IEEE802154协议规范.docx
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1、基于IEEE802.15.4的IPv6协议栈随着互联网的普及,Internet对人们生活方式的影响越来越巨大,并将继续在未来得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为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、便捷或移动设备使用的,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
2、力,一般认为短距离的无线低功耗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61owPan(IPv6overIEEE802.15.4或IPv6over1R_PAN)工作组,
3、它规定了61oWPan技术底层采取IEEE802.15.4,MAC层以上采取IPv6协议栈,致方于如何将IPv6与IEEE802.15.4展开,实现Ipv6数据包在IEEE802.15.4上的传输,研究基于IPv6overIEEE802.15.4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IPv6overIEEE802.15.4的技术特点之后
4、,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IPv6overIEEE802.15.4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IPv6overIEEE802.15.4的技术节点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
5、1无线传感器网络工作原理无线传感器网络由许多个功能相同或不同的无线传感器节点组成。每个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)以及供电模块(电池、DC/DC能量转换器)等组成。节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或者簇头节点(CIUSte1headnode)的角色。作为数据采集者,数据采集模块收集周围环境的数据(如温度和湿度),通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方基站(basestation)或汇节点(Sinknode);作为数据中转站,节点除了完成采集任务外,还要接收邻居节点的数据,将其转发给距离基站更近的邻
6、居节点或者直接转发到基站或汇节点;作为簇头节点,节点负责收集该类内所有节点采集的数据,经数据融合后,发送到基站或汇节点。与传统AdHoC网络相比,无线传感器网络具有一些明显的特征:1)网络节点密度高,传感器节点数量众多,单位面积所拥有的网络节点数远大于传统的AdHoC网络,2)传感器节点由电池供电,节点能量有限;3)网络拓扑变化频繁;4)网络应具备容错能力,正是由于以上特点,IPv6已无线传感器网络的结合对IPv6提出了一些新的要求,如IPv6地址自动分配机制和IPv6包头压缩机制,另外,还有一些管理问题、与无线数据链路层接口问题等,因此,设计IPv6微型协议栈时,除了要实现功能完整,高效实用
7、。占用的存储资源少以外,如上所述的一些新要求也应考虑进来。1.2 IPv6overIEEE802.15.4的技术特点IEEE802.15.4是2004年提出的无线标准的安全网络技术,主要定义物理层和MAC层的协议,其余协议主要参照和采用现有的标准,主要应用场合是读表自动化、自动化控制和传感器网络,IEEE802.15.4针对的就是低复杂度、低功耗、低数据速率的短距离网络,目标是将普通小型电池的使用寿命延长到几年,当芯片批量生产时,每个802.15.4设备的销售价格最终不到3美元,将很好地满足无线传感器网络的要求,IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,即2.4GHz物理层和868/915
8、MHZ物理层。这两个物理层都基于直接序列扩频DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum),使用相同的物理层数据包格式;区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHZ波段为全球统一、无须申请的ISM频段,有助于15.4设备的推广和生产成本的降低。2.4GHZ的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbs的传输速率,有助于获得更高的吞吐量、更短的通信时延和工作周期,从而更加省电。868MHZ是欧洲的ISM频段,915MHZ是美国的ISM频段,这两个频段的引入避免了2.4GHZ附近各种无线通信设备的相互干扰,868MHz的传输速率为20kbs,915MHZ
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