基于6LoWPAN的IPv6无线传感器网络的研究与实现

论文摘要

无线传感器网络(WSN)集信息采集、信息传输、信息处理于一体,具有广阔的应用前景,是当前无线网络领域研究的热点之一。随着无线传感器网络的应用领域不断拓展,数量巨大的传感器节点接入Internet,使得地址空间逐渐耗尽的IPv4协议难以满足无线传感器网络的需求。而IPv6协议所具有的128位巨大地址空间、内建的安全机制、移动性、即插即用等优势能很好地解决这些问题。IPv6协议与WSN的结合必将极大地推动无线传感器网络的发展。6LoWPAN是一种研究如何使IPv6协议在LoWPAN设备上运行的技术。本论文旨在设计一种基于6LoWPAN的无线传感器网络,实现传感器网络节点与外部IPv6网络直接通信。本文首先阐述了无线传感器网络的基本概念、研究现状和发展趋势,然后深入研究了6LoWPAN的技术基础:IPv6技术和IEEE802.15.4协议标准。参考6LoWPAN发布的协议草案,对6LoWPAN的核心技术:适配层的详细功能,适配层帧格式、适配层分片和重组、报头压缩、Mesh支持进行了研究。结合TinyOS的系统特点,设计并实现了一个基于TinyOS 2.0的6LoWPAN星型无线传感器网络,分析了该网络系统的整体框架,阐述了系统核心技术编程实现方法,构建了测试环境,最后对该系统实现进行了测试。测试表明,该系统工作正常,能够实现WSN网络与外部IPv6环境直接交换数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线传感器网络的发展和研究现状
• 1.3 无线传感器网络的应用前景
• 1.4 6LOWPAN－无线传感器网络与IPV6 技术的结合
• 1.5 论文的主要工作
• 1.6 论文结构
• 第二章 IPV6 技术介绍
• 2.1 IPV6 概述
• 2.2 IPV4 和IPV6 的主要区别
• 2.3 本文将涉及的IPV6 协议部分内容
• 2.3.1 IPv6 的报头
• 2.3.2 IPv6 地址类型
• 2.3.3 IPv6 地址表达方式
• 2.3.4 邻居发现（ND，Neighbor Discovery）
• 第三章 IEEE802.15.4 协议技术介绍
• 3.1 IEEE802.15.4 网络的物理特性
• 3.2 IEEE802.15.4 网络构成和网络拓扑
• 3.3 IEEE802.15.4 网络的工作模式
• 3.4 IEEE802.15.4 的技术特点
• 第四章 基于6LOWPAN 的无线传感器网络的设计与实现
• 4.1 6LOWPAN 需要解决的主要问题
• 4.2 6LOWPAN 工作组提出的解决方案
• 4.3 基于6LOWPAN 的星型IPV6 无线传感器网络的设计方案
• 4.4 TINYOS 无线传感器操作系统
• 4.5 系统模块和接口
• 4.6 6LOWPAN 的地址
• 4.7 6LOWPAN 系统适应层实现
• 4.7.1 适应层简介
• 4.7.2 适应层的报文格式
• 4.7.3 报头压缩
• 4.8 收发数据的设计
• 4.8.1 TinyOS 系统定义的IEEE802.15.4 帧格式
• 4.8.2 接收数据的工作理流程
• 4.8.3 发送一个数据包
• 4.9 缓冲区的设计
• 4.9.1 缓冲区结构体
• 4.9.2 系统运行时的缓冲区状态
• 第五章 系统测试
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发布的学术论文