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随着引入TCP/IP架构的智能物件网络应用领域不断拓展,数量巨大的传感器节点需要接入国际上最大的主干网络Internet,使得地址空间逐渐耗尽的IPv4协议难以满足智能物件网络的需求。而IPv6协议拥有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。基于IPv6的智能物件网络接口层遵循IEEE802.15.4标准。IPv6要求链路支持最小为1280字节的MTU(最大传输单元),而IEEE802.15.4链路的MTU只有127字节,所以必须在IP层下面定义一个适配层,实现IEEE802.15.4和IPv6之间的平滑衔接。本文主要研究了基于IPv6智能物件网络的适配层技术及路由设计,主要工作如下:
(1)适配层的分片与重组。由于IEEE802.15.4链路的MTU与IPv6链路层的MTU不匹配,需要适配层的分片与重组机制在源节点对IPv6网络层数据报文进行分片、在数据报文目的节点的处重组IPv6网络层数据报文。
(2)网络层报头压缩。由于IPv6网络层固定报头占40个字节而IEEE802.15.4的链路MTU只有127字节,所以选择有效的网络层报头压缩方法不仅可以提高网络的吞吐量,而且可以降低节点能耗。对现有的网络层报头压缩方法LOWPAN_HC1进行分析,针对其不能对全局链路单播地址和全局链路多播地址压缩,提出了一种新的网络层报头压缩方法LOWPAN_IPHC,并将这两种报头压缩方法进行比较。
(3)路由设计。基于IPv6的智能物件低功耗有损网络的MAC层和物理层遵循IEEE802.15.4规范。现有的路由协议未曾考虑路由节点的资源受约束性、链路的有损性,不能直接应用到基于IPv6的智能物件低功耗有损网络中,针对这一现状,ROLL任务组提出了一种基于IPv6的低功耗有损网络路由协议-RPL的总体框架,我们使用基于Contiki操作系统内的Cooja网络仿真平台对这一路由协议的收敛速率、信令开销、能效及服务质量等进行模拟仿真分析。文章的最后安排了两个基于Contiki的智能物件网络功能测试实验。第一个是基于UDP套接字的点对点试验,用于测试适配层的分片重组及新的网络层报头压缩方法LOWPAN_IPHC;第二个是结合Contiki内集成的可视化软件Collect-View完成由六个节点组成的UDP数据收集试验,用于测试RPL协议的相关性能。