基于IEEE802.15.4无线传感器网络的IPv6协议栈
摘要基于IPv6 over IEEE802.15.4的无线传感器网络是目前研究的一个热点。其中,设计适合传感器节点的嵌入式IPv6协议栈是一个关键。本文在分析了IEEE802.15.4和无线传感器网络的特点后,针对这些特点提出一种嵌入式IPv6协议栈的设计方案;并在本文的最后,总结了设计时要考虑的关键因素。
关键词无线传感器网络 IPv6协议栈 IEEE802.15.4 6LowPan
引言
随着互联网的普及,Internet对人们生活方式的影响越来越巨大,并将继续在未来的各领域持续发挥其影响力。集成了网络技术、嵌入式技术、微机电系统（MEMS）及传感器技术的无线传感器网络将Internet从虚拟世界延伸到物理世界,从而将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起,改变了人与自然交互的方式,满足了人们对“无处不在”的网络的需求。2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组,致力于定义一种供廉价、固定、便携或移动设备使用的,复杂度、成本和功耗极低的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继承延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用,传感器网络是IEEE802.15.4标准的主要市场对象。
一方面,无线传感器网络具有“无处不在”和节点数量庞大等特点,部署无线传感器网络需要数量巨大的IP地址资源;另一方面,由于无线传感器网络的应用领域往往对安全性要求较高,而无线传感器网络自组织的先天性缺乏应有的安全机制。IPv6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、移动性好等优点,可以满足无线传感器网络在地址和安全方面的需求。所以IETF于2004年11月成立了一个6LowPan（IPv6 over IEEE 802.15.4或IPv6 over LR_PAN）工作组。它规定了6LowPan技术在底层采取IEEE 802.15.4,MAC层以上采取IPv6协议栈,致力于如何将IPv6与IEEE802.15.4展开,实现IPv6数据包在IEEE 802.15.4上的传输,研究基于IPv6 over IEEE802.15.4的无线传感器网络的关键问题。目前这方面研究成为了一个很活跃的方向。其中,通过分析无线传感器网络对IPv6协议栈基本需求,借助协议工程学理论和软件工程的方法,设计并实现体积小、功能全、效率高,适用于IPv6无线传感器网络节点的嵌入式IPv6协议栈,已经成为一个很关键的问题。
本文在分析了无线传感器网络和IPv6 over IEEE802.15.4的技术特点之后,重点提出了一种能够适用于无线传感器网络,且底层采用IEEE802.15.4的嵌入式IPv6协议栈设计方案。最后,还总结了基于IPv6 over IEEE802.15.4无线传感器网络协议栈设计的核心原则。
1 无线传感器网络和IPv6 over IEEE 802.15.4的技术特点
1.1 无线传感器网络简介
无线传感器网络由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型节点组成,节点通过自我组织、自我愈合的方式组成网络。图1给出了无线传感器网络的工作原理,图中分散的无线传感器节点通过自组织方式形成传感器网络。节点负责采集周围的相关信息,并采用多跳方式将这些信息通过Internet或其他网络传递到远端的监控设备。
图1 无线传感器网络工作原理
