基于6LoWPAN协议的物联网自组网平台研究与实现

摘要

基于IP网络技术，由电池供电，资源严格受限且要求低功耗的无线嵌入式设备是物联网发展的趋势之一。这些无线嵌入式设备采用分布式的方式大量部署，组成无线传感网络（WSN）。目前WSN采用的无线通信技术多为非IP的，其并不能实现节点与IP网络的通信，而6LoWPAN协议实现了IEEE802.15.4协议和IPv6协议的转换通信，其可运行在电池供电、资源受限的低功耗WSN无线嵌入式设备中，实现节点与IPv6网络的通信，是物联网发展的一个潜力点。但目前6LoWPAN协议的应用还处于初步阶段，相关的应用还不是很多。因此，研究基于6LoWPAN协议的物联网自组网平台设计具有重要的意义。
　　本文首先对6LoWPAN网络的体系结构和协议栈进行研究。根据6LoWPAN网络的三种网络类型，即自组织的无IP网络通信、基本IP网络通信和具有本地服务器链路的IP网络通信，设计了一种在自组织网络通信网络类型基础上的基本IP网络通信的组网方案。
　　在该组网方案的组建过程中，对网内节点和网关节点进行了软硬件设计。分析了现有的三种硬件设计方案，采用单芯片模型以降低成本和体积。在节点运行的软件方面，选择Contiki系统作为节点软件。在网关节点设计中，分析了目前流行的边界网关实现模式及相应的软件结构，选择6LBR开源网关软件实现网关节点的软件设计。
　　最后，对设计的6LoWPAN自组网平台进行系统测试，测试过程包括移植测试和通信测试。移植测试通过串口打印信息的方式验证了Contiki系统内核和协议栈的成功初始化。通信测试使用客户端—服务器模型验证了节点端到端通信的成功，并通过定时发送定量数据包的方式统计了网络的各项参数。通过Ping网关节点和节点IPv6地址、使用Wireshark软件分析通信的数据包、使用火狐浏览器Copper插件对网关节点CoAP服务访问的方式验证了自组网平台的成功运行。实验的测试结果表明本文设计的6LoWPAN物联网自组网平台能够实现相应的功能。