6LoWPAN在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用仿真
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1．2 Mesh Delivery字段的改進(jìn)
基于IEEE802．15．4可以構(gòu)建星形、樹(shù)狀和Mesh狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型拓?fù)涞臒o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，覆蓋范圍小，鏈路冗余度差，可靠性低，拓?fù)鋽U(kuò)展不便；樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合于節(jié)點(diǎn)靜止或者移動(dòng)少的場(chǎng)合，其路由屬于靜態(tài)路由，不需要存儲(chǔ)路由表，它對(duì)傳輸數(shù)據(jù)包的響應(yīng)較快，缺點(diǎn)是所選擇的路由并非是最佳的路由；而Mesh狀的網(wǎng)絡(luò)則適合節(jié)點(diǎn)移動(dòng)頻繁和節(jié)點(diǎn)數(shù)目多的場(chǎng)景，因而更適合于實(shí)際的應(yīng)用。
從適配層分片報(bào)文格式可知，除了第一片外，后續(xù)分片的Mesh Delivery字段都要添加適應(yīng)層源地址和適應(yīng)層最終目的地址，這樣就無(wú)形中大大增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。為了減少負(fù)載，可以對(duì)后續(xù)分片進(jìn)行修改。由于后續(xù)分片和第一片的適應(yīng)層源地址和適應(yīng)層最終目的地址完全相同，因而可以取消后續(xù)片的地址字段。為了不改變?cè)瓉?lái)的選路功能，可用datagram_tag字段取代地址字段，把原來(lái)較長(zhǎng)的Mesh Delivery地址字段改成僅需9 b的datagram_tag字段，這樣就減少了后續(xù)分片所增加的負(fù)載，提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率。在進(jìn)行選路時(shí)，可通過(guò)讀取datagram_ tag字段獲取地址，由于后續(xù)片的datagram_tag字段值和第一片相同，所以，就可通過(guò)該字段獲取第一片的地址，這樣就能實(shí)現(xiàn)選路功能。修改后的Mesh Delivery字段格式如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175896.htm
另外，由于選路時(shí)讀取的是9 b的datagram_tag字段值，要比讀取源地址和最終目的地址快得多，每個(gè)分片都會(huì)節(jié)省大量時(shí)間，這樣，總的時(shí)延也就減少了很多，從而大大降低了傳輸時(shí)延。
1．3 感知節(jié)點(diǎn)與IPv6節(jié)點(diǎn)的通信過(guò)程
感知節(jié)點(diǎn)與IPv6節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，首先由IPv6節(jié)點(diǎn)向目的感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)獲取采集數(shù)據(jù)的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，此數(shù)據(jù)包到達(dá)網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)將IPv6請(qǐng)求數(shù)據(jù)包進(jìn)行精簡(jiǎn)(即壓縮)，然后根據(jù)IPv6報(bào)文是否需要分片的要求分別用相應(yīng)的適配層頭部封裝精簡(jiǎn)過(guò)的IPv6數(shù)據(jù)包，最后將其封裝成IEEE802．15．4幀在鏈路層進(jìn)行傳輸，然后到達(dá)目的感知節(jié)點(diǎn)；目的感知節(jié)點(diǎn)接收到所有的分片后，對(duì)分片進(jìn)行重組，然后處理IPv6報(bào)文中的應(yīng)用層數(shù)據(jù)(即服務(wù)請(qǐng)求消息)，處理完成后，再用精簡(jiǎn)的IPv6報(bào)文頭部按分片的要求對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以將其封裝成IEEE802． 15．4幀進(jìn)行傳輸；之后，即可根據(jù)適配層頭部信息對(duì)返回的IPv6報(bào)文進(jìn)行重組，并對(duì)精簡(jiǎn)IPv6報(bào)頭進(jìn)行還原操作；最后，再將完整的IPv6報(bào)文封裝到IPv6網(wǎng)絡(luò)所使用的鏈路層幀中，并將其發(fā)送到IPv6網(wǎng)絡(luò)上，IPv6網(wǎng)絡(luò)按照IPv6路由方式將此幀路由到源節(jié)點(diǎn)，以結(jié)束傳輸過(guò)程。
2 仿真結(jié)果分析
改進(jìn)結(jié)束后，即可在仿真環(huán)境下比較改進(jìn)后的6LoWPAN協(xié)議與原協(xié)議的性能?？稍诜抡鎱^(qū)域內(nèi)布置1個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與150個(gè)感知節(jié)點(diǎn)，為了取得明顯的效果，選擇的數(shù)據(jù)包部應(yīng)是大于1 500 B的數(shù)據(jù)包，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可對(duì)改進(jìn)后的6LoWPAN協(xié)議與原協(xié)議的平均傳輸成功率、平均延遲時(shí)間性能進(jìn)行分析。其中，平均延遲時(shí)間是指發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)刻到接收方接收到數(shù)據(jù)包時(shí)刻之間的平均時(shí)間間隔，其分析結(jié)果如圖5所示。
由圖5所示的仿真結(jié)果可見(jiàn)，改進(jìn)后的6LoWPAN協(xié)議，不但沒(méi)有對(duì)選路產(chǎn)生影響，反而還在一定程度上提高了數(shù)據(jù)包的接收率。另外，改進(jìn)后的協(xié)議在減少開(kāi)銷(xiāo)的同時(shí)，選路時(shí)也減少了延遲時(shí)間，其原因是對(duì)于分片的報(bào)文，只讀取了9 b的datagram_tag字段，從而要比讀取較長(zhǎng)地址字段大大節(jié)省時(shí)間。
3 結(jié)語(yǔ)
本文提出了一種基于6LoWPAN物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用方案，并在原有6LoWPAN協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)Mesh路由字段進(jìn)行了改進(jìn)。最后，在網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境下對(duì)本協(xié)議的數(shù)據(jù)包接收率、平均延遲時(shí)間等性能參數(shù)進(jìn)行了比較分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的6LoWPAN協(xié)議具有更好的性能。
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