基于6LoWPAN的寒旱区野外环境监测系统设计

发布时间：2020-07-10 04:41

【摘要】：我国寒旱区野外环境内蕴藏着国民经济不可或缺的资源,因此其战略地位突出。寒旱区野外环境观测体系在寒旱区的科学研究和解决国家重大战略需求中发挥着重要的支撑作用。但目前应用于寒旱区野外环境观测的传统无线传感器网络存在着观测网络地址空间不足、无法与IP网络实现端到端通信等弊端。因此,论文基于6LoWPAN技术设计了一种适合寒旱区的野外环境监测系统。该研究能够解决这些问题,并为未来构建寒旱区跨学科、跨区域的虚拟同步联合观测系统做好技术储备。首先,为了延长布置在寒旱区野外环境内的无线传感器网络的生命周期,论文提出了基于剩余能量改进RPL协议的方案,协议改进后在Cooja仿真器中进行了仿真。仿真结果表明:使用改进协议的网络与使用原始RPL协议的网络相比,节点能耗更加均匀,网络生命周期得到了有效地延长。然后,论文基于6LoWPAN技术设计了寒旱区野外环境监测系统。监测系统采用全IP的网络架构,并使用MQTT协议实现应用层通信。监测系统主要由6LoWPAN节点、网关、MQTT服务器和远程客户端四部分构成。6LoWPAN节点采用CC2538SF53作为主控芯片,并选择搭载了6LoWPAN协议栈的Contiki系统作为软件平台。6LoWPAN节点主要负责采集野外环境信息以及执行来自远程客户端的控制指令。网关由6LoWPAN网卡和主处理器两部分组成,主处理器选用iTOP-4412开发板进行开发,其操作系统使用Linux系统。网关负责建立并维护6LoWPAN网络,在6LoWPAN节点请求加入网络时,对其进行无状态地址自动配置。同时,网关还负责在6LoWPAN网络与IPv6网络间转发数据报。MQTT服务器选择MQTT代理服务器Mosquitto,远程客户端选择MQTT的客户端软件Eclipse paho。远程客户端通过订阅6LoWPAN节点发布的消息来获取环境信息,通过发布6LoWPAN节点订阅的消息来下达控制指令。最后,论文在实验室内模拟了寒旱区野外的气候环境,并对监测系统进行了详细的功能测试。测试结果表明:寒旱区野外环境监测系统实现了6LoWPAN节点与IPv6网络中主机的端到端通信,并且能够在极端环境下稳定工作。因此,该研究能够解决寒旱区野外环境观测体系所面临的一些问题,在理论研究和应用研究方面都具有重要意义和价值。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：

数据报格式

兰州交通大学硕士学位论文IETF 于 1994 年在发布的 RFC1597[17]中规定了面性的对策，为了彻底解决 IPv4 潜伏的问题，IETF 创 IPv6 的研发。IPv6 的建议标准于 1995 年通过 RF6 年正式发布。在 1998 年发布的 RFC2374 中进一址。最终，在 1998 年发布的 RFC2460 将 IPv6 正的格式般由 IPv6 固定报头和负载组成，如图 2.1 所示。

网络协议栈,野外环境,工作组,监测系统

6LoWPAN 的寒旱区野外环境监测系统标。之后发布的 RFC4944[27]中详AN 工作组根据实际情况改进011 年发布在 RFC6282 中[28]。在发现方法(Neighbor Discover, ND如图 2.2 所示。

基于6LoWPAN的寒旱区野外环境监测系统设计

LoWPAN初始分片

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