支持6LoWPAN与IPv4网络互通的网关关键技术研究与实现

发布时间：2017-09-09 07:33

  本文关键词：支持6LoWPAN与IPv4网络互通的网关关键技术研究与实现

  更多相关文章： 轻量级网络地址及协议转换机制 IPv6低速无线个域网 协议转换 网关 Linux

【摘要】：无线传感器网络与Internet的融合已成为当前的研究热点,无线传感器网络IP化的需求也越来越迫切。在此背景下,基于IPv6的低速无线个域网技术应运而生,它成功地将IPv6协议引入到了无线传感网中。但是在当前的Internet中IPv4协议仍占主导地位,IPv4向IPv6的过渡是一个渐进的过程,基于IPv6的无线传感器网络无法直接与IPv4网络通信。因此,需要解决IPv6与IPv4互通的问题。国家科技重大专项课题“基于IPv6的无线传感器网的网络协议研发及验证”的研究目标之一即为完成支持IPv6的无线传感器网络(6LoWPAN)与Internet网络互通的关键技术研究,并研制IPv6集成网关实现该技术。本文依托专项课题,致力于实现IPv6无线传感网与IPv4网络的互通,主要研究工作包括:1.总结无线传感网和Internet的发展状况,分析并比较用于无线传感网和Internet互联的多种技术,选用协议转换技术实现无线传感网与IPv4网络的互联。2.针对6LoWPAN与Internet(IPv4)由于网络层协议的差异性导致无法直接通信的问题,首先,将实验室自主研发的基于cc2530平台的6LoWPAN协议栈移植至网关ARM-Linux平台下,实现6LoWPAN网络接入网关;其次,依托网关设计并实现uNAT64协议转换机制,对传感网IPv6报文与Internet IPv4报文进行相互转换,实现了6LoWPAN传感网与IPv4网络的互通。3.针对网关内数据流众多导致数据包混乱甚至冲突的问题,提出了多重数据流路径规划方案,按数据包在网关内的处理方式对其分类;设计了基于BPF和Netfilter的数据包过滤算法;实现了多重数据流在网关内按规划的路径有序流动。4.搭建测试平台,对WSN接入网关、网关接入IPv4网络、IPv6-IPv4协议转换机制及网关性能进行测试,测试结果表明uNAT64协议转换机制成功实现了6LoWPAN与IPv4网络的互通,且网关能够持续稳定地运行,并准确地向监测者提供传感网信息监测服务。
【关键词】：轻量级网络地址及协议转换机制 IPv6低速无线个域网 协议转换 网关 Linux
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP393.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-14
• 注释表14-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 研究背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 WSN协议标准发展状况16-18
• 1.2.2 Internet协议标准发展状况18-19
• 1.2.3 WSN与Internet互通的研究现状19-20
• 1.3 论文研究工作概述20-21
• 1.3.1 主要研究工作20
• 1.3.2 创新点20-21
• 1.4 论文组织结构21-22
• 第2章 关键技术研究及互通架构设计22-38
• 2.1 关键技术研究22-28
• 2.1.1 6LoWPAN技术研究22-24
• 2.1.2 多种互通技术分析与比较24-28
• 2.2 互通架构总体设计28-32
• 2.2.1 需求分析28-29
• 2.2.2 总体设计29-31
• 2.2.3 可行性研究31-32
• 2.3 多协议传感网接入网关设计32-36
• 2.3.1 接入方式设计32
• 2.3.2 6LoWPAN协议栈移植32-34
• 2.3.3 信号驱动式I/O34-36
• 2.4 网关接入IPv4网络设计36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 协议转换机制设计38-61
• 3.1 uNAT64总体架构设计38-40
• 3.2 地址转换子模块设计40-47
• 3.2.1 无状态地址转换算法41-43
• 3.2.2 动态地址映射机制43-46
• 3.2.3 整体设计46-47
• 3.3 协议转换子模块设计47-60
• 3.3.1 网络层协议转换48-56
• 3.3.2 传输层协议转换56-57
• 3.3.3 校验和更新算法57-59
• 3.3.4 整体设计59-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第4章 多重数据流路径规划与WSN信息监测的设计61-74
• 4.1 多重数据流路径规划61-67
• 4.1.1 基于BPF的数据包过滤算法设计64-66
• 4.1.2 基于Netfilter的数据包过滤算法设计66-67
• 4.2 WSN信息监测的设计与实现67-73
• 4.2.1 WSN信息监测的体系结构68-69
• 4.2.2 监测信息采集及存储模块的设计69-71
• 4.2.3 Web信息服务71-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第5章 测试验证与分析74-109
• 5.1 测试环境74-75
• 5.1.1 软硬件测试工具74-75
• 5.1.2 测试系统搭建75
• 5.2 网关功能测试75-96
• 5.2.1 传感网接入网关测试75-77
• 5.2.2 网关接入IPv4网络测试77-84
• 5.2.3 uNAT64地址及协议转换功能测试84-94
• 5.2.4 WSN信息监测功能测试94-96
• 5.3 网关性能测试96-108
• 5.3.1 处理时延测试96-97
• 5.3.2 丢包率测试97-100
• 5.3.3 吞吐量测试100-103
• 5.3.4 规模和稳定性测试103-107
• 5.3.5 可靠性测试107-108
• 5.4 本章小结108-109
• 第6章 课题总结及后续研究工作109-111
• 6.1 课题总结109-110
• 6.2 后续研究工作110-111
• 参考文献111-116
• 致谢116-117
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 马礼;马海龙;马东超;;基于WSNs节点权重的网关接入异构网络研究[J];传感器与微系统;2014年04期

2 Andrés Ortiz;Julio Ortega;Antonio F.Díaz;Alberto Prieto;;Affinity-Based Network Interfaces for Efficient Communication on Multicore Architectures[J];Journal of Computer Science & Technology;2013年03期

3 陈琦;韩冰;秦伟俊;皇甫伟;;基于Zigbee/GPRS物联网网关系统的设计与实现[J];计算机研究与发展;2011年S2期

4 霍宏伟;牛延超;郜帅;张宏科;;一种IPv6无线传感器网络以太网接入网关的设计[J];传感技术学报;2007年02期

5 李伟征,胡爱群,陈立全,刘威;一种基于MPC860的无线局域网接入点以太网接口研究[J];东南大学学报(自然科学版);2004年02期

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本文编号：819123