低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議比較

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1、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議比較無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（WirelessSensorNetwork）是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)周圍地點(diǎn)的特定信息（如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等），然后經(jīng)過嵌入式芯片對(duì)于這些數(shù)據(jù)的鑒別、處理，通過無線網(wǎng)絡(luò)將這些信息匯總處理，并發(fā)送給需要的人。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在公共安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都有著非常廣闊的發(fā)展前景。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)有大量的傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器將具有節(jié)點(diǎn)和路由的功能,傳感器之間通過無線通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)

2、傳輸，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)還有一定數(shù)量的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，這些網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通常會(huì)得到能量補(bǔ)充，但是無線傳感器本身由于數(shù)量眾多，常常通過自身電池維持，由于受到體積和成本等因素的制約，電池的容量有限，所以如何降低功耗就成為了提高無線傳感器網(wǎng)實(shí)用性，增加效率的重要因素。根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，目前無線傳輸?shù)陌l(fā)送和接收功率占用了無線傳感器將近80%的能耗，如果能降低無線傳輸中所需要的功耗，將會(huì)大大降低整體功耗。此次研究的主要以新一代的低功率和超低功率無線協(xié)議為主，其中有6LowPAN、Ipv6、RIME和μIP這些較為領(lǐng)先的無線協(xié)議。本文將對(duì)以上

3、幾種協(xié)議進(jìn)行概述以及初步的比較。一、6LowPAN1.6LowPAN概述6LowPAN是基于IEEE802.15.4實(shí)現(xiàn)IPv6通信的草案標(biāo)準(zhǔn)，6LowPAN因?yàn)槠渚哂械凸β蔬\(yùn)行的潛力，所以可以用于嵌入式設(shè)備中，同時(shí)，因?yàn)樗鼉?nèi)置支持AES-128加密，也為它強(qiáng)健的認(rèn)證和安全性打下了基礎(chǔ)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)利用運(yùn)行在2.4GHZ頻帶上的無線收發(fā)器傳送數(shù)據(jù)，和WIFI使用的頻帶相同，但是功率卻只有WIFI的1%，但是由于其低功耗的特性使得它的傳輸距離受到了限制。通常采用多臺(tái)設(shè)備接力逐跳傳送信息來延長(zhǎng)傳距離

4、或繞開障礙物。6LowPAN技術(shù)的底層是采用IEEE802.15.4規(guī)定的PHY層和MAC層，在網(wǎng)絡(luò)層采用的是IPv6協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的無縫連接，6LowPAN在MAC層和網(wǎng)絡(luò)層之間增加了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配層，用來完成包頭壓縮、片頭與重組以及網(wǎng)狀路由轉(zhuǎn)發(fā)等工作。圖為6LowPAN協(xié)議棧的參考模型。IETF6LoWPAN工作組的任務(wù)是定義在如何利用IEEE802.15.4鏈路支持基于IP的通信的同時(shí)，遵守開放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他IP設(shè)備的互操作性。支持IP將消除對(duì)與多種網(wǎng)關(guān)和專用適配器以及網(wǎng)關(guān)安全管理程序的

5、需要。但是IP的地址和包頭都很大，因?yàn)?02.15.4協(xié)議的數(shù)據(jù)包很小，所以6LoWPAN需要找到一種將IP包頭壓縮到只有必要內(nèi)容的小數(shù)據(jù)包的方法。6LoWPAN采用的是“payasyougo”式壓縮方法將包頭壓縮。這樣可以去除冗余的數(shù)據(jù)和信息。IP包頭會(huì)從鏈路級(jí)802.15.4包頭的相關(guān)域里獲取這部分的信息。在最簡(jiǎn)單的情況下，兩臺(tái)802.15.4設(shè)備之間通信，IPv6包頭有40字節(jié)，將被縮減為1個(gè)包頭壓縮字節(jié)和一個(gè)字節(jié)的“剩余跳數(shù)”。源目的的IP地址可以由802.15.4中的16位短地址生成。8字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)

6、報(bào)協(xié)議傳輸包頭被壓縮為4個(gè)字節(jié)。2.6LowPan技術(shù)優(yōu)勢(shì)1．普及性：IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，作為下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的IPv6，也在加速其普及的步伐，在LR—WPAN網(wǎng)絡(luò)中使用IPv6更易于被接受。2．適用性：IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧架構(gòu)受到廣泛的認(rèn)可，LR—WPAN網(wǎng)絡(luò)完全可以基于此架構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效地開發(fā)。3．更多地址空間：IPv6應(yīng)用于LR-WPAN最大亮點(diǎn)就是龐大的地址空間，這恰恰滿足了部署大規(guī)模、高密度LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要。4．支持無狀態(tài)自動(dòng)地址配置：IPv6中當(dāng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)，可以自動(dòng)讀取MAC地址，并根據(jù)相

7、關(guān)規(guī)則配置好所需的IPv6地址。這個(gè)特性對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，非常具有吸引力，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，不可能對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)配置用戶界面，節(jié)點(diǎn)必須具備自動(dòng)配置功能。5．易接入：LR—WPAN使用IPv6技術(shù)，更易于接人其他基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)及下一代互聯(lián)網(wǎng)，使其可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)行發(fā)展。6．易開發(fā)：目前基于IPv6的許多技術(shù)已比較成熟，并被廣泛接受，針對(duì)LR-WPAN的特性需進(jìn)行適當(dāng)?shù)木?jiǎn)和取舍，簡(jiǎn)化協(xié)議開發(fā)的過程。由此可見，IPv6技術(shù)在LR—WPAN網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用具有廣闊發(fā)展的空間，而將LR—WPAN接人互聯(lián)網(wǎng)將

8、大大擴(kuò)展其應(yīng)用，使得大規(guī)模傳感控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)成為可能。二、IPv61.IPv6概述IPv6協(xié)議是IPv4協(xié)議的后繼版本，目前，IPv4網(wǎng)絡(luò)在世界上占據(jù)主導(dǎo)地位。促使IPv6協(xié)議取代IPv4協(xié)議的主要?jiǎng)恿κ荌Pv4的網(wǎng)絡(luò)地址即將枯竭，IPv6協(xié)議由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)提出，在RFC2460中定義，于1998年首次發(fā)布。由于采用了128b的地址格式，IPv6協(xié)議具有海量的地址空間，