基于IPv6協議的無線傳感網服務架構研究

盛雨晶

摘 要：目前，關于傳感器網絡與IPv6互聯的技術研究在國內外已經興起。然而，現有的初步研究工作僅局限在簡單的數據傳輸，功能上也遠不能滿足實際需求；缺少一個統一服務框架，應用開發效率低、難度大，缺少因特網互聯的支持，無法支撐大規模聚集式應用。

關鍵詞：IPv6；無線；傳感網

中圖分類號：TN929.5；TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0090-01

1 項目研究背景和意義

1.1 研究背景

隨著電子科技的進步，傳感器網絡已經經歷了四代的發展，無線傳感網作為新興的下一代傳感網絡，節點計算能力更強，節點間通信更加方便，能夠實現比以往更加復雜的應用。現階段的無線傳感網正處于研究和開發階段，已有一些試驗性項目，美國INTEL公司從2002年開始了基于微型無線傳感網絡的新型計算發展規劃，我國也在無線傳感網的節點硬件設計、操作系統設計、網絡路由等方面陸續開展工作。

1.2 研究目標

研究傳感器網絡與下一代互聯網互聯的問題，重點研究具通用性的基礎服務和對應的面向傳感器網絡的IPv6支撐協議，以方便快速構建連接傳感器網絡和互聯網，連接不同地域環境的傳感器網絡的大規模應用。

2 基于IPv6的無線傳感器網絡的相關協議

本項目研究面向典型應用的共性基礎服務，以及支撐服務的基于IPv6的無線傳感器網絡協議族，并構建典型應用環境，部署并運行一個完整的服務系統。服務系統及其支撐協議的整體架構，如圖1所示。

2.1 傳感網IPv6協議族

IPv6具有地址數量大，很好的支持自組織組網等諸多優點，充分符合傳感器網絡與互聯網互聯的網絡層協議要求。但傳感節點由于諸多硬件限制，難以實現整個IPv6協議族，需要基于上面提到的幾類服務，針對性的研究必需的幾類簡化IPv6協議，服務和IPv6中的協議對應關系，如圖2所示。

由于無線傳感網節點功耗和計算能力等方面的限制，使得不可能也不必要實現完整的IPv6協議族，而要根據上層服務的需求，僅實現必需的最小協議集合，需符合兩條要求：首先，輸入/輸出數據包都具有標準格式，能與IPv6網絡互連互通；其次，為降低功耗，去除IPv6協議標準中不需要的功能和屬性。主要研究內容分為以下幾類。

2.1.1 路由協議

主要實現局部網絡常用的ICMPv6和鄰居發現（Neighbor Discovery， ND）協議，以支持傳感節點的自組織組網。

2.1.2 傳輸協議

單播通信支持UDP協議，TCP協議由于其復雜性不適合在傳感網節點實現，且傳感網內由于數據量不大，基于其特點實現逐跳可靠傳輸，跨越互聯網的可靠傳輸可由網關提供支持。

2.1.3 服務協議

①自動服務注冊。

網關需要向中央服務器預注冊以獲取一些全局分配信息，如IPv6地址。傳感節點經簡單的撒播部署后能自動組織成局部傳感網絡，并連接到網關，網關根據預設信息在指定的中央服務器上注冊該網絡，并返回一些傳感網內節點的初始信息。

②可靠的點對點通信服務。

互聯網內的點對點通信的可靠性由TCP協（下轉92頁）（上接90頁）議來保證，但由于傳感網節點較弱的功能和單次傳輸信息較少的特點，TCP協議的消耗過大。另外，如果傳感網節點具移動性，路由會經常更改和出錯，造成上層連接頻繁的不穩定。

3 IPv6的無線傳感器網絡創新之處

3.1 以面向服務為目標，提出融合傳感網和互聯網的服務框架

結合目前省內可持續化發展的需求，提出基于IPv6協議的融合傳感網和互聯網的服務框架，可有效用于涉及多個傳感網的跨互聯網的大規模聚集應用。服務框架提供自動服務注冊機制，有利于應用的快速部署；提出了適合混合網絡整體特點的可靠通信機制，以保證一些關鍵應用的可靠性；并提供針對單個節點訪問的服務原語，規范化了節點的訪問方法，消除了應用開發時的大量重復性工作；同時以整網操作為目標，提出了更具應用信息的群操作服務，消除了IPv6多播協議和上層應用需求的差距，方便全局信息的配置。

3.2 面向傳感網和互聯網互聯的傳感網IPv6精簡協議棧設計

針對傳感器網絡終端設備和網絡設備對網絡的需求，充分考慮必要的傳感器網絡的在功耗和性能方面的要求，結合節點的大部分應用場景，精簡IPv6協議棧。從OSI七層協議的角度，裁減高層協議。在報頭定義、路徑最大傳輸單元發現、鄰居發現、地址自動配置等方面進行相應修改。精簡后的協議能夠保證和下一代互聯網的互聯，同時兼顧自主設計的傳感節點的資源配置。

參考文獻：

[1] 肖曉軍.美國防部C4KISR系統研究現狀與展望[J].裝備參考， 2003，（5）.

[2] RM Kling， R Adler， J Huang，etc.Intel Mote： sensor network technology for industrial applications[J].In proc of 24th IEEE INFOCOM，2005，（6）.