搜索
6Lowpan标准介绍李亚宁2011.3.10概述6Lowpan•IPv6overlowpowerWPAN•是低速无线个域网（LR-WPAN）标准，网络层互联方案•面向的对象：短距离、低速率、低功耗、无线通信•IETF2004.11月正式成立6Lowpan工作组，将IPv6引入以IEEE802.15.4为底层标准的无线个域网，任务是定义在如何利用IEEE802.15.4链路支持基于IP的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他IP设备的互操作性。消除对多种复杂网关（每种网关对应一种本地802.15.4协议）以及专用适配器和网关专有安全与管理程序的需要。IEEE802.15.4•是IEEE用于低速无线个人域网(LR-WPAN)的物理层和媒体接入控制层MAC规范，没有涉及到网络层以上规范•而IEEE80215.4设备密度很大，迫切需要实现网络化•不同设备制造商设备互联和互操作性，需统一的网络层标准。•特点：①低速率，对于2.4GHz、828MHz、915MHz3个频段分别对应250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s3种速率；②低功耗，在待机模式下可使用2节5号干电池驱动6个月以上；③低成本，一般采用硬件资源非常有限的底端嵌入式设备或更小的特殊设备；④短距离，节点信号覆盖范围有限，一般为10－100m；⑤低复杂度，比现有的标准低；⑥短帧长，最大帧长度为127字节；⑦多拓扑，网络拓扑结构丰富，支持星型拓扑和点对点拓扑2种基本拓扑结构及其混合组网。6Lowpan•目标是：在网络层和MAC层间加一个网络适配层，完成包头压缩、分片、重组和路由转发等，实现在IEEE802.15.4上传输IPv6数据包。•优势:•(1)普及性：IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速其普及的步伐，在LR-WPAN网络中使用IPv6更易于被接受。•(2)适用性：IP网络协议栈架构受到广泛的认可，LR-WPAN网络完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。•(3)更多地址空间：满足了部署大规模、高密度LR-WPAN网络设备的需要。•(4)支持无状态自动地址配置：IPv6中当节点启动时，可自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这对传感器网络来说非常有吸引力，因为大多数情况下不可能对传感器节点配置用户界面，节点须具备自动配置功能。•(5)易接入：LR-WPAN使用IPv6技术，更易于接入其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。•(6)易开发：目前基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对LR-WPAN的特性对这些技术进行适当的精简和取舍，简化了协议开发的过程。关键技术•(1)IPv6和IEEE802.15.4的协调•IEEE802.15.4定义最大帧长度是27字节．MAC头部最大长度为25字节，剩余的MAC载荷最大长度为102字节。如果使用安全模式，不同的安全算法占用不同的字节数，比如AES-CCM-128需要21字节，AES-CCM-64需要13字节，而AES-CCM-32需要8字节。这样留给MAC载荷最少只有81个字节。而在IPv6中。MAC载荷最大为1280字节。IEEE802.15.4帧不能封装完整的IPv6数据包。因此，要协调二者之间的关系，就要在网络层与MAC层之间引入适配层，用来完成分片和重组的功能。关键技术•(2)地址配置和地址管理•IPv6支持无状态地址自动配置，相对于有状态自动配置的来说，配置所需开销比较小，这正适合LR-WPAN设备特点。同时，由于LR-WPAN设备可能大量、密集地分布在人员比较难以到达的地方，实现无状态地址自动配置则更加重要。•涉及到：ipv6无状态地址自动配置、邻居发现协议•实现在IPV4中地址解析协议ARP,控制报文协议ICMP中的地址解析、路由器发现部分、重定向协议的功能，且有邻居不可达检测机制，实现了前缀发现、参数发现、地址自动配置、下一跳确定以及重复地址检测等功能。•关键技术•(3)网络管理•网络规模大，且一些设备的分布地点又是人员所不能到达的，因此LR-WPAN网络应该具有自愈能力，要求LR-WPAN的网络管理技术能够在很低的开销下管理高度密集分布的设备。由于在IEEE802.15.4上转发IPv6数据提倡尽量使用已有的协议，而简单网络管理协议(SNMP)又为lP网络提供了一套很好的网络管理框架和实现方法，因此，6LowPan倾向于在LR-WPAN上使用SNMPv3进行网络管理。但是，由于SNMP的初衷是管理基于IP的互联网，要想将其应用到硬件资源受限的LR-WPAN网络中。仍需要进一步调研和改进。例如：限制数据类型、简化基本的编码规则等。关键技术•(4)安全问题•由于使用安全机制需要额外的处理和带宽资源，并不适合LR-WPAN设备，而IEEE802.15.4在链路层提供的AES安全机制又相对宽松，有待进一步加强，因此寻找一种适合LR-WPAN的安全机制就成为6LowPan研究的关键问题之一。未来技术研究点•6Low-Pan还有非常多的关键技术有待发现和研究，比如：服务发现技术、设备发现技术、应用编程接口技术、数据融合技术等目前应用•智能家居、环境监测等•每个家庭安装一个家庭网关、若干个无线通信6LowPan子节点模块。在家庭网关和每个子节点上都接一个无线网络收发模块(符合6LowPan技术标准的产品)，通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。•家庭网关：采用AMR嵌入式系统，主要功能是报警，小区网页浏览，与小区管理中心通信，与各网络子节点通信•无线通信6LowPan子节点模块：收集数据，数据输出，与家庭网关通信研究进展•September2007rfc4861NeighborDiscoveryforIPversion6(IPv6)•September2007rfc4862IPv6StatelessAddressAutoconfiguration•September2007rfc4944TransmissionofIPv6PacketsoverIEEE802.15.4Networks核心规范•July2010IPv6SubnetModel:TheRelationshipbetweenLinksandSubnetPrefixes•December17,2010NeighborDiscoveryOptimizationforLow-powerandLossyNetworks•January18,2011DesignandApplicationSpacesfor6LoWPANs应用场景及用例•February7,2011ProblemStatementandRequirementsfor6LoWPANRouting多跳路由的形成和维持，提出了路由需求、低功耗及其他特殊设备和链路的特点•February24,2011CompressionFormatforIPv6DatagramsinLowPowerandLossyNetworks低功耗和有损网络中ipv6报头压缩格式改进，依赖共享的上下文来允许任意前缀的压缩，指定了多播地址压缩及包头压缩框架，UDP报头压缩研究进展•March1,2011LightweightSecureNeighborDiscoveryforLow-powerandLossyNetworks轻量级邻居发现安全机制，节点采用椭圆曲线生成加密公钥•March7,20116LoWPANRoadmapandImplementationGuide文档路线图和实施指南•March7,2011GuidelinesfortheOperationofa6LoWPAN-NDProxyGateway为了适应低功耗和有损网络，对邻居发现进行优化，但存在Nd协议不兼容，且邻居发现有本地链路模式，使得全功能设备与6LNs节点在同一链路不可能通信，除非使用代理机制，本文件规定了这样的的代理机制使得可在同一链路内透明通信。•March7,2011TransmissionofIPv6PacketsoverBluetoothLowEnergy描述ipv6数据报如何通过蓝牙传输谢谢收听！