探討IPv6的無線傳感網異構通信技術

繆小明

摘 要：隨著物聯網的不斷發展，無限傳感網絡朝著IPv6網絡的發展方向逐漸靠近，由此生成了ZigBee與6LoWPAN兩種不同的異構協議通信架構，即6LoWPAN-IPv6_Zigbee。該結構在完成異構節點問題分析的基礎上，設計了一些列有關實際操作的流程，此外，還對相關的協議轉換模式、網關功能、系統結構等方面也進行重新設計。期望當下的異構通信技術能夠對無線網絡發展帶來一定的幫助。

關鍵詞：IPv6；無限傳感網；異構通信

近年來，IPv6無線傳感網通信技術得到了快速的發展，其在無線網絡中得到了廣泛的應用，并且已經取得了良好的陳國，但是，其在應用的過程中仍然存在一些問題，阻礙了IPv6無線傳感網通信技術的發展，基于這一問題，本文分析了異構網絡協互通，然后針對IPv6無線傳感網通信技術的關鍵技術展開討論和分析，希望能有效的改善當前IPv6無線傳感網通信技術的應用現狀，促進無線網絡行業的快速發展。

1、異構網絡協互通研究

1.1Zigbee-6LoWPAN

現階段關于Zigbee與6LoWPAN兩種節點的互通方案相對較少，歸納起來是主要有雙棧網關和雙棧節點這兩種方案。兩個方案的相同點是Zigbee的應用環節中加入了有關IPv6的協議，也就是說將實際的IP數據當做應用層數據進行處理。雙棧節點可以分別實現Zigbee和6LoWPAN的相關功能，但是不能同時實現兩個節點的功能，特別是對于具有一定資源限制與功耗較大的節點來說，更加不適用。雙棧網關可以有效的減少區域內節點的能源消耗。兩個方案的相同點是都停在框架層面上，不能實現數據包的重裝與首部位置的解壓縮，也沒有對相關的服務問題與尋址問題進行解決。

1.2Zigbee-IPv6

為了實現ZigBee與IPv6之間的網絡互連，需要在ZigBee網絡和IPv6網絡之間增加傳輸層，并為ZigBee節點分配有效的IPv6地址。當邊界網關從IPv6網絡接收數據包時，解析分組通過將有效數據映射為ZigBee的應用層，同時將信息映射到ZigBee網絡，將有效數據發送給ZigBee網絡。在接收到ZigBee網絡側的分組之后，應用層數據也被封裝在IPv6網絡層中并轉發到IPv6網絡。我們設計了一種可以轉換ZigBee和IPv6節點的交互機制。最后，通過雙棧網關完成最終地址交換，雖然該方法在一定程度上解決了兩個節點的地址問題，但忽略了實際信息傳輸的安全問題。此外，ZigBee中沒有相關的服務問題的進一步解決方案，經過多年的實驗研究，一些學者提出了一種新的節點交互機制。在現有的改進的交互機制的基礎上，雙棧網關不僅實現了各個節點的標準地址的相互轉換，而且解決了ZigBee中的服務問題和IP中的協議轉換。這種轉換的主要位置是在網絡層中，從而可以有效地保證應用層上的數據傳輸。為了防止信息泄露，該協議轉換為每個ZigBee區域建立了相關設置，以便于IP網絡的綜合集成。上述的ZigBee和IPv6的互操作和集成、服務功能轉換和地址轉換對于兩個網絡的集成具有重要的參考價值。

2、關鍵技術

2.1地址轉換

對于異構網絡，網絡互操作的最大問題是找到地址，ZigBee中的每個節點都需要在IPv6地址與6LoWPAN通信之前具有IPv6地址。6LoPAN-IPV6-ZigBee地址轉換的地點通常在邊境網關的中間，由IEEE定義的兩個主要鏈路層地址：在域網絡中動態分配的16位數字的短地址和由相關設備的制造商設置的64位長地址，并且這兩個地址可以同時存在于節點中。在ZigBee網絡中，可以使用16位短地址，并且可以使用64位長地址，但是節點必須在IPv6網絡中具有IP地址，使得兩個異構網絡之間的通信必須在ZigBee地址和IPv6地址之間實現，并且通常是通用的。一個基于64位地址的EUI64。它是唯一可行的生成IPv6地址的映射方案。ZigBee和6LoWPAN通常在域內完成通信時使用16位短地址，但這兩種方式不同。ZigBee主要使用相關的算法來分配地址給節點，6LoWPAN主要是使用邊界路由來使用重復檢測機制來分配節點地址。因此，邊界網關應該將不同的地址分配給不同的通信節點，也就是說，它們對應于EUI-64逐個地址。由于ZigBee協議中沒有適配層，因此有必要在這里添加一個相關規則，以便于IPv6的某個地址轉換。此外，在邊界網絡中還建立了ZigBee短地址和相應的IPv6地址和EUI64（通常由EUI64生成）表。映射表不僅包括一定的節點地址信息，而且還包括該區域之外的一些地址信息。例如，ZigBee協調器向對應于6LoWPAN節點的特定域節點分配相應的短地址，然后向對應的映射表中添加特定項信息，以完成不同域中的節點之間的通信。

2.2報文轉換

由于Zigbee和IPv6可以實現一定的地址轉換，因此也可以在兩者之間實現報頭的轉換，即Zigbee邊界網關實現Zigbee網絡層的報頭Pv6中第一個位置的轉換。上述地址轉換實際上包含在當前消息轉換中，因此需要充分重視這一內容。ZigBee幀設計考慮IEEE802.15.4標準設定的鏈路層負載長度限制，并且不要求包頭壓縮。由于IPv6數據包頭很大，為了在IEEE802.15.4協議上運行，必須按照6LoWPAN標準壓縮包頭。因此，Zigbee和IPv6數據包報頭轉換時，需要完成數據包報頭的壓縮和解壓縮，并且合理完成安全和路由兩種協議信息的轉換，并且必須考慮這些組件。6LoWPAN數據包和Zigbee數據包都在鏈路層的最大傳輸單元內。因此，兩個節點之間的通信不需要考慮數據分組重組和分段，但是6LoWPAN層的壓縮仍然是不可或缺的。

2.3服務發現

在進行網絡初始化后，開展具體的節點通信前，還要做好相應的設備發現和服務發現。節點會自動借助網絡平臺找尋自己感興趣的設備與服務，然后和其進行相互通信，與此同時，

節點還需要向網絡當中播報自己的服務功能與相關設備信息，方便其他節點的查找。Zigbee設計團隊在應用層當中研發出了一套關于服務與設備的發現機制，也就是所謂的服務發現機制。其中IP中主要是指SSDP協議，6LoWPAN主要是指COAPCL協議，Zigbee中則主要是指ZDO-SD協議。三者之間在相互協作的過程中，相互轉化，實現信息的交互。在整體的服務發現機制中，6LoWPAN-IPv6-Zigbee架構更多的是在邊界網關當中實現Zigbee、IP、6LoWPAN之間的協議，同時完成相互之間的信息轉換。

結語

綜上所述，隨著無線網絡的不斷發展，無線傳感異構通信也在不斷發展。文章在充分考慮了Zigbee和6LoWPAN協議特性的基礎上，對這兩種通信進行了研究，在保證兩者原有特征的基礎上，在網關當中添加一定的轉換模塊以此來實現兩種協議的互通，最終給出了新的通信模式與框架，具有很強的創新性，也為深入的研究無線網絡異構融合做好了一定鋪墊。

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（作者單位：中郵通建設咨詢有限公司）