6LoWPAN技术在物联网中的研究与实现

发布时间：2019-09-25 03:39

【摘要】：IP网络的巨大成功,使得人类生活对IP网络愈加依赖。借助成熟的IP技术,将生活中任何一个普通的物件接入IP网络会带来非常多的益处,这就是近几年经常被人们提起的物联网。恰逢IPv6技术近些年在全球范围内广泛推广,使得低功耗、低传输速率的节点接入IP网络成为可能,因为IPv6具有广阔的地址空间,可以为地球上每一件物体分配一个全球唯一的地址。然而关键问题是低功耗的无线节点以何种形式接入IPv6网络,目前较为成熟的无线标准有IEEE 802.11、IEEE 802.15.1和IEEE 802.15.4,三者的典型应用分别是我们熟知的Wi-Fi、蓝牙和ZigBee,为物联网选择低功耗、高兼容性的无线标准有着很强的研究价值。本文对6LoWPAN技术展开了研究。首先介绍了在低功耗节点上采用6LoWPAN技术会具有的诸多优势,同时提出了面临的问题和挑战。针对这些问题对6LoWPAN的关键技术进行系统分析和深入探讨,包括分片重组技术、头部压缩技术、地址分配技术、路由转发技术和移动性管理技术。根据上述技术的研究,同时借鉴已有协议,提出运行在Contiki系统上的6LoWPAN协议栈方案,对该方案进行实际搭建和测试,在网络中正确地传输IPv6数据报。本文在对6LoWPAN的研究中,取得了如下的研究成果：1.对6LoWPAN适配层进行了研究。针对IEEE 802.15.4数据帧载荷较小的问题,提出了分片重组和头部压缩的解决方案。被分片的数据包采用标准的格式进行传输,同时在数据包中采用固定的格式标识该数据包的不同压缩形式,以备接收端能够正确地重组和解压缩。经过分片重组和头部压缩,完整的IPv6数据包可以在6LoWPAN中进行高效地点到点传输。2.对6LoWPAN的路由转发进行了研究。针对IEEE 802.15.4的MESH拓扑问题,探讨了Mesh-Under和Route-Over路由方式。Mesh-Under与Route-Over分别具有各自的优点,但鉴于成熟的IP路由技术,在实际中选择了Route-Over路由,但传统的IP路由协议对资源受限的无线节点来说是巨大的,因此介绍了更适合在其上使用的RPL路由转发协议。3.对6LoWPAN的移动性支持进行了研究。借助IPv6良好的移动性支持,探究了适合在无线节点上使用的移动性管理方案。其中包括对已有方案实现的可能性分析,例如MIPv6、HMIPv6和PMIPv6。同时提出了一种新方案,该移动性管理有待在实际系统上进行测试。对于网络移动问题进行了探讨,并提出了一种网络移动的可行性方案。4.对6LoWPAN的系统实现进行了研究。需要为6LoWPAN的实现选择合适的软硬件平台,本文中应用TI的CC2538和瑞典计算机科学院的Contiki操作系统构建了6LoWPAN实验平台。软硬件平台是实际测试和应用的基础,本文介绍了Conitki健壮的uIP和6LoWPAN协议栈代码结构。本文通过对6LoWPAN技术的研究和实现,对系统搭建和测试,验证了6LoWPAN关键的分片重组、头部压缩、地址配置和UDP数据报传输。在测试过程中,系统达到了预期的设计目标,标志着理论研究的正确性和实际系统的可行性和有效性。
【图文】：

示意图,示意图,绑定,缓存

４N２ＭＩＰＶ６中的数据结构逡逑在ＭＩＰｖ６中，移动节点、通信节点和归属地代理都需要维护特定的数据结构逡逑移动性支持的可靠运行，包括如下数据结构：逡逑１）绑定缓存逡逑他节点的绑定缓存。归属地代理和通信端均维护这个缓存。缓存既包含通逡逑条目也包含归属地注册条目。逡逑绑定更新列表逡逑个移动节点均维护着这样一个表。该表包含移动节点曾经或正在尝试建立逡逑其他节点项。通信注册和归属地注册都被包含在这个表中。当绑定过期后逡逑被删除。逡逑）归属地代理列表逡逑属地代理需要知道哪个其他归属地代理与其处在同一链路上。这个信息被逡逑归属地代理列表中，在动态归属地代理地址发现中，该列表用于通知移动逡逑

流程图,移动节点,锚点,绑定

西安电子科技大学硕±学位论文逡逑切换。为了达到更好的移交性能，没有必要采用多级层次。因此，在操作网络中逡逑任意位置放置一个或多个（可能覆盖同一个域）ＭＡＰ己经足够了。逡逑定义一个新的路由通告消息选项，，一旦接入被访问网络，接入点采用通告消逡逑告知移动节点ＭＡＰ的存在（ＭＡＰ发现）。在发现阶段中，也将告诉移动节点逡逑与ＭＡＰ间的距离。在该情况下，移动节点可选择第一跳ＭＡＰ或者更深层逡逑ＡＰ。逡逑
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP391.44

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