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基于6LOWPAN传感器网关设计

发布时间:2020-07-21 18:02:07 阅读: 来源:补偿器厂家

摘要 在研究6LoWPAN无线传感器网络以及IPv6网络的基础上,提出一种基于6LoWPAN的传感器网关解决方案,实现6LoWPAN无线传感器网络与IPv6网络之间互联,并对网关中的硬件与软件设计进行论述。最后搭建测试网络,通过对端到端网络的连接性、延时变化、往返延时、丢包率以及吞吐量的测试,对该网络性能作出简要分析。测试结果表明,该网关实现了6LoWPAN无线传感器网络与IPv6网络的互联,并能在实际网络环境中运行。关键词 6LoWPAN;网关;IPv6;无线传感器网络:Contiki 目前IEEE 802.15.4已成为针对低功耗、低数据速率、低可靠性的通用标准。如ZigBee、WirelessHART等在物理层和MAC层均采用IEEE 802.15.4标准,但在网络层它们采用各自定义的协议,不能实现网络层的互联。且无线传感器网络一般采用自定义的通信地址,地址数量有限,仅在单个无线网络内有效。而IPv6具有充足的地址空间,IPv6所具有的特性较好地满足物联网应用需求,是物联网大规模发展的基础性保证。因此,物联网采用IPv6协议实现其广泛互联通成为必然趋势。IETF成立了3个工作组进行低功耗IPv6网络方面的研究,旨在将IPv6与资源受限的无线网络无缝连接。 文中对基于6LoWPAN的无线传感器网络以及IPv6网络进行了研究,主要目标在于设计和实现一种基于6LoWPAN的传感器网关。实现6LoWPAN无线传感器网络与IPv6有线网络之间互联,建立一种能普遍应用的系统平台架构,并在软硬件上进行实现和应用。1 研究概况 将IPv6技术引入无线传感网络可便于实现与IPv6有线网络设备端对端的通信,提高了转发效率,增强了安全性。文献中提出了IPv6无线传感器网络体系结构,旨在实现IPv6技术与无线传感器网络技术的融合,并讨论了采用网关接入方式,实现无线传感器网络与现有网络的互联。 对于传感器网关架构的研究,有3种不同的设计思想。一是文献设计的网关,客户端通过采用Web技术获取无线传感器节点的数据信息。这类解决方案的缺点是使用专有的协议连接传感器节点,相当于在无线传感器网络与Internet之间放置了代理服务器,并不能实现客户端与传感器节点直接通信;二是文献设计的网关,是基于具体应用而设计的,描述了在该应用场景下网关的信息交互,并未涉及网关的软硬件设计;三是文献设计的基于6LoWPAN的无线传感器网关架构。文献提出了基于6LoWPAN的无线传感器网关架构,实现6LoWPAN无线传感器网络短地址与IPv6地址之间直接转换,分析了数据包的传输过程,但未涉及网关的软硬件设计;文献实现IPv6无线传感器网络的端到端通信,但也没有对网关的软硬件设计进行论述;文献虽着重于网关的软硬件设计,但未对网关及整体系统的性能进行分析。而文献只关注了网络性能方面的测试。 文中提出一种采用网关接入方式实现6LoWPAN无线传感器网络与IPv6网络互联的整体架构,并对网关中的硬件与软件设计进行论述,最后搭建测试网络对系统的性能进行分析。2 网关设计 6LoWPAN网关接入方式实现6LoWPAN无线传感器网络与IPv6网络互联的系统架构如图1所示。系统分为4个部分:6LoWPAN传感器节点、6LoWPAN网关、6LoWPAN服务器以及IPv6用户终端。所有无线设备采用Contiki OS作为操作系统。物理层和MAC层遵循IEEE 802.15.4标准,集成了6LoWPAN适配层和uIPv6协议栈,具备邻居发现、自动组网等功能,能支持构建功能完善的基于IPv6的无线传感器网络。传感器节点可以将采集的监测数据通过ContikiRPL路由汇聚到网关,网关进行协议转换及将数据的转发到服务器,服务器将对数据进行分析、处理和存储,而IPv6客户端可以通过访问服务器对网络进行有效的控制和管理。

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2.1 硬件设计 网关硬件构成如图2所示。该智能无线网关基于OPENWRT系统,具备3个局域网口,1个广域网口,1个802.11a/b/g WiFi无线网络接口,1个标准USB口和1个可选的串口调试口。WAN口连接如IPv6或IPv4有线网络现有外界网络等。USB口连接USBStick能支持IEEE 802.15.4标准,可以与WSN内的任何节点通信。

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