基于6LoWPAN的无线传感器网络协议栈研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)技术，对本世纪人类生活和科技进步都有巨大的影响力，近几年它在智能家居、医疗检测、车辆参数检测、农田信息监测等方面都得到了广泛研究应用，同时促进了物联网技术的诞生和迅速兴起。IPv6作为下一代互联网的协议，通过自动识别机制、充足的地址空间、内置网络安全性，可以对接入网络的每一个无线设备进行IP全球化管理。若无线传感器网络与IPv6网络能够实现网络互联与信息融合，用户就可以通过互联网直接访问无线传感器节点查看检测参数或对其进行操作。因而，如何在无线传感器网络节点上实现复杂的IPv6协议栈已经成为重要的研究课题。
　　6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wirelwss Personal Area Network)技术的出现，使IPv6技术与无线传感网络的互联通信成为了可能，该技术巧妙地利用IPv6协议的技术特性，使得所有无线传感器节点都支持IPv6协议，进而真正的实现用户与节点端到端的无缝连接。
　　本文以无线传感器网络与IPv6技术互联通信实现融合为研究背景，在分析国内外对6LoWPAN技术与无线传感器网络协议栈技术的研究情况的基础上，深入研究了与课题相关的关键技术：IEEE802.15.4标准和IPv6协议。其次，考虑到无线传感器节点特点，参考6LoWPAN工作组提出的草案，设计了基于6LoWPAN技术的无线传感网络协议栈。对IPv6协议基本功能、ICMPv6协议的差错报文以及邻居发现协议的重复检测等功能进行了剪裁，并添加6LoWPAN适配层，主要对适配层的帧格式，地址的自动配置过程，报头压缩方法，分片与重组进行了设计。之后，又结合TinyOS操作系统主动消息模型的通信机制，使用nesC语言编程实现了协议栈，主要包括协议的各个功能模块，如报头压缩模块、报文的分片与重组模块，地址的自动配置模块，数据接收发送模块。最后，使用Telosb节点搭建仿真平台，对协议栈进行测试，结果表明协议栈可以实现数据交互通信，各个功能模块可以正常工作。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

第2章 协议栈涉及的关键技术

2.1IEEE 802.15.4标准

2.2 IPv6技术

2.3 TinyOS操作系统

2.4 本章小结

第3章 基于6LoWPAN的无线传感器网络协议栈设计

3.1 无线传感器网络体系结构设计准则

3.2 6LoWPAN协议栈结构

3.3 IPv6协议剪裁

3.4 协议栈适配层

3.5 本章小结

第4章 基于TinyOS的协议栈实现

4.1 TinyOS的通信机制实现

4.2 6LoWPAN协议栈的各功能模块实现

4.3 数据传输过程

4.4 本章小结

第5章 协议栈测试与结果分析

5.1 仿真平台搭建

5.2 协议栈功能测试

5.3 本章小结

结论

6.1 工作总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢