6lowpan技术.doc

6LowPAN技术概述 摘要：6LowPAN即IPv6 over IEEE 802.15.4 ，是一种将IP协议引入无线通信网络的低速率的无线个域网标准，由于其所具有的低功率运行的潜力使它很适合应用在从手持机到仪器的设备中，因而引起了广泛的关注。为此介绍了6LowPAN技术，包括了它的关键技术和特点，最后介绍了其应用前景。 关键词：6LowPAN；IPv6；低功率 1 引言 近年来，无线网络技术已经开始渗透到人们的日常生活和工作中，它是一种集成了网络技术、嵌入式技术和传感器技术的低速率个域网（LR-WPAN）。LR-WPAN是一种为低价格、低功耗、短距离的无线通信设计的网络，用来满足对数据传输速率和延迟要求不高的无线接入。IEEE802.15.4是LR-WPAN的典型代表，其应用领域包括了：工业、农业、车载电子系统、家用网络、医疗传感器和私服执行机构等。然而，由于IEEE802.15.4标准具有可扩展性，只规定了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层标准，并没有涉及到网络层以上规范，因此就产生了多种不同的技术。6LowPAN就是其中的一种，6LowPAN应用的IPv6技术，以其非常充裕的地址空间和开放性，对LR-WPAN产生了极大的吸引力。 2 IEEE 802.15.4技术 IEEE802.15.4具有复杂度低、成本低、功耗小的特点，能在低成本设备之间进行低数据率的传输。它的主要特征包括以下几点：①低速率，对于2.4GHz、828MHz、915MHz三个频段分别对应250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s三种速率；②低功耗，在待机模式下可使用2节5号干电池驱动6个月以上；③低成本，一般采用硬件资源非常有限的底端嵌入式设备或更小的特殊设备；④短距离，接点信号覆盖范围有限，一般为10-100m；⑤低复杂度，比现有的标准低；⑥短帧长，最大帧长度为127字节；⑦多拓扑，支持形形拓扑和点对点拓扑两种基本结构及其混合组网。802.15.4规定的体系结构如图1所示： 图 1 3 6LowPAN技术 3.1 6LowPAN技术介绍 IEEE 802.15.4特别适合应用于嵌入式系统、微处理器等领域。而工业领域希望建立一种可以连接到每个电子设备的无线网，这样就会有相当数量的节点要接入互联网，这就需要大量的IP地址，IPv4越来越不能满足其应用的要求，因此人们寄希望于IPv6。6LowPAN技术底层采用IEEE 802.15.4规定的PHY层和MAC层，网络层采用了IPv6 协议。而6LowPAN技术特别适合应用于嵌入式IPv6这一领域，它使大量电子产品不仅可以在彼此之间组网，还可以通过IPv6协议接人下一代互联网，所以6LowPAN组织极力推荐6LowPAN技术，并且致力于实现在IEEE 802．15．4上传输IPv6数据包。由于在IPv6中，MAC支持的载荷长度远远大于6LowPAN的底层所能提供的载荷长度，为了实现MAC层与网络层的无缝链接，6LowPAN工作组建议在网络层和MAC层之间增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作。6LowPAN的层次结构如图2： 图 2 3.2 6LowPAN关键技术 1．IPv6和IEEE802.15.4的协调。IEEE802.15.4标准定义的最大帧长度是127字节。其中MAC头部最大长度为25字节，MAC载荷最大长度为102字节。在IPv6中，MAC载荷最大为1280字节，但是IEEE 802.15.4帧不能用来封装完整的IPv6数据包。因此，要协调二者，就需要在网络层与MAC层之间引入适配层，用来完成分片和重组的功能。 2．地址配置和地址管理。IPv6支持无状态地址自动配置，相对于有状态自动配置，配置所需开销比较小，并且LR—WPAN设备一般大量、密集地分布在人员比较难以到达的地方，实现无状态地址自动配置则更加重要。 3．网络管理。网络管理对LR—WPAN网络很关键。一般来说，网络规模大，而一些设备的分布地点又是人员所不能到达的，因此LR—WPAN网络应该具有自愈能力，要求LR—WPAN的网络管理技术能够在很低的开销下管理高度密集分布的设备。由于在IEEE802.15.4上转发IPv6数据提倡尽量使用已有的协议，而简单网络管理协议(SNMP)又为IP网络提供了一套很好的网络管理框架和实现方法，因此，6LowPAN倾向于在LR—WPAN上使用SNMPv3进行网络管理。但是，由于SNMP的初衷是管理基于IP的互连网，要想将其应用到硬件资源受限的LR—WPAN网络中，仍需要进一步调研和改进。 安全问题。由于使用安全机制需要额外的处理和带宽资源，并不适合LR—WPAN设备，而