ieee802.15.4協(xié)議規(guī)范.

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1、基于IEEE802.15.4的IPv6協(xié)議棧隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，Internet對(duì)人們生活方式的影響越來越巨大，并將繼續(xù)在未來得各領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮其影響力，集成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，嵌入式技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）及傳感器技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將Internet為從虛擬世界延伸到物理世界，從而將邏輯上的信息世界與真實(shí)物理世界融合在一起，改變了人與自然交互的方式，滿足了人們對(duì)“無處不在”的網(wǎng)絡(luò)的需求。2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作組，致力于定義一種供廉價(jià)、固定、便捷或移動(dòng)設(shè)備使用的，復(fù)雜度、成本和功耗極低的低速率無線連接技術(shù)，產(chǎn)品的方便靈活，易于連接、實(shí)用可靠及可繼承延續(xù)是市

2、場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力，一般認(rèn)為短距離的無線低功耗通信技術(shù)最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用，傳感器網(wǎng)絡(luò)是IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要市場(chǎng)對(duì)象。一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有“無處不在”和節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大等特點(diǎn)，部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要數(shù)量巨大的IP地址資源，另一方面，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域往往對(duì)安全性要求較高，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織的先天性缺乏應(yīng)有的安全機(jī)制，IPv6作為下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有地址資源豐富、地址自動(dòng)配置、安全性高、移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地址和安全方面的需求，所以IETF于2004年11月成立了一個(gè)6LowPan（IPv6overIEEE802.15.4或IPv6overLR_

3、PAN）工作組，它規(guī)定了6lowPan技術(shù)底層采取IEEE802.15.4，MAC層以上采取IPv6協(xié)議棧，致力于如何將Ipv6與IEEE802.15.4展開，實(shí)現(xiàn)Ipv6數(shù)據(jù)包在IEEE802.15.4上的傳輸，研究基于IPv6overIEEE802.15.4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題。目前這方面研究成為了一個(gè)很活躍的方向，其中，通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)IPv6協(xié)議?；拘枨?，借助協(xié)議工程學(xué)理論和軟件工程的方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)體積小、功能全、效率高，適用于IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的嵌入式IPv6協(xié)議棧，已經(jīng)成為一個(gè)很關(guān)鍵的問題。本文在分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和IPv6overIEEE802

4、.15.4的技術(shù)特點(diǎn)之后，重點(diǎn)提出了一種能夠適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，且底層采用IEEE802.15.4的嵌入式IPv6協(xié)議棧設(shè)計(jì)方案，最后，還總結(jié)了基于IPv6overIEEE802.15.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計(jì)的核心原則。1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和IPv6overIEEE802.15.4的技術(shù)節(jié)點(diǎn)1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)通過自我組織、自我愈合的方式組成網(wǎng)絡(luò)，圖1給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理，圖中分散的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集周圍的相關(guān)信息，并采用多跳方式將這些信息通過Internet或其

5、他網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠(yuǎn)端的監(jiān)控設(shè)備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個(gè)功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存儲(chǔ)器）、通信模塊（無線收發(fā)器）以及供電模塊（電池、DC/DC能量轉(zhuǎn)換器）等組成。節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或者簇頭節(jié)點(diǎn)（cluster-headnode）的角色。作為數(shù)據(jù)采集者，數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)（如溫度和濕度），通過通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方基站（basestation）或匯節(jié)點(diǎn)（sinknode）；作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點(diǎn)除了完成采集任務(wù)外，還要接收鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)發(fā)給距

6、離基站更近的鄰居節(jié)點(diǎn)或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或匯節(jié)點(diǎn)；作為簇頭節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該類內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合后，發(fā)送到基站或匯節(jié)點(diǎn)。與傳統(tǒng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有一些明顯的特征：1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度高，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，單位面積所擁有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，2）傳感器節(jié)點(diǎn)由電池供電，節(jié)點(diǎn)能量有限；3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁；4）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備容錯(cuò)能力，正是由于以上特點(diǎn)，IPv6已無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合對(duì)IPv6提出了一些新的要求，如IPv6地址自動(dòng)分配機(jī)制和IPv6包頭壓縮機(jī)制，另外，還有一些管理問題、與無線數(shù)據(jù)鏈路層接口問題等，因此，設(shè)計(jì)IPv6微型協(xié)議棧時(shí)，除了要

7、實(shí)現(xiàn)功能完整，高效實(shí)用。占用的存儲(chǔ)資源少以外，如上所述的一些新要求也應(yīng)考慮進(jìn)來。1.2IPv6overIEEE802.15.4的技術(shù)特點(diǎn)IEEE802.15.4是2004年提出的無線標(biāo)準(zhǔn)的安全網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要定義物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合是讀表自動(dòng)化、自動(dòng)化控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)，IEEE802.15.4針對(duì)的就是低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的短距離網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)是將普通小型電池的使用壽命延長到幾年，當(dāng)芯片批量生