周虹

摘 ?要：最近幾年，國家將“互聯(lián)網(wǎng)+”定為國家發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要項目，制定很多的扶持政策。在《2018年政府工作報告》《2016—2017年中國物聯(lián)網(wǎng)年度報告》等重要文件中都提到了很多的科技熱點，其中就有很多應(yīng)用領(lǐng)域中提到“互聯(lián)網(wǎng)+”和網(wǎng)絡(luò)信息惠民等其他智慧城市領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。作為“互聯(lián)網(wǎng)+”重要的技術(shù)基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也必須滿足發(fā)展所需。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)作用十分顯著，可以解決無線網(wǎng)絡(luò)中很多的問題。6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)可以支持IPv6協(xié)議，而且可以解決IP地址空間小的缺陷，還能和現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互相聯(lián)通。

關(guān)鍵詞：無線傳感器 ?路由協(xié)議 ?6LoWPAN

中圖分類號：TN929.5;TP212.9 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（c）-0013-03

經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠真正應(yīng)用于實踐中，而且已經(jīng)被使用在很多的領(lǐng)域，在軍事和環(huán)境監(jiān)測方面擔任著非常重要的角色，同時還在天文領(lǐng)域、預報洪水、監(jiān)測森林火災(zāi)等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

IPv6可以為無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供多方面的支持，而且該網(wǎng)絡(luò)也可以促進IPv6的應(yīng)用，在未來的發(fā)展中它們會實現(xiàn)更多功能的互聯(lián)和融合。隨著通信的發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)+”等領(lǐng)域的發(fā)展，互聯(lián)也是二者必然發(fā)展的趨勢。

6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)是一種依據(jù)IPv6標準的技術(shù)，具有很多的優(yōu)點。首先是無線低功耗，其消耗能量少;其次就是可以自組織網(wǎng)絡(luò)，其對于物聯(lián)網(wǎng)感知層、無線傳感網(wǎng)絡(luò)非常的重要，能夠提供關(guān)鍵技術(shù)支持。

1 ?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在2008年，“智慧地球”[1]由IBM第一次提出，其主要的含義就是對社會和物理世界的有效融合的實現(xiàn)過程。緊接著，歐盟提出發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的方案[2]。次年，我國在十一屆全國人大三次會議中也相繼提出加速對物聯(lián)網(wǎng)的研究，并且在政策上給予相關(guān)的項目很大的支持力度[3]。在過去的2004年時，IEEE組建6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)工作組[4]，主要的任務(wù)就是引入以IEEE802.15.4作為底層標準的無線局域網(wǎng)。主要的研究內(nèi)容是為適配層、報頭壓縮、網(wǎng)絡(luò)接入、路由等其他的技術(shù)[5]。

6LoWPAN在發(fā)展的過程中獲得很多團體的贊同，例如，在2008年IP智能物件聯(lián)盟的建立，該組織主要通過將IP協(xié)議當成網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)傳輸標準。再如，在2009年國家自動化學會中制定的新工業(yè)標準，在這些組織中則將6LoWPAN視作網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，而且此標準也得到當前國際組織的認可，使之成為繼Zig Bee、WirelessHART、WIA-PA之后的又一個新的國際標準[6]。

學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界也關(guān)注到6LoWPAN技術(shù)的應(yīng)用，例如，在美國的加州大學伯克利分校、瑞典計算機科學院，還有思科Cisco等很多的企業(yè)，都相繼研制出對應(yīng)的產(chǎn)品[7]。6LoWPAN技術(shù)在很多的開源軟件中都得到廣泛應(yīng)用，其中最具代表的為Contiki、Tinyos，通過6LoWPAN均實現(xiàn)對其完整的協(xié)議棧。在測試和應(yīng)用方面也得到廣泛關(guān)注。

6LoWPAN協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)圖在圖1中進行了展示。由上至下，各層分別為應(yīng)用、傳輸、網(wǎng)絡(luò)、6LoWPAN、MAC以及IEEE802.15.4。其中的應(yīng)用層主要是提供服務(wù)，滿足各種的需要，使用的是目前最為流行的Socket接口。利用Core/COAP協(xié)議，在傳輸層協(xié)議中有著輕量級的TCP和UDP這兩種協(xié)議，其中前者使用頻率較多。在網(wǎng)絡(luò)層采用的是IPv6協(xié)議。RPL路由協(xié)議主要用于路由的建立和維護。6LoWPAN適配層可以對IPv6的數(shù)據(jù)報采取壓縮、數(shù)據(jù)報分片以及重組，實現(xiàn)在IEEE802.15.4層上的有效傳輸。MAC包含CSMA/CA和低功耗MAC，它們的幀格式滿足IEEE802.15.4MAC的要求。

2 ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中幾種重要的路由協(xié)議分析

2.1 Flooding協(xié)議和Gossiping協(xié)議

Flooding協(xié)議是最傳統(tǒng)、最普遍使用的路由協(xié)議，用來傳接無線網(wǎng)。它的工作原理是將該點所檢測或轉(zhuǎn)送的信號傳送到其他的感應(yīng)點，其余感應(yīng)點都能夠鎖定信號發(fā)出的位置，如果信息不是傳遞給此節(jié)點，那么就轉(zhuǎn)送給其余感應(yīng)點。因此信息會在多個感應(yīng)節(jié)點轉(zhuǎn)送，最終將會被轉(zhuǎn)送到屬于自己的數(shù)據(jù)節(jié)點，這個過程即可完成。Flooding協(xié)議雖然工作原理很簡單，是一個使用較為廣泛的路由協(xié)議，不過它也有不足之處。因為它的信息是要傳射給每一個感應(yīng)點，這些感應(yīng)點都會將信息轉(zhuǎn)送。因此這個節(jié)點會收到多個同一數(shù)據(jù)，這樣一收到就轉(zhuǎn)送，忽略該點所具有能力和作用。Gossiping協(xié)議就是對前一種協(xié)議做出的改善，一個節(jié)點的信息會任意轉(zhuǎn)發(fā)給某個或某幾個點，這樣就不會有堵塞，但在效率上也有所延時。

2.2 SPIN協(xié)議

它是一種數(shù)據(jù)路由協(xié)議。為了給接收信息的節(jié)點一個轉(zhuǎn)送指導，會先轉(zhuǎn)送有ADV的報文。一個節(jié)點為另一個轉(zhuǎn)送的信號中就有ADV報文。如果信息是另一個節(jié)點收取，它就會向節(jié)點轉(zhuǎn)送回帶有REQ信息的報文。節(jié)點接收到之后，就會把完整的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個節(jié)點。這一協(xié)議具有通過ADV報文，防止信息堵塞，還可為接收信息的節(jié)點利用自身功能選擇是否進行通告的優(yōu)點。SPIN協(xié)議相比于前兩種來說節(jié)約節(jié)點能量。但是如果接受信息的點是較遠的點，相近的點不轉(zhuǎn)發(fā)它就不能實現(xiàn)對信息的接收功能。當Sink（匯聚）節(jié)點很少的情形下，問題就會更明顯。并且因為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多亂復雜，若大量ADV報文被轉(zhuǎn)發(fā)，占用的空間會更大。

2.3 Directed Diffusion協(xié)議

這一協(xié)議是數(shù)據(jù)型的、用查詢來驅(qū)動的路由。Sink節(jié)點會向附近的廣播詢問新信息所帶的屬性列表、發(fā)送時間差、位置等請求Interest。每一個接收點都會接受最適合自己的Interest報文，并對報文進行整理融合。還能根據(jù)報文對它的梯度值進行計算，比如說關(guān)于數(shù)據(jù)的性質(zhì)、下一跳等。如此一來通往Sink節(jié)點的路就不止一條。此節(jié)點還能夠調(diào)整信息的上報率。協(xié)議的路由有多條路，所以傳播系統(tǒng)發(fā)達;節(jié)點能夠綜合的處理數(shù)據(jù)，所以大幅度地減少了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包個數(shù)。因此這種查詢驅(qū)動式的路由不會存儲過多信息，也減輕開支。