6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)的自適應(yīng)聯(lián)合網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

耿道渠,陳 慧,柴 俊,李小龍

(重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

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6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)的自適應(yīng)聯(lián)合網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

耿道渠*,陳 慧,柴 俊,李小龍

(重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的差異使得兩者在接入與數(shù)據(jù)包處理等方面都面臨著一定的技術(shù)難點(diǎn)。針對(duì)基于IPv6協(xié)議的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network)與互聯(lián)網(wǎng)接入方式的問(wèn)題,用無(wú)線射頻接入方式代替串口通信方式,提高通信過(guò)程中通信速率。同時(shí)結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)uNAT-PT(Micro Network Address Translation-Protocol Translation)、站間自動(dòng)隧道尋址協(xié)議技術(shù)ISATAP(Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol)和進(jìn)程間通信IPC(Inter-Process Communication)機(jī)制,在網(wǎng)關(guān)處實(shí)現(xiàn)了兩者之間的自適應(yīng)適配互通機(jī)制,優(yōu)化數(shù)據(jù)包流向問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)線射頻接入方式與協(xié)議適配的自適應(yīng)數(shù)據(jù)包調(diào)度機(jī)制能夠提高通信過(guò)程中的通信速率,減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,優(yōu)化網(wǎng)關(guān)通信性能。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)關(guān);ISATAP;uNAT-PT;自適應(yīng)

隨著無(wú)線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展,就無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Networks)而言,它必須和一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)連接在一起,使外部網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)測(cè)和控制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)才更具真實(shí)的意義[1]。為了實(shí)現(xiàn)WSN與Internet的互聯(lián),必須設(shè)計(jì)一種中間橋梁進(jìn)行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換[2],并從網(wǎng)絡(luò)層將WSN接入到Internet的體系結(jié)構(gòu)中[3],實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端的通信。在本文6LoWPAN和Internet的通信過(guò)程中,由于用戶(hù)可能位于當(dāng)前主流的IPv4網(wǎng)絡(luò)中,或是被IPv4網(wǎng)絡(luò)隔離的IPv6孤島中,亦或是被日益發(fā)展的IPv6網(wǎng)絡(luò)隔離的IPv4孤島中,這就導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)包存在多種轉(zhuǎn)發(fā)途徑的選擇,因此需要根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)一種靈活的接入方式。文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一種6LoWPAN無(wú)線傳感網(wǎng)與IPv6(Internet Protocol Version 6)[5]網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)直接通信的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng),但是當(dāng)前的Internet處于一種IPv4網(wǎng)絡(luò)占主導(dǎo)地位,漸漸向IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的階段,并且這個(gè)過(guò)渡階段還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程,所以該系統(tǒng)不能大范圍適用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中。文獻(xiàn)[6]應(yīng)用Netfilter[7]功能框架下的NAT-PT[8]解決了6LoWPAN與IPv4 Internet網(wǎng)絡(luò)通信的問(wèn)題,但是隨著IPv4地址日漸枯竭,IPv6網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)展的時(shí)代,WSN接入IPv4網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足不了未來(lái)的需求。文獻(xiàn)[9]在6LoWPAN接入IPv4網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中提出了一種用戶(hù)態(tài)與內(nèi)核態(tài)數(shù)據(jù)包調(diào)度的算法,解決了數(shù)據(jù)流向的問(wèn)題,但是通過(guò)串口接入的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)會(huì)因串口速率的制約而影響網(wǎng)關(guān)的通信速率。本文利用無(wú)線射頻單芯片的方式實(shí)現(xiàn)WSN與網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的無(wú)線連接,并結(jié)合嵌入式移植技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)邊界路由功能的移植,在網(wǎng)關(guān)處對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議適配并轉(zhuǎn)發(fā),提出了基于uNAT-PT機(jī)制和ISATAP[10]機(jī)制的聯(lián)合通信方式,解決WSN中的6LoWPAN節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的IPv4主機(jī)或IPv4/IPv6雙棧主機(jī)[11]之間端到端通信過(guò)程中數(shù)據(jù)包的多種轉(zhuǎn)發(fā)路徑的選擇問(wèn)題。本文首先根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)串口通信方式的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹與問(wèn)題分析,然后提出無(wú)線射頻接入方式的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方案,并對(duì)通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流向的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化,提出一種數(shù)據(jù)包的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證無(wú)線射頻單芯片通信方式及自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的有效性。

1 嵌入式自適應(yīng)聯(lián)合網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)方案

結(jié)合6LoWPAN技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的通信特點(diǎn),為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet端到端的相互通信,促進(jìn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的延伸與融合,設(shè)計(jì)出6LoWPAN和Internet互通的方案模型。

1.1 6LoWPAN接入Internet的應(yīng)用場(chǎng)景

圖1展示了6LoWPAN接入Internet的場(chǎng)景結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)主要包括4個(gè)部分:6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、Internet(IPv4)、IPv4主機(jī)或IPv4/IPv6雙棧主機(jī)。網(wǎng)關(guān)作為6LoWPAN和Internet通信的紐帶,通過(guò)數(shù)據(jù)包目的地址類(lèi)型的判斷選擇uNAT-PT或ISATAP機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),使6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與Internet中的主機(jī)進(jìn)行直接通信。

圖1 IPv6傳感網(wǎng)與Internet互聯(lián)互通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 串口通信網(wǎng)關(guān)模型的設(shè)計(jì)

針對(duì)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景,利用串口連接方式實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv4網(wǎng)絡(luò)端用戶(hù)的通信,其網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)方案如圖2所示,內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)如下:

圖2 串口通信方式網(wǎng)關(guān)模型設(shè)計(jì)

①6LoWPAN協(xié)調(diào)器

它以傳感網(wǎng)中邊界路由器的角色作為網(wǎng)關(guān)的一部分,通過(guò)串口接入”ARM Linux主控單元”。其內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)底層遵循IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)[12],上層采用IPv6協(xié)議,中間加入6LoWPAN適配層[13]完成協(xié)議適配功能,鏈路接入層添加SLIP模塊以支持在串行線路上對(duì)IP數(shù)據(jù)包的封裝和傳輸。

②輕量級(jí)地址/協(xié)議翻譯技術(shù)(uNAT-PT)

在純IPv4網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和純IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主機(jī)之間,由網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)和協(xié)議轉(zhuǎn)換(PT)兩部分在IPv4地址和IPv6地址間進(jìn)行地址及報(bào)文轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)通信[14]。

③ISATAP隧道技術(shù)

置于Linux內(nèi)核當(dāng)中,建立一條網(wǎng)關(guān)與雙棧主機(jī)的隧道通路。通過(guò)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文的封裝,實(shí)現(xiàn)IPv6主機(jī)通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)端到端的通信[15]。

1.3 無(wú)線射頻接收網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)串口將WSN邊界路由器與網(wǎng)關(guān)相連的模型中,串口速率限制了整個(gè)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信性能。為了改善這一問(wèn)題,本文在聯(lián)合網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)中采用一種無(wú)線射頻的方式將6LoWPAN接入Internet網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)關(guān)主要包括ARM9主控單元、電源管理模塊、2.4G無(wú)線收發(fā)模塊、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元、FLASH存儲(chǔ)器單元、以太網(wǎng)口以及以太網(wǎng)控制單元。如圖3所示。

圖4 無(wú)線射頻接入網(wǎng)關(guān)模型設(shè)計(jì)

圖3 嵌入式聯(lián)合網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖

ARM9主控單元中運(yùn)行TCP/IP和6LoWPAN兩套協(xié)議棧,完成數(shù)據(jù)包在6LoWPAN子網(wǎng)和Internet之間的收發(fā)和轉(zhuǎn)交,控制無(wú)線收發(fā)模塊、隨機(jī)存儲(chǔ)器單元、FLASH存儲(chǔ)器單元、以太網(wǎng)控制單元之間的數(shù)據(jù)交互。

1.4 無(wú)線射頻通信網(wǎng)關(guān)模型的設(shè)計(jì)

該模型結(jié)合無(wú)線射頻通信方式和嵌入式移植技術(shù)將6LoWPAN協(xié)議棧邊界路由器部分功能集成到ARM Linux主控單元,使其一起作為網(wǎng)關(guān)的實(shí)體,并對(duì)文獻(xiàn)[9]中的數(shù)據(jù)報(bào)文調(diào)度方式進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)在6LoWPAN協(xié)調(diào)器中進(jìn)行目的地址前綴的判斷,將收到的報(bào)文通過(guò)進(jìn)程間通信的方式發(fā)送到指定的uNAT-PT模塊或隧道處理模塊,而不需要進(jìn)行堵塞。如圖4所示。

1.4.1 6LoWPAN協(xié)議棧移植

經(jīng)過(guò)嵌入式移植技術(shù),在網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)6LoWPAN協(xié)調(diào)器的功能,通過(guò)SPI驅(qū)動(dòng)調(diào)動(dòng)UZ2400射頻模塊接收6LoWPAN節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流,并通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)層建立的IPv6通道傳輸?shù)絃inux主控單元的TCP/IP協(xié)議棧中。

1.4.2 進(jìn)程間通信

在6LoWPAN協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層對(duì)來(lái)自無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的IPv6報(bào)文進(jìn)行目的地址前綴判斷,通過(guò)Domain Socket套接字將前綴為3ffe::/64的報(bào)文發(fā)送到uNAT-PT模塊進(jìn)行處理,通過(guò)Netlink套接字將前綴為2002:3e8:900a:2:/64的報(bào)文發(fā)送到內(nèi)核中的ISATAP模塊進(jìn)行處理。

2 數(shù)據(jù)包聯(lián)合轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

主控單元中的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)主要由內(nèi)核空間中的Netfiler框架和用戶(hù)空間的uNAT-PT框架聯(lián)合實(shí)現(xiàn),多空間協(xié)調(diào)處理方式是在用戶(hù)空間和內(nèi)核中添加堵塞和丟棄機(jī)制,將接收到但不屬于自己處理的報(bào)文進(jìn)行堵塞和丟棄[9],該種方式對(duì)數(shù)據(jù)流向有一定的緩解作用,但是在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部一個(gè)數(shù)據(jù)包同樣還是存在兩種路徑。本文通過(guò)目的地址前綴的判斷,采用IPC的方式將不同前綴的報(bào)文直接發(fā)送到相應(yīng)的協(xié)議適配模塊中進(jìn)行下一步的處理。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)信息流

圖5中虛線描述了來(lái)自無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)包的處理過(guò)程,其中數(shù)據(jù)包的調(diào)度如表1所示,實(shí)線描述來(lái)自Internet互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包的處理過(guò)程。

圖5中的實(shí)線過(guò)程類(lèi)似于虛線過(guò)程,Internet網(wǎng)絡(luò)到傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包調(diào)度類(lèi)似于表1,此處不再贅述。

表1 6LoWPAN到Internet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包調(diào)度算法

3 測(cè)試驗(yàn)證與性能分析

3.1 測(cè)試環(huán)境與平臺(tái)搭建

本文中的嵌入式自適應(yīng)聯(lián)合網(wǎng)關(guān)測(cè)試系統(tǒng)由6LoWAPN終端節(jié)點(diǎn)、ARM9 S3C2440主控單元(包含6LoWPAN和TCP/IP雙協(xié)議棧、隧道模塊、uNAT-PT模塊)、純IPv4主機(jī)和雙棧(IPv4/IPv6)組成,主控單元是基于2.6.24版本的Linux操作系統(tǒng),其示意圖如圖6所示。在通信測(cè)試過(guò)程中用Packet Sniffer無(wú)線抓包軟件進(jìn)行6LoWPAN子網(wǎng)間無(wú)線通信數(shù)據(jù)包的分析,結(jié)合Wireshark網(wǎng)絡(luò)抓包軟件和科萊網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)關(guān)與PC機(jī)之間的通信報(bào)文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

在Linux下加載uNAT-PT和ISATAP通信過(guò)程相關(guān)模塊,并在網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)端PC上進(jìn)行相應(yīng)的ISATAP隧道配置,完成整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的搭建。

uNAT-PT通信相關(guān)模塊加載的命令:

./nat-pt &

隧道通信網(wǎng)關(guān)中相關(guān)模塊的加載與配置命令:

insmod UZ2400_driver.ko

insmod/lib/modules/Tunnel.ko

圖6 網(wǎng)關(guān)測(cè)試系統(tǒng)示意圖

insmod/lib/modules/tunnel4.ko

insmod/lib/modules/sit.ko

ifconfig etho 172.22.140.92 up

/sbin/ip tunnel add is0 mode isatap ttl 64 local 172.22.140.92

/sbin/ip link set is0 up

/sbin/ip-6 addr add 2002:3e8:900a:2::5efe:172.22.140.92/64 dev is0

echo 1>/proc/sys/net/ipv6/conf/all/forwarding

遠(yuǎn)端PC機(jī)的隧道通信配置命令:

netsh/interface/ipv6/isatap/set router 72.22.140.92/set state enable

3.2 自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的端到端通信測(cè)試

圖7 6LoWPAN通信數(shù)據(jù)包

搭建完測(cè)試平臺(tái)以后使6LoWPAN組成網(wǎng)絡(luò),圖7為Packet Sniffer抓包軟件獲取的傳感網(wǎng)數(shù)據(jù),其中傳感器節(jié)點(diǎn)1數(shù)據(jù)包的源地址:3ffe::e4ff:fe25:1569,目的地址:2002:3e8:900a:2:0:ac16:8c73,傳感器節(jié)點(diǎn)2數(shù)據(jù)包的源地址:3ffe::e4ff:fe25:1869,目的地址是3ffe::0:ac16:8c73;傳感器節(jié)點(diǎn)3數(shù)據(jù)包的源地址:3ffe::e4ff:fe25:1769,目的地址是3ffe::0:ac16:8c73;節(jié)點(diǎn)4數(shù)據(jù)包的源地址:3ffe:e4ff:fe25:1669,目的地址:2002:3e8:900a:2:0:ac16:8c73。6LoWPAN子網(wǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)4的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧移植模塊,通過(guò)netlink傳送給內(nèi)核中的隧道處理模塊,經(jīng)過(guò)隧道模塊處理封裝成IPv6-in-IPv4報(bào)文,通過(guò)IPv4的路由體系傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的雙棧PC機(jī);節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧移植模塊,通過(guò)domain socket接口傳送給應(yīng)用層的uNAT-PT處理模塊翻譯成標(biāo)準(zhǔn)的IPv4報(bào)文,通過(guò)IPv4的路由體系傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的雙棧PC機(jī),PC機(jī)接收并由Wireshark網(wǎng)絡(luò)包分析軟件截取,如圖8所示。對(duì)比圖7和圖8中數(shù)據(jù)包的應(yīng)用層數(shù)據(jù),可知,在6LoWPAN接入Internet網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,數(shù)據(jù)包可以正確并有效的傳輸;相反PC機(jī)端發(fā)送的數(shù)據(jù)依然能夠通過(guò)建立的雙向隧道或uNAT-PT模塊發(fā)送給6LoWPAN子網(wǎng)。詳細(xì)過(guò)程,不再贅述。

圖8 遠(yuǎn)端PC機(jī)通信數(shù)據(jù)包

圖9 兩類(lèi)型網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)包接收率對(duì)比測(cè)試

3.3 無(wú)線通信新型網(wǎng)關(guān)的性能測(cè)試

3.3.1 數(shù)據(jù)包接收率測(cè)試

本文根據(jù)Internet目的主機(jī)成功接收到的數(shù)據(jù)分組與源節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)分組的比值對(duì)前期的串口連接和當(dāng)前設(shè)計(jì)的無(wú)線射頻連接的兩種網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)性能進(jìn)行比較分析。

根據(jù)多次測(cè)試記錄統(tǒng)計(jì)得到兩種網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)包接收率對(duì)比效果如圖9,結(jié)果表明,當(dāng)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)增加到30個(gè)以后,兩種網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力都會(huì)受到影響,但是串口連接的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)能力下降比無(wú)線射頻單芯片連接的新型網(wǎng)關(guān)要快。數(shù)據(jù)包的接收率從側(cè)面說(shuō)明了無(wú)線射頻接收的新型網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的性能優(yōu)于串口連接的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的性能。

圖10 兩類(lèi)型網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)比圖

3.3.2 時(shí)延測(cè)試

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)Packet Sniffer無(wú)線抓包軟件和Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析軟件可以獲取6LoWPAN傳感器網(wǎng)絡(luò)在線節(jié)點(diǎn)的IPv6地址,通過(guò)PC端的cmd命令窗口分別在兩種網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中向相同的在線無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ping命令的發(fā)送,通過(guò)ICMP報(bào)文獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。根據(jù)多次測(cè)試記錄統(tǒng)計(jì)得到兩種網(wǎng)關(guān)的時(shí)延對(duì)比情況如圖10所示。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,無(wú)線連接網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延平均值為44.6 ms,串口連接網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延平均值為45.75 ms,結(jié)果表明無(wú)線連接網(wǎng)關(guān)的時(shí)延性能優(yōu)于串口連接網(wǎng)關(guān)的時(shí)延性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了適應(yīng)下一代網(wǎng)際協(xié)議(IPv6協(xié)議)的發(fā)展需求,本文設(shè)計(jì)了一種6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)自適應(yīng)聯(lián)合網(wǎng)關(guān),該網(wǎng)關(guān)在Linux操作系統(tǒng)上將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與IPv4/IPv6技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)了IPv6報(bào)文在IPv4網(wǎng)絡(luò)中的有效傳輸,同時(shí)該網(wǎng)關(guān)將嵌入式移植技術(shù)、雙棧技術(shù)、uNAT-PT、ISATAP技術(shù)有效融合起來(lái)。測(cè)試結(jié)果表明,該網(wǎng)關(guān)能夠?qū)?LoWPAN子網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息實(shí)時(shí)地、有效地通過(guò)無(wú)線射頻的方式傳輸?shù)叫滦突ヂ?lián)網(wǎng)關(guān)中,并靈活的選擇相應(yīng)的適配機(jī)制,通過(guò)Internet互聯(lián)網(wǎng)傳輸給遠(yuǎn)端的客戶(hù)端,使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)層面實(shí)現(xiàn)端到端的交互,拓展業(yè)務(wù),加強(qiáng)各地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的“智能化”發(fā)展,為下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做好準(zhǔn)備。

由于實(shí)現(xiàn)WSN與Internet的互聯(lián)就是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶(hù)的有效監(jiān)控,所以在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中添加一定的網(wǎng)絡(luò)管理功能是必須的;在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失造成重要信息的缺失問(wèn)題也是網(wǎng)絡(luò)通信中的研究重點(diǎn);同時(shí)多頻段WSN的多接入方式也會(huì)增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的多樣性。因此,上述幾點(diǎn)即為下一步重點(diǎn)研究的方向。

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Design and Implementation of Adaptive Federation Gateway Based on 6LoWPAN Access Internet*

GENGDaoqu*,CHENHui,CHAIJun,LIXiaolong

(Key Lab of Industrial Wireless Network and Networked Control,Ministry of Education,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

The diversity of structure between Wireless sensor network and Internet leads to numerous technical difficulties in access and data interaction. Specific to internet access between 6LoWPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network)and Internet,a resolution using by radio frequency technology,improved the rate of networking,is proposed to instead of serial communication. Combined with Wireless Sensor Network,Embedded technology,technology of Micro Network Address Transition-Protocol Transition(uNAT-PT)and Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol(ISATAP),and Inter_Process Communication(IPC),a adaptive adaptation mechanism is realized in gateway to optimized data processing. Experimental results show that access of radio frequency worked together with the scheduling model of adaptive mechanism can effectively improve the rate of communication and reduce the latency.

WSN;gateway;ISATAP;uNAT-PT;adaptive

耿道渠(1977-),男,重慶郵電大學(xué)副教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)轶w域網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)集成,gengdq@cqupt.edu.cn;

陳 慧(1989-),女,重慶郵電大學(xué)碩士研究生,主要研究方向:工業(yè)無(wú)線通信及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,chenhui_cqupt@163.com。

項(xiàng)目來(lái)源:“重郵-思科綠色科技聯(lián)合研發(fā)中心”研發(fā)測(cè)試平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目(渝財(cái)企[2013]442號(hào)),2013重慶市工業(yè)振興專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目;中-韓美工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際聯(lián)合研發(fā)中心項(xiàng)目(cstc2013gjhz40002),重慶市科技研發(fā)基地建設(shè)計(jì)劃(國(guó)際科技合作)項(xiàng)目;LED道路照明產(chǎn)品及控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目;重慶市科技支撐示范工程集成實(shí)施方課題項(xiàng)目

2014-10-30 修改日期:2014-12-29

C:7230

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.03.021

TP393

A

1004-1699(2015)03-0416-08