基于WPAN的TCP/IP协议栈的设计与实现

摘要

无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)是一种在个人活动空间范围内通信的无线网络技术，是比无线局域网(WLAN)覆盖范围更小的一种无线网络。IEEE在1999年成立了IEEE802.15工作小组，专门负责制定各类WPAN技术的物理层和MAC层规范。IEEE802.15.4是其中之一，主要针对低速率无线个域网（LR-WPAN）的应用，目前已被广泛应用在各类无线传感器网络的技术中。由于缺乏相关的考虑，传统的WPAN技术在网络层都是采用私有协议，这导致了基于WPAN技术的终端局域网络很难无缝地融合到基于IP的骨干网络中去。
　　IPv6是新一代的国际互联网协议，其各项新特性使其非常适合应用在 WPAN技术上，随着IPv6的逐渐推广和实用，将IPv6技术应用到无线传感网络和物联网（Internet of Things，IOT）中有着重大的意义。因此，IETF在2005年专门成立了6LoWPAN工作小组，致力于研究IPv6技术在WPAN上的应用。
　　aCoral是电子科大实时计算研究所从2009年开始研发的嵌入式实时操作系统，尚未支持基于IP的无线传感网络应用，本文致力于在aCoral中实现一套基于IEEE802.15.4低速率网络的IPv6协议栈。
　　本文在详细分析了相关技术细节的基础上，完成了基于ARM的STM32微控制器和 CC2520射频芯片的硬件实验平台的设计，并在该实验平台上逐步完成了aCoral下支持6LoWPAN的IPv6协议栈的开发，主要工作包括：CC2520射频驱动程序和外设驱动程序的设计、aCoral到STM32的移植、uIPv6到aCoral的移植和6LoWPAN适配层的设计与实现。在实现各个模块的同时进行了单元测试，最后进行了系统测试，验证了系统设计的正确性。
　　在设计实现的过程中，对IEEE802.15.4射频芯片的硬件接口进行了抽象，实现了类似aCoral中硬件抽象层的功能，这使本文设计的WPAN协议栈更具通用性，能够较为简单的移植到不同的硬件平台上去。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本文的组织结构

第二章 主要技术背景

2.1IEEE 802.15.4标准

2.2 IPv6 网络协议

2.3 6LoWPAN适配层技术

2.4 本章小结

第三章 aCoral操作系统和uIPv6的移植

3.1 aCoral嵌入式操作系统简介

3.2 uIPv6网络协议栈的剖析

3.3 硬件实验平台的设计

3.4 aCoral的移植

3.5 uIPv6到aCoral的移植

3.6 本章小结

第四章 射频驱动和适配层的实现

4.1 射频驱动程序的实现和接口抽象

4.2 6LoWPAN的设计与实现

4.3 本章小结

第五章 测试与分析

5.1 单元测试

5.2 系统测试

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果