一、题目6LoWPAN路由协议研究与优化二、研究背景和意义6LoWPAN是一种适用于网络边缘设备的通信协议，它将IPv6协议栈缩小到适合嵌入式系统使用的大小，并且能够在无线网络中传递IPv6数据包。
由于6LoWPAN协议的特殊性，它具有以下特点：1. 小型尺寸：适用于边缘设备的RAM与ROM都非常有限，因此，6LoWPAN协议需要保持尽可能小的尺寸。
2. 低功耗：边缘设备需要长时间运行，因此，6LoWPAN协议需要使能边缘设备在活跃和休眠之间切换以节省电力。
目前，6LoWPAN已经成为了工业互联网的通信标准，但是6LoWPAN存在着一些问题：1. 低效率：由于6LoWPAN协议需要在IPv6数据包和802.15.4中转化，因此导致了传输的低效率。
2. 网络拓扑结构不固定：由于设备的移动性和网络的拓扑结构的不确定性，6LoWPAN网络的拓扑结构可能会发生改变，这会对路由协议的设计和优化造成一定的难度。
因此，本次研究旨在深入研究6LoWPAN路由协议，以提高6LoWPAN网络的传输效率和稳定性。
三、研究内容1. 深入研究6LoWPAN路由协议的原理、流程和优化方法。
2. 设计和实现6LoWPAN的路由协议，测试协议的性能和稳定性。
3. 在6LoWPAN路由协议中使用机器学习、智能优化等技术，提高6LoWPAN网络的传输效率和稳定性。
四、预期成果1. 深入掌握6LoWPAN路由协议的原理和实现方法。
2. 设计并实现6LoWPAN的路由协议，完成协议的性能和稳定性测试。
3. 提出并实现6LoWPAN路由协议的优化方法，改善6LoWPAN网络的传输效率和稳定性。
五、研究方法和技术路线1. 采集6LoWPAN网络的数据。
2. 对6LoWPAN路由协议的工作机制、流程进行分析和研究。
3. 设计和实现6LoWPAN的路由协议。
4. 对6LoWPAN路由协议的性能和稳定性进行测试和评估。
基于6LoWPAN的无线传感器网络路由协议
基于6LoWPAN的无线传感器网络路由协议
王晓喃;钱焕延;唐振民
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2009(026)010
【摘要】提出了一种基于6LoWPAN传感器网络的路由协议,对协议中适配层的设计、传感器网络的路由实现以及精简IPv6报文头部等过程进行了阐述.在网络模拟环境下对本协议与Mesh路由协议的数据包接收率、平均延迟时间以及平均消耗能量等性能参数进行了比较分析.实验数据表明,本协议具有更好的性能.
【总页数】3页(P3881-3882,3887)
【作者】王晓喃;钱焕延;唐振民
【作者单位】常熟理工学院,计算机科学与工程学院,江苏,常熟,215500;南京理工大学,南京,210094;南京理工大学,南京,210094;南京理工大学,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.04
【相关文献】
1.基于6LoWPAN的传感器网络动态路由协议研究 [J], 王利国;张宏科
2.基于6LoWPAN的RPL路由协议研究 [J], 李树军
3.基于信标帧的6LoWPAN无线传感器网络构建机制 [J], 王栋;王晓喃
4.基于6Lowpan的rpl路由协议的研究与优化 [J], 冷其澎;桑国明
5.无线传感器网络路由协议分析\r以及在6LoWPAN的应用 [J],
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6LoWPAN无线传感器网络地址配置方案
6LoWPAN无线传感器网络地址配置方案王晓喃;钱焕延【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2012(38)11【摘要】This paper proposes an IPv6 address auto-configuration scheme for SLoWPAN Wireless Sensor Network(WSN). In the scheme, the transmission scope of the control packets is controlled within one-hop scope and the scheme neither records the address allocation status nor performs the duplicate address detection, so the address configuration cost is reduced and the address configuration delay is shortened. Based on die proposed IPv6 address structure, the paper proposes the address recovery algorithm. From the perspectives of the address configuration cost and address configuration delay, the paper analyzes and compares the performance parameters of the proposed scheme and the existing schemes, including MANETConf, Strong DAD and US AA. Performance analytical results prove the feasibility and the efficiency of the proposed scheme.%提出一种6LoWPAN无线传感器网络IPv6地址自动配置方案.将节点申请地址控制信息的传输范围控制在一跳范围内,无需记录地址分配状态与进行地址重复检测,以降低地址配置功耗,缩短地址配置时间.基于IPv6地址结构,给出节点失效时的地址回收算法.该方案从地址配置代价及地址配置延迟时间等方面与MANETConf方案、Strong DAD方案及LISAA方案的性能参数进行比较分析,结果验证了该方案的可行性和高效性.【总页数】2页(P94-95)【作者】王晓喃;钱焕延【作者单位】常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏常熟215500;南京理工大学计算机科学与技术学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.6LoWPAN无线传感器网络移动管理方案 [J], 王晓喃;钱焕延2.基于簇树的6LoWPAN无线传感器网络构建方案 [J], 王晓喃3.6LoWPAN无线传感器网络有状态地址配置方案 [J], 王晓喃;钱焕延4.6LoWPAN无线传感器网络无缝移动切换方案 [J], 王晓喃;钱焕延5.基于簇的全IP无线传感器网络地址配置方案 [J], 窦正雄; 王晓喃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第18卷第6期重庆邮电学院学报(自然科学版)Vol.18 No.6 2006年12月Journal of C hongqing University of Posts and Telecom munications(Natural Science)Dec.2006文章编号:1004 5694(2006)06 0740 04 基于6LoWPAN的传感器网络动态路由协议研究*王利国,张宏科(北京交通大学电子信息工程学院,北京100044)摘 要:无线传感器网络已经成为当今的热门研究领域之一,而如何将IPv6与传感器网络结合也成为其中的一个重要议题。
IET F成立的6L oW PA N工作组,专门从事基于IEEE802.15.4标准的I Pv6协议栈研究工作,从而构建新型的无线传感器网络,其中路由协议是其研究的重要内容之一。
对目前提出的两类6Lo WP AN网络动态路由协议(M esh结构与分级结构)进行了研究。
关键词:IP v6;无线传感器网络;6L oW PA N;路由协议中图分类号:T P393 文献标识码:A0 引 言传感器网络是近年来多学科交叉的热点研究领域,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术及无线通信技术等,能够通过各类集成化的微型传感器构成的WPAN(无线个人区域网)协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,可应用于家庭网络化、工业监控、军事侦察和环境监测等领域。
一方面考虑到传感器对于低功耗的要求,所以在组网时通常采用IEEE802.15.4[1]标准,该标准适用于低速率、低功耗、低成本的嵌入式设备无线通信应用,所以目前的传感器网络多以该标准为基础构建.另一方面鉴于未来传感器网络将面临十分广泛的应用,今后传感器设备接入Internet的数量将十分巨大。
为了实现端对端的远程控制,就要为每个设备分配一个IP地址,这必然会进一步加速目前IPv4地址的消耗,而IPv6将地址空间扩展到了2128,即地球每平方米就可提供6.67 1023个地址。
这样可以保证未来的所有设备都可获得自己惟一的地址,从而实现端到端的应用与安全。
此外,IPv6的地址自动分配机制更是简化了网络的配置过程,所以将IPv6融入传感器网络是一种趋势。
它一方面可以加强传感器网络的移动性、安全性及与Internet的互通性,另一方面这也被看作IPv6在下一代互联网中的杀手级!应用,从而加快IPv6的部署。
6LoWPAN[2](IPv6ov er low pow er WPAN)是一种在IEEE802.15.4标准基础上传输IPv6数据包的网络体系结构,可用于构建传感器网络。
本文对6Lo WPAN路由协议进行了研究和分析。
1 6LoWPAN简介IET F于2004年11月成立6LoW PAN工作组,规定其MA C/PH Y层协议采用IEEE802.15.4标准,上层则采用T CP/IPv6协议栈,通过路由协议构建起多跳的6LoWPAN网络。
1.1 IEEE802.15.4简介IEEE802.15WPAN工作组第4小组在2003年发布了IEEE802.15.4标准,该标准作为低速率无线个域网的M AC/PH Y标准,采用直接序列扩频(DSSS)技术,物理层工作频段为868M H z,915 M H z和2.4GH z全球ISM频段,其最高支持速率为250kbit/s,通信距离在10~100m之间,同时在每个环节都考虑了降低能耗的问题,因此目前大多采用该标准作为低速率、低功耗和短距离传输应用领域的底层标准。
1.2 6LoWPAN体系结构ZigBee联盟作为全球性的商业组织也在进行传感器网络协议的研究,并且已于2004年底正式发布了其第一个技术规范。
与ZigBee协议相比, 6LoW PAN体系结构的优势在于IP网络标准的开放性以及各种基于IP的成熟技术。
随着市场需求和技术的不断进步,IPv6技术逐渐成熟,成为下一代互联网技术标准。
IPv6拥有丰富的地址空间,支持自动地址配置,提供更好的移动性、安全性和QoS,协议可靠灵活。
采用6LoWPAN体系结构来构建无线传感器网络,能够更平滑地连接到Inter net。
但是,传感器设备不同于通用计算机,它的资源(CPU运算速率、内存、接口类型等)有限,并且往往只执行特定的功能,所以要在这些设备上实现完整的TCP/IPv6协议栈是不可能的,必须对协议栈进行修改[3]。
图1给出了整个6LoWPAN的体系结构。
由于IPv6数据包支持的最小字节数(1280 byte)要远大于IEEE802.15.4一个帧所能包含的*收稿日期:2006 05 29 修订日期:2006 09 06基金项目:国家自然科学基金(60473001);国家科技部创新基金(03c262Z1100797)作者简介:王利国(1982 ),男,山西大同人,教授,博士,博士生导师,主要研究方向为I Pv6路由技术,下一代互联网(N GI)关键技术,E mail:co mneu@gmail.co m。
图1 6L o WP AN 体系结构Fig.1.6Lo WP A N A r chit ecture字节数(127byte),因此在6Lo WPAN 体系结构中引入了一个适配层。
该层主要用来完成包头压缩、数据分片等功能。
此外,与运行在传输层之上的Ad ho c 路由协议不同,6LoWPAN 的路由协议也是在适配层实现的。
26LoWPAN 动态路由协议在已经提出的6LoW PAN 动态路由协议中,主要有M esh(网状)路由和分级式路由2类。
前者利用路由表查找下一跳节点地址从而转发数据。
后者则依靠事先定义的动态地址分配算法来实现数据转发。
两者都运行于6Lo WPAN 体系结构的适配层,并且在网内多跳地转发数据时都使用图2给出的一段域。
其中, S !占用1bit,其值为1时表示后面的 发起节点地址!和 最终目的节点地址!都使用16位短地址,为0时表示都使用EU I 64位扩展地址。
剩余跳数!占用7bit,表示报文传输过程中剩余的转发跳数。
载荷!包含各种IPv6报文。
图2多跳网络传输域F ig.2M ulti hop transfer field2.1 Mesh 路由协议考虑到6LoWPAN 的自组网特性和嵌入式设备的有限资源,M esh 路由协议通常参考和修改传统Ad ho c 网络中的路由协议[4]。
而传统的Ad hoc 路由协议运行于传输层之上,在构造路由报文时,要依次经过传输层、网络层和数据链路层的封装,最后在物理层发送出去。
如果在6LoWPAN 中照搬这样的模型并完全依靠IPv6地址查找路由,会带来下面的问题:∀即使在传输层采用占用字节较少的UDP 包头并且网络层的IPv6没有任何扩展包头的情况下,这2项包头也要消耗48byte 的地址空间,这对于只有127by te 大小的802.15.4帧来说是一个不小的开支;#设备节点接收到数据包后要依次经过数据链路层、网络层和传输层的多层帧(包)头处理,这样就加重了资源有限的传感器节点的负担,缩短了其使用寿命。
为解决以上问题,6LoWPAN 体系结构使用链路层地址来实现网内的路由查找和报文转发。
IEEE 802.15.4标准提供了2种链路层地址:16位短地址和EU I 64位扩展地址,两者都能为同一个WPAN 内的每个节点提供惟一标识。
由于采用链路层地址,路由协议也相应地在网络层之下的适配层(见图1)实现。
建立好路径后,如果目的节点不在邻居列表中时,那么在IPv6包头前附加图2中的多跳网络传输域,即可实现多跳转发。
通过使用16位短地址或EU I 64位扩展地址,6LoW PAN 中的路由协议不再完全依赖于IPv6地址(当网内的节点与Inter net 上的主机进行端对端通信时,才会使用IPv6地址)。
这样做的好处有以下3点:∀路由协议在适配层实现,免除了网络层和传输层的封装,减少了封装包头,提高了报文利用率;#转发节点只需要在适配层对报文进行处理和转发,在降低节点功耗的同时提高了其处理路由报文的速度;∃由于在6LoWPAN 网络内传输报文时不需要IPv6地址,所以在分片后不需要使每个分片报文都包含IPv6包头,这样就提高了分片报文的利用率。
另外,在节点接收到IPv 6包头经过压缩的报文时,不需要对包头进行解压就可以根据链路层地址处理和转发。
从以上几点可以看出,在适配层实现路由协议可以更好地适应功耗有较高要求的网络。
现有M esh 结构路由协议主要包括DYM O low [5]和Lo WPAN AODV [6],两者都属于按需式的路由协议,所谓按需路由就是当源节点要发送数据而路由表中没有所需要的路由表项时,通过广播RREQ(ro ute request)报文来查找目的节点,每个收到RREQ 的节点都会建立一条到源节点的反向路由,当目的节点收到该RREQ 后就会按照已经建立的反向路由向源节点单播回一个RREP(ro ute re ply)报文,每个收到RREP 报文的节点会建立一条到目的节点的路由,直到源节点收到该RREP 后,一条所需的路由就建立起来了(如图3所示),然后再将数据发送出去。
每条路由都有一定的存活期限,当发送或接收数据时存活期限会被更新,重新计时,如果超时就会被标示为无效。
当节点发现链路错误或电量不足时,会用到RERR(route error)报文。
为了防止形成路由环路,在算法上设计了重复报文检测:当节点收到RREQ 后首先检查报文中的源节点地址和RREQ_ID,如果已经处理过则直接丢弃;如果没有处理过则首先记录在RREQ 列表中,然后继续处理。
另外,每次广播RREQ 都可能经过不同的路径到达目的节点,通常的算法是选取跳数最少的那一条。
还有,因为在按需路由的过程中,建立的是一条双向的路径,所以在发现断开链路后可以反向地向源节点发送一个RERR 报文。
以上是在6LoWPAN 内部节点间按需路由时的流程与算法。
而当内部节点要与Internet 上的主机之间的通信时,首先要根据链路层地址寻找到达网关的路径,将数据发送至网关,然后再由网关根据IPv 6地址把数据转发到Internet 上的主机。
%741%第6期 王利国,等:基于6Lo WP AN 的传感器网络动态路由协议研究图3 按需路由查找F ig.3O n demand r oute request2.2分级式路由协议6LoWPAN 中的分级式路由协议与Mesh 路由协议一样,也是运行在适配层,利用链路层地址转发数据。
不同的是分级路由时,使用动态分配的16位短地址,并根据事先确定的地址分配算法来确定转发路径,不需要依靠和维护任何路由表。
目前提出的分级式路由协议有H iLow [7]。