6LoWPAN在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用仿真

摘要：提出了一種基于6LoWPAN的物聯(lián)網(wǎng)總體方案，同時(shí)對(duì)協(xié)議中的Mesh字段進(jìn)行了改進(jìn)，然后在網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境下對(duì)本協(xié)議平均傳輸成功率、平均延遲時(shí)間的性能進(jìn)行了比較分析，并在仿真環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，改進(jìn)后的協(xié)議具有更好的性能。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；Mesh；網(wǎng)關(guān)；協(xié)議

0 引言
物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)等信息載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而提供智能服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。國(guó)家“十二五”規(guī)劃明確提出，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)在智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、金融與服務(wù)業(yè)、國(guó)防軍事等十大領(lǐng)域重點(diǎn)部署。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)低功耗、低成本等特點(diǎn)的要求，IEEE802．15．4是當(dāng)前最適合的底層技術(shù)，但I(xiàn)EEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)只定義了其中的兩層，即物理層(PHY)和MAC子層。位于這兩層以上的層在IEEE802．15．4中并沒(méi)有定義，為此，本文根據(jù)IEEE802．15．4的特點(diǎn)，給出了ZigBee和6LoWPAN在其IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)上層應(yīng)用規(guī)范中的兩種最典型的實(shí)現(xiàn)形式。

1 總體設(shè)計(jì)
圖1所示是基于IEEE802．15．4的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議示意圖。

本文主要研究的是基于6LoWPAN的物聯(lián)網(wǎng)。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)可能有很多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且可能通過(guò)Internet與其它節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。為了能夠與其它IP設(shè)備互操作，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要使用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)問(wèn)可以使用其它協(xié)議，但為了方便與網(wǎng)關(guān)連接，合理的方法應(yīng)該是采用IP協(xié)議。6LoWPAN的目標(biāo)就是在IEEE802．15．4 MAC層上構(gòu)建IPv6協(xié)議棧，使物聯(lián)網(wǎng)能夠平滑地連接到IPv6 Internet。
為了實(shí)現(xiàn)與IPv6 Internet的互聯(lián)，本文給出了如圖2所示的總體設(shè)計(jì)。該協(xié)議中間采用的是雙協(xié)議棧網(wǎng)關(guān)，其中一邊是IPv6網(wǎng)絡(luò)，一邊是由物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)的相互通信。

但這種設(shè)計(jì)仍然存在以下問(wèn)題：第一是IPv6包頭很大，而IEEE802．15．4 MAC凈荷僅有127 B，所以需要對(duì)IPv6包頭進(jìn)行壓縮以便騰出位置；第二是IPv6數(shù)據(jù)包支持的最小字節(jié)數(shù)(1280B)遠(yuǎn)大于IEEE802.15.4幀所能包含的字節(jié)數(shù)(127B)，因此，必須拆包才能裝進(jìn)IEEE802．15．4幀中；第三，因IPv6地址數(shù)量為海量，故將導(dǎo)致路由表太長(zhǎng)，如果在IP層選路，則選路時(shí)間太長(zhǎng)，難以接受。為此，本文在6LoWPAN體系結(jié)構(gòu)中引入了一個(gè)適配層，并在該層完成數(shù)據(jù)分片與數(shù)據(jù)重組、壓縮和選路等功能。圖3所示是其壓縮與分片示意圖。
1．1 包頭壓縮的設(shè)計(jì)
雖然IEEE802．15．4幀保留了81 B的空間來(lái)供IPv6使用，但是僅IPv6報(bào)頭就占了40B，而如果使用UDP報(bào)文的話，UDP報(bào)頭還要占用8B，剩余空間就更加有限。因此，必須使用報(bào)頭壓縮技術(shù)來(lái)提高報(bào)文的凈荷傳輸率。
6LoWPAN報(bào)頭壓縮的基本思想首先是使報(bào)頭中所有在連接過(guò)程中保持不變的域都可以完全壓縮掉；第二是使報(bào)頭中變化的、可以預(yù)先知道的域也可以壓縮掉；第三，使得報(bào)頭中由鏈路層可獲知的信息域也可以壓縮掉；第四，使報(bào)頭中有些域的存在是有條件的或是可選的，這樣，對(duì)于特定應(yīng)用就可以去掉。
其具體的壓縮見(jiàn)表1所列。