基于IPv6协议的无线传感网服务架构研究

盛雨晶

摘 要：目前，关于传感器网络与IPv6互联的技术研究在国内外已经兴起。然而，现有的初步研究工作仅局限在简单的数据传输，功能上也远不能满足实际需求；缺少一个统一服务框架，应用开发效率低、难度大，缺少因特网互联的支持，无法支撑大规模聚集式应用。

关键词：IPv6；无线；传感网

中图分类号：TN929.5；TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0090-01

1 项目研究背景和意义

1.1 研究背景

随着电子科技的进步，传感器网络已经经历了四代的发展，无线传感网作为新兴的下一代传感网络，节点计算能力更强，节点间通信更加方便，能够实现比以往更加复杂的应用。现阶段的无线传感网正处于研究和开发阶段，已有一些试验性项目，美国INTEL公司从2002年开始了基于微型无线传感网络的新型计算发展规划，我国也在无线传感网的节点硬件设计、操作系统设计、网络路由等方面陆续开展工作。

1.2 研究目标

研究传感器网络与下一代互联网互联的问题，重点研究具通用性的基础服务和对应的面向传感器网络的IPv6支撑协议，以方便快速构建连接传感器网络和互联网，连接不同地域环境的传感器网络的大规模应用。

2 基于IPv6的无线传感器网络的相关协议

本项目研究面向典型应用的共性基础服务，以及支撑服务的基于IPv6的无线传感器网络协议族，并构建典型应用环境，部署并运行一个完整的服务系统。服务系统及其支撑协议的整体架构，如图1所示。

2.1 传感网IPv6协议族

IPv6具有地址数量大，很好的支持自组织组网等诸多优点，充分符合传感器网络与互联网互联的网络层协议要求。但传感节点由于诸多硬件限制，难以实现整个IPv6协议族，需要基于上面提到的几类服务，针对性的研究必需的几类简化IPv6协议，服务和IPv6中的协议对应关系，如图2所示。

由于无线传感网节点功耗和计算能力等方面的限制，使得不可能也不必要实现完整的IPv6协议族，而要根据上层服务的需求，仅实现必需的最小协议集合，需符合两条要求：首先，输入/输出数据包都具有标准格式，能与IPv6网络互连互通；其次，为降低功耗，去除IPv6协议标准中不需要的功能和属性。主要研究内容分为以下几类。

2.1.1 路由协议

主要实现局部网络常用的ICMPv6和邻居发现（Neighbor Discovery， ND）协议，以支持传感节点的自组织组网。

2.1.2 传输协议

单播通信支持UDP协议，TCP协议由于其复杂性不适合在传感网节点实现，且传感网内由于数据量不大，基于其特点实现逐跳可靠传输，跨越互联网的可靠传输可由网关提供支持。

2.1.3 服务协议

①自动服务注册。

网关需要向中央服务器预注册以获取一些全局分配信息，如IPv6地址。传感节点经简单的撒播部署后能自动组织成局部传感网络，并连接到网关，网关根据预设信息在指定的中央服务器上注册该网络，并返回一些传感网内节点的初始信息。

②可靠的点对点通信服务。

互联网内的点对点通信的可靠性由TCP协（下转92页）（上接90页）议来保证，但由于传感网节点较弱的功能和单次传输信息较少的特点，TCP协议的消耗过大。另外，如果传感网节点具移动性，路由会经常更改和出错，造成上层连接频繁的不稳定。

3 IPv6的无线传感器网络创新之处

3.1 以面向服务为目标，提出融合传感网和互联网的服务框架

结合目前省内可持续化发展的需求，提出基于IPv6协议的融合传感网和互联网的服务框架，可有效用于涉及多个传感网的跨互联网的大规模聚集应用。服务框架提供自动服务注册机制，有利于应用的快速部署；提出了适合混合网络整体特点的可靠通信机制，以保证一些关键应用的可靠性；并提供针对单个节点访问的服务原语，规范化了节点的访问方法，消除了应用开发时的大量重复性工作；同时以整网操作为目标，提出了更具应用信息的群操作服务，消除了IPv6多播协议和上层应用需求的差距，方便全局信息的配置。

3.2 面向传感网和互联网互联的传感网IPv6精简协议栈设计

针对传感器网络终端设备和网络设备对网络的需求，充分考虑必要的传感器网络的在功耗和性能方面的要求，结合节点的大部分应用场景，精简IPv6协议栈。从OSI七层协议的角度，裁减高层协议。在报头定义、路径最大传输单元发现、邻居发现、地址自动配置等方面进行相应修改。精简后的协议能够保证和下一代互联网的互联，同时兼顾自主设计的传感节点的资源配置。

参考文献：

[1] 肖晓军.美国防部C4KISR系统研究现状与展望[J].装备参考， 2003，（5）.

[2] RM Kling， R Adler， J Huang，etc.Intel Mote： sensor network technology for industrial applications[J].In proc of 24th IEEE INFOCOM，2005，（6）.