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6LoWPAN

2021-03-13 10:19:45 百科
6LoWPAN

6LoWPAN

6LoWPAN是一种基于IPv6的低速无线个域网标準,即IPv6 over IEEE 802.15.4。

基本介绍

  • 中文名:6LoWPAN
  • 外文名:6LoWPAN
  • 学科:信息工程
  • 领域:工程技术

背景

将IP协定引入无线通信网路一直被认为是不现实的(不是完全不可能)。迄今为止,无线网只採用专用协定,因为IP协定对记忆体和频宽要求较高,要降低它的运行环境要求以适应微控制器及低功率无线连线很困难。
基于IEEE 802.15.4实现IPv6通信的IETF 6LoWPAN草案标準的发布有望改变这一局面。6LoWPAN所具有的低功率运行的潜力使它很适合套用在从手持机到仪器的设备中,而其对AES-128加密的内置支持为强健的认证和安全性打下了基础。
IEEE 802.15.4标準设计用于开发可以靠电池运行1到5年的紧凑型低功率廉价嵌入式设备(如感测器)。该标準使用工作在2.4GHz频段的无线电收发器传送信息,使用的频带与Wi-Fi相同,但其射频发射功率大约只有Wi-Fi的1%。这限制了IEEE 802.15.4设备的传输距离,因此,多台设备必须一起工作才能在更长的距离上逐跳传送信息和绕过障碍物。
IETF 6LoWPAN工作组的任务是定义在如何利用IEEE 802.15.4链路支持基于IP的通信的同时,遵守开放标準以及保证与其他IP设备的互操作性。
这样做将消除对多种複杂网关(每种网关对应一种本地802.15.4协定)以及专用适配器和网关专有安全与管理程式的需要。然而,利用IP并不是件容易的事情:IP的地址和包头很大,传送的数据可能过于庞大而无法容纳在很小的IEEE 802.15.4数据包中。6LoWPAN工作组面临的技术挑战是发明一种将IP包头压缩到只传送必要内容的小数据包中的方法。他们的答案是“Pay as you go”式的包头压缩方法。这些方法去除IP包头中的冗余或不必要的网路级信息。IP包头在接收时从链路级802.15.4包头的相关域中得到这些网路级信息。
最简单的使用情况是一台与邻近802.15.4设备通信的802.15.4设备将非常高效率地得到处理。整个40位元组IPv6包头被缩减为1个包头压缩位元组(HC1)和1位元组的“剩余跳数”。因为源和目的IP位址可以由链路级64位唯一ID(EUI-64)或802.15.4中使用的16位短地址生成。8位元组用户数据报协定传输包头被压缩为4位元组。
随着通信任务变得更加複杂,6LoWPAN也相应调整。为了与嵌入式网路之外的设备通信,6LoWPAN增加了更大的IP位址。当交换的数据量小到可以放到基本包中时,可以在没有开销的情况下打包传送。对于大型传输,6LoWPAN增加分段包头来跟蹤信息如何被拆分到不同段中。如果单一跳802.15.4就可以将包传送到目的地,数据包可以在不增加开销地情况下传送。多跳则需要加入网状路由(mesh-routing)包头。
IETF 6LoWPAN取得的突破是得到一种非常紧凑、高效的IP实现,消除了以前造成各种专门标準和专有协定的因素。这在工业协定(BACNet、LonWorks、通用工业协定和监控与数据採集)领域具有特别的价值。这些协定最初开发是为了提供特殊的行业特有的汇流排和链路(从控制器区域网汇流排到AC电源线)上的互操作性。
这些协定的开发人员开发IP选择是为了实现利用乙太网等“现代”技术。6LoWPAN的出现使这些老协定把它们的IP选择扩展到新的链路(如802.15.4)。因此,自然而然地可与专为802.15.4设计的新协定(如ZigBee和ISA100.11a)互操作。受益于此,各类低功率无线设备能够加入IP家庭中,与Wi-Fi、乙太网以及其他类型的设备“称兄道弟”。
随着IPv4地址的耗尽,IPv6是大势所趋。物联网技术的发展,将进一步推动IPv6的部署与套用。IETF 6LoWPAN技术具有无线低功耗、自组织网路的特点,是物联网感知层、无线感测器网路的重要技术,ZigBee新一代智慧型电网标準中SEP2.0已经採用6LoWPAN技术,随着美国智慧型电网的部署,6LoWPAN将成为事实标準,全面替代ZigBee标準。

技术优势

l 普及性:IP网路套用广泛,作为下一代网际网路核心技术的IPv6,也在加速其普及的步伐,在低速无线个域网中使用IPv6更易于被接受。
l 适用性:IP网路协定栈架构受到广泛的认可,低速无线个域网完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。
l 更多地址空间:IPv6套用于低速无线个域网时,最大亮点就是庞大的地址空间。这恰恰满足了部署大规模、高密度低速无线个域网设备的需要。
l 支持无状态自动地址配置:IPv6中当节点启动时,可以自动读取MAC地址,并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对感测器网路来说,非常具有吸引力,因为在大多数情况下,不可能对感测器节点配置用户界面,节点必须具备自动配置功能。
l 易接入:低速无线个域网使用IPv6技术,更易于接入其他基于IP技术的网路及下一代网际网路,使其可以充分利用IP网路的技术进行发展。
l 易开发:基于IPv6的许多技术已比较成熟,并被广泛接受,针对低速无线个域网的特性对这些技术进行适当的精简和取捨,可以简化协定开发的过程。

现状

6LoWPAN技术得到学术界和产业界的广泛关注,如美国加州大学伯克利分校(Berkely)、瑞典计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science),以及思科Cisco、霍尼韦尔Honeywell等知名企业,并推出相应的产品。6LoWPAN协定已经在许多开源软体上实现。最着名的是Contiki、Tinyos,分别实现了6LoWPAN的完整协定栈,并得到广泛测试和套用。

安全Security

ZigBee和6LoWPAN都採用AES128技术加密,AES128是802.15.4技术标準的一部分。
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