盛雨晶

摘 要：目前，關于傳感器網(wǎng)絡與IPv6互聯(lián)的技術研究在國內外已經(jīng)興起。然而，現(xiàn)有的初步研究工作僅局限在簡單的數(shù)據(jù)傳輸，功能上也遠不能滿足實際需求；缺少一個統(tǒng)一服務框架，應用開發(fā)效率低、難度大，缺少因特網(wǎng)互聯(lián)的支持，無法支撐大規(guī)模聚集式應用。

關鍵詞：IPv6；無線；傳感網(wǎng)

中圖分類號：TN929.5；TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0090-01

1 項目研究背景和意義

1.1 研究背景

隨著電子科技的進步，傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)經(jīng)歷了四代的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)作為新興的下一代傳感網(wǎng)絡，節(jié)點計算能力更強，節(jié)點間通信更加方便，能夠實現(xiàn)比以往更加復雜的應用?，F(xiàn)階段的無線傳感網(wǎng)正處于研究和開發(fā)階段，已有一些試驗性項目，美國INTEL公司從2002年開始了基于微型無線傳感網(wǎng)絡的新型計算發(fā)展規(guī)劃，我國也在無線傳感網(wǎng)的節(jié)點硬件設計、操作系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡路由等方面陸續(xù)開展工作。

1.2 研究目標

研究傳感器網(wǎng)絡與下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的問題，重點研究具通用性的基礎服務和對應的面向傳感器網(wǎng)絡的IPv6支撐協(xié)議，以方便快速構建連接傳感器網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)，連接不同地域環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模應用。

2 基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡的相關協(xié)議

本項目研究面向典型應用的共性基礎服務，以及支撐服務的基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議族，并構建典型應用環(huán)境，部署并運行一個完整的服務系統(tǒng)。服務系統(tǒng)及其支撐協(xié)議的整體架構，如圖1所示。

2.1 傳感網(wǎng)IPv6協(xié)議族

IPv6具有地址數(shù)量大，很好的支持自組織組網(wǎng)等諸多優(yōu)點，充分符合傳感器網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡層協(xié)議要求。但傳感節(jié)點由于諸多硬件限制，難以實現(xiàn)整個IPv6協(xié)議族，需要基于上面提到的幾類服務，針對性的研究必需的幾類簡化IPv6協(xié)議，服務和IPv6中的協(xié)議對應關系，如圖2所示。

由于無線傳感網(wǎng)節(jié)點功耗和計算能力等方面的限制，使得不可能也不必要實現(xiàn)完整的IPv6協(xié)議族，而要根據(jù)上層服務的需求，僅實現(xiàn)必需的最小協(xié)議集合，需符合兩條要求：首先，輸入/輸出數(shù)據(jù)包都具有標準格式，能與IPv6網(wǎng)絡互連互通；其次，為降低功耗，去除IPv6協(xié)議標準中不需要的功能和屬性。主要研究內容分為以下幾類。

2.1.1 路由協(xié)議

主要實現(xiàn)局部網(wǎng)絡常用的ICMPv6和鄰居發(fā)現(xiàn)（Neighbor Discovery， ND）協(xié)議，以支持傳感節(jié)點的自組織組網(wǎng)。

2.1.2 傳輸協(xié)議

單播通信支持UDP協(xié)議，TCP協(xié)議由于其復雜性不適合在傳感網(wǎng)節(jié)點實現(xiàn)，且傳感網(wǎng)內由于數(shù)據(jù)量不大，基于其特點實現(xiàn)逐跳可靠傳輸，跨越互聯(lián)網(wǎng)的可靠傳輸可由網(wǎng)關提供支持。

2.1.3 服務協(xié)議

①自動服務注冊。

網(wǎng)關需要向中央服務器預注冊以獲取一些全局分配信息，如IPv6地址。傳感節(jié)點經(jīng)簡單的撒播部署后能自動組織成局部傳感網(wǎng)絡，并連接到網(wǎng)關，網(wǎng)關根據(jù)預設信息在指定的中央服務器上注冊該網(wǎng)絡，并返回一些傳感網(wǎng)內節(jié)點的初始信息。

②可靠的點對點通信服務。

互聯(lián)網(wǎng)內的點對點通信的可靠性由TCP協(xié)（下轉92頁）（上接90頁）議來保證，但由于傳感網(wǎng)節(jié)點較弱的功能和單次傳輸信息較少的特點，TCP協(xié)議的消耗過大。另外，如果傳感網(wǎng)節(jié)點具移動性，路由會經(jīng)常更改和出錯，造成上層連接頻繁的不穩(wěn)定。

3 IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡創(chuàng)新之處

3.1 以面向服務為目標，提出融合傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的服務框架

結合目前省內可持續(xù)化發(fā)展的需求，提出基于IPv6協(xié)議的融合傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的服務框架，可有效用于涉及多個傳感網(wǎng)的跨互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模聚集應用。服務框架提供自動服務注冊機制，有利于應用的快速部署；提出了適合混合網(wǎng)絡整體特點的可靠通信機制，以保證一些關鍵應用的可靠性；并提供針對單個節(jié)點訪問的服務原語，規(guī)范化了節(jié)點的訪問方法，消除了應用開發(fā)時的大量重復性工作；同時以整網(wǎng)操作為目標，提出了更具應用信息的群操作服務，消除了IPv6多播協(xié)議和上層應用需求的差距，方便全局信息的配置。

3.2 面向傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的傳感網(wǎng)IPv6精簡協(xié)議棧設計

針對傳感器網(wǎng)絡終端設備和網(wǎng)絡設備對網(wǎng)絡的需求，充分考慮必要的傳感器網(wǎng)絡的在功耗和性能方面的要求，結合節(jié)點的大部分應用場景，精簡IPv6協(xié)議棧。從OSI七層協(xié)議的角度，裁減高層協(xié)議。在報頭定義、路徑最大傳輸單元發(fā)現(xiàn)、鄰居發(fā)現(xiàn)、地址自動配置等方面進行相應修改。精簡后的協(xié)議能夠保證和下一代互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)，同時兼顧自主設計的傳感節(jié)點的資源配置。

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