【文章內(nèi)容簡介】 耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)uZigBee依據(jù) IEEE 。在 MAC層主要沿用標(biāo)準(zhǔn)的 CSMA/CA方式，以提高系統(tǒng)兼容性u可使用的頻段有 （全球 ISM）、歐洲的 868MHz頻段、以及美國的 915MHz頻段，不同頻段可使用的信道分別是 1 10個(gè) u目前定義的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括電力、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程58CustomerPHY868MHz / 915MHz / MACNetworkStar / Mesh / ClusterTreeSecurity32 / 64 / 128bit encryptionApplicationAPIZigBeeAllianceIEEE Silicon Stack AppZigBee的協(xié)議結(jié)構(gòu)uZigBee是一組基于IEEE 線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的、有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)uIEEE 處理 MAC層和物理層協(xié)議， ZigBee聯(lián)盟對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程59星型 網(wǎng)狀型樹型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能設(shè)備 (FFD Router)精簡功能設(shè)備 (RFD)ZigBee的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程606LoWPANu工作組介紹u協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換適配層和幀格式 u地址管理機(jī)制 uMesh網(wǎng)絡(luò)下的多跳傳輸方法及路由 u鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議u幾種實(shí)現(xiàn)對比 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程61IETF 6LoWPAN WGuIPv6 over LowPower Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs) uIETF于 6LoWPAN 工作組，制訂基于 IPv6的低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在將 IPv6引入以 IEEE u已制定出關(guān)于綜述和協(xié)議適配的標(biāo)準(zhǔn)草案 RFC4944和 RFC4919，提出了一些關(guān)于報(bào)頭壓縮、鄰居發(fā)現(xiàn)、安全、移動(dòng)性管理等方面的草案 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程62What’s LoWPAN?uCharacteristics of LoWPANs – Small packet size, Low bandwidth, 16 or 64bit media access control addresses, Topologies include star and mesh operationuIEEE devices– Low power, Low cost, Large number of devices, location not predefined, unreliable, sleep periods 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程63Why IP?uPervasive nature of IP worksuIPbased technologies already existuIP working technology open and freely availableuTools for diagnostics, management, and missioning of IP works already existuSimple interconnectivity to other IP works 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程64Why 6LoWPAN?uIPv6 requires support of packet sizes much larger than the largest IEEE frame size, thus an adaptation layer is defined 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程656LoWPAN 127字節(jié)，而IPv6的報(bào)頭就占據(jù)了 40字節(jié)，再加上 MAC層報(bào)頭，安全報(bào)頭、傳輸層報(bào)頭的長度，實(shí)際能夠給應(yīng)用層使用報(bào)文長度變得非常小uIPv6協(xié)議（ RFC2460）中規(guī)定的 MTU值最小是1280字節(jié)。如果鏈路層支持的 MTU小于此值，則鏈路層需要自己負(fù)責(zé)分片和重組u6LowPan工作組為 IEEE 層，把 IPv6數(shù)據(jù)包適配到 IEEE 理層和鏈路層之上，支持報(bào)文分片和重組，同時(shí)6LowPan規(guī)定了 IPv6報(bào)頭的無狀態(tài)壓縮方法，減小IPv6協(xié)議帶來的負(fù)荷 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程666LoWPANu[RFC 4919]– describes the problems and goalsu[RFC 4944] – defines the frame format for transmission of IPv6 packets as well as the formation of IPv6 linklocal addresses and statelessly autoconfigured addresses on top of – defines mechanisms for header pression required to make IPv6 practical on 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程676LoWPANu報(bào)頭壓縮的主要原理是通過壓縮編碼省略掉報(bào)頭中冗余的信息– 版本號 Version (4位 ): 在運(yùn)行 IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，此項(xiàng)可以 省略– 流類型 Traffic class (8 位 )：可以通過壓縮編碼壓縮– 流標(biāo)識 Flow label (20位 )：可以通過壓縮編碼壓縮– 載荷長度 Payload Length (16位 )：可以 省略 ， IP頭長度可以通過 MAC頭中的載荷長度字段計(jì)算出來– Next Header (8位 )：可以通過壓縮編碼壓縮，假設(shè)下一個(gè)頭是 UDP, ICMP, TCP或者擴(kuò)展頭的某一種– Hop Limit (8 位 )：唯一不能夠進(jìn)行壓縮的信息– Source Address(128位 )：可以壓縮，省略前綴Destination Address (128位 )：可以壓縮，省略前綴 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程686LoWPAN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)u底層采用 IEEE 定的 PHY層和 MAC層，網(wǎng)絡(luò)層采用 IPv6協(xié)議uIPv6中， MAC支持的載荷長度遠(yuǎn)大干 6LoWPAN 底層所能提供的載荷長度，為了實(shí)現(xiàn) MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的無縫鏈接， 6LoWPAN 工作組建議在網(wǎng)絡(luò)層和 MAC層之間增加一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)適配層 ，完成包頭壓縮、分片與重組以及網(wǎng)狀路由轉(zhuǎn)發(fā)等 上一頁 下一頁 6LoWPAN 的優(yōu)勢u普及性– IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，作為下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的 IPv6，也在加速其普及的步伐，在 LRWPAN 網(wǎng)絡(luò)中使用 IPv6更易于被接受 u適用性– IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧架構(gòu)受到廣泛的認(rèn)可， LRWPAN 網(wǎng)絡(luò)完全可以基于此架構(gòu)進(jìn)行簡單、有效地開發(fā)u更多地址空間u IPv6應(yīng)用于 LRWPAN 最大亮點(diǎn)就是龐大的地址空間。這恰恰滿足了部署大規(guī)模、高密度 LRWPAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要清華大學(xué) 研究生課程69 上一頁 下一頁 6LoWPAN 的優(yōu)勢u支持無狀態(tài)自動(dòng)地址配置– IPv6中當(dāng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)，可以自動(dòng)讀取 MAC地址，并根據(jù)相關(guān)規(guī)則配置好所需的 IPv6地址。這個(gè)特性對傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，非常具有吸引力，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，不可能對傳感器節(jié)點(diǎn)配置用戶界面，節(jié)點(diǎn)必須具備自動(dòng)配置功能u易接入– LRWPAN 使用 IPv6技術(shù)，更易于接入其他基于 IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)及下一代互聯(lián)網(wǎng)，使其可以充分利用 IP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)u易開發(fā)– 目前基于 IPv6的許多技術(shù)已比較成熟，并被廣泛接受，針對LRWPAN 的特性對這些技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木喓腿∩?，簡化了協(xié)議開發(fā)的過程清華大學(xué) 研究生課程70 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程716LoWPAN 的關(guān)鍵技術(shù)uIPv6和 IEEE – IEEE IPv6數(shù)據(jù)包。因此，要協(xié)調(diào)二者之間的關(guān)系，就要在網(wǎng)絡(luò)層與MAC層之間引入適配層，用來完成分片和重組的功能u地址配置和地址管理– IPv6支持無狀態(tài)地址自動(dòng)配置，相對于有狀態(tài)自動(dòng)配置的來說，配置所需開銷比較小，這正適合 LRWPAN 設(shè)備特點(diǎn)。同時(shí)，由于 LRWPAN 設(shè)備可能大量、密集地分布在人員比較難以到達(dá)的地方，實(shí)現(xiàn)無狀態(tài)地址自動(dòng)配置則更加重要 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程726LoWPAN 的關(guān)鍵技術(shù)u網(wǎng)絡(luò)管理– 6LoWPAN 傾向于在 LRWPAN 上使用 SNMPv3進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。但是，由于 SNMP的初衷是管理基于 IP的互聯(lián)網(wǎng)，要想將其應(yīng)用到硬件資源受限的LRWPAN 網(wǎng)絡(luò)中。仍需要進(jìn)一步調(diào)研和改進(jìn)u安全問題– 由于使用安全機(jī)制需要額外的處理和帶寬資源，并不適合 LRWPAN 設(shè)備，而 層提供的 AES安全機(jī)制又相對寬松，有待進(jìn)一步加強(qiáng)，因此尋找一種適合 LRWPAN 的安全機(jī)制就成為 6LoWPAN 研究的關(guān)鍵問題 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程736LoWPAN 協(xié)議層次 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程74協(xié)議棧的報(bào)文封裝格式 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程75屬性 第一種實(shí)現(xiàn) ArchRock實(shí)現(xiàn) Jennic實(shí)現(xiàn)硬件平臺 TelosB和 MicaZ硬件平臺 Arch Rock PhyNet 平臺 JN5139 微控制器操作系統(tǒng) 無特征支持適配層的分片報(bào)頭、Mesh尋址報(bào)頭和廣播報(bào)頭的處理，實(shí)現(xiàn)了 IPv6報(bào)頭的 HC1壓縮和 UDP的HC壓縮以及對未壓縮報(bào)頭的處理。沒有實(shí)現(xiàn)完整IPv6協(xié)議棧的所有需求，能夠響應(yīng) ICMP回應(yīng)請求并在 UDP協(xié)議之上處理通信第一個(gè)獲得 “IPv6 ReadyPhase 2 (Gold)” 標(biāo)志的商業(yè) 6LoWPAN實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議棧通過了 450次一致性和互操作性測試。 PhyNet 增加了對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換以及遍歷 PhyNet 路由器和 PhyNet 服務(wù)器的支持第一個(gè) 6LoWPAN的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 IETF 標(biāo)準(zhǔn)的 IP網(wǎng)絡(luò)，基于 IEEE 物理層和 MAC層 ，點(diǎn)對點(diǎn)、星型和自組織樹型網(wǎng)絡(luò)，典型的100個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)形成和修復(fù)路由，端到端的消息確認(rèn)6LoWPAN 的幾種實(shí)現(xiàn)對比 上一頁 下一頁 清華大學(xué) 研究生課程76屬性Sensinode實(shí)現(xiàn)（NanoStack? ）Berkeley實(shí)現(xiàn)(blowpan)Cisco,Atmel,SICS實(shí)現(xiàn)(SICSlowpan) 硬件平臺 KitWrx 456 Tmote Sky平臺 Atmel AVR Raven 平臺操作系統(tǒng) Windows CE Contiki特征 GHz (CC2430) 芯片支持 ,868/915 MHz (CC1110) 芯片支持 ,典型的 3264 kB的 ROM ,典型的 48 kB的 RAM, 6LoWPAN, IPv6, UDP, ICMPv6標(biāo)準(zhǔn) , IEEE ,NanoMesh? 路由 ,網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)配置 ,128位 AES安全支持 ,