实现无线传感器网络与IPv6网络互联的一种方案

实现无线传感器网络与IPv6网络互联的一种方案 摘要本文提出并设计了无线传感器网络与IPv6网络无缝互联的通信模型。此模型提出了一种传感器地址自动配置方案，并在此方案之上实现了传感器节点的自动寻址路由。此外，本模型还提出了一种适用于无线传感器网络的IPv6协议裁剪方案以节约传感器节点的功耗。在试验平台及仿真环境中，实现了此模型并且分析了此模型的性能，试验结果证明白此模型的有效性和正确性。 关键词传感器网络，IPv6网络，路由，协议 A Scheme on Implementing the interconnection between Wireless Sensor Networks and IPv6 Networks Abstract This paper proposes and designs a model to implement a seamless communication between a wireless sensor network and an IPv6 network. This model creates an automatic address configuration algorithm in a sensor network and based on the algorithm this model pers automatic routing and addressing. In addition, this model puts forward a reduced IPv6 protocol stack to save a sensor node’s power. This model is implemented in both an experimental plat and a simulation environment respectively, and its perance is analyzed. The experimental data prove the validity and correctness of this model. Key WordsSensor network, IPv6 network, routing, protocol 1 前言 无线传感器网络通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。目前，它已经成为当前国际上备受关注的、学问高度集成的前沿热点探讨领域之一。传感器网络具有特别广袤的应用前景，在军事国防、环境监测、危急区域远程限制等很多重要领域都有着潜在的好用价值，己经引起了学术界和工业界的高度重视。 就无线传感器网络而言，它必需和一个外部网络连接在一起，使外部网络可以监测和限制无线传感器网络，只有这样，无线传感器网络才具有更真实的好用价值。因此，无论从地理范围还是从网络规模来讲，Internet互联网都是外部网络的一个最好选择。因为Internet遍布全球，TCP/IP的广泛应用也已经使其成为有线网络事实上的协议标准，并且它的应用范围正逐步向无线领域拓展，此外，IPv6的很多良好特性使得某些无线传感器网络的应用成为可能，因此实现无线传感器网络和Internet网络的通信具有重大意义。但是，由于有关如何实现无线传感器网络与IPv6网络互联的探讨才刚刚起步，因此还有很多问题须要进一步探讨和探讨。 2 关键技术 无线传感器网络作为当今信息领域新的探讨热点，有很多关键技术有待进一步探讨，这些关键技术主要是 1）地址自动配置 地址自动配置是IPv6的一个重要技术特色，可以在无人干预的状况下为每个接口配置相应的IPv6地址。这一点与无线传感器网络自组织、自配置的设计目标特别吻合。但是，现有的IPv6地址自动配置方式在无线传感器网络中还存在一些问题，例如传感器节点可能没有类似于MANC地址的唯一标识，因此无法完成地址的无状态自动配置，此外，目前的IPv6地址配置方案对传感器节点间的路由寻址未带来任何便利等等。因此，传感器地址自动配置的工作还有待于进一步探讨。 2）传感器节点的定位信息 无线传感器网络的工作区域很广，适用于人们无法接近的恶劣或特殊环境，传感器节点主要通过飞行器撒播、人工埋置和火箭弹射等方式随意散落在被监测区域内，节点的位置信息都是随机的。在某些状况下，节点所采集到的数据，若没有位置信息几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的某些应用中，节点的定位就成为了关键问题。获得节点位置信息的干脆想法是运用全球定位系统（global positioning system，GPS），但是，由于传感器节点的数量特别巨大，达到数千甚至数万，因此采纳GPS定位传感器节点的成本太高。另外，传感器节点是采纳电池供电，其能量特别有限，而且无法补充。因此，如何以最小的代价使外部网络获得传感器节点的定位信息是一个亟待解决的问题。 3）路由问题 由于传感器的电量、存储器以及处理器都受到肯定限制，因此必须要在无线网络与IPv6网络的互联中寻求一种有效的、节能的路由算法以延长传感器的寿命。 4）IPv6协议栈优化 由于无线传感器网络资源受限，而IPv6最初并没有考虑嵌入式应用，因此，要在储存器和处理器极其有限的传感器节点上实现IPv6协议还有很多问题须要解决，必需对IPv6协议栈进行剪裁（如报文压缩、适当剪裁协议功能等）以适合传感器网络的运用。 3 相关工作 目前，针对无线传感器网络已经提出了很多种路由协议[1-10]。但是，上述这些路由算法只适用于传感器网络内部节点之间的寻址路由，而不能有效地用于传感器节点与有线网络特殊是Internet网络节点之间的路由寻址。 对于网络协议的剪裁，探讨人员提出了很多方法，如协议映射、同态、概率搜寻以及其他方法[12-15]，但是这些方法中绝大部分是指数级时间和空间困难度，并不适用于传感器网络运用。 参考文献[16]提出了一种利用移动IPv6技术实现传感器网络与IPv6网络互连的方案，但是此方案只是阐述了传感器与IPv6节点之间的通信流程以及仿真结果，并没有提出IPv6有效的地址安排策略以及IPv6协议栈剪裁策略。参考文献[11]提出了一种分布式的、基于地理位置信息的传感器节点地址自动安排方案，但此方案是建立在IPv4基础之上的，并不能满意将来传感器网络与IPv6 Internet网络互联的需求。 综上所述，如何实现无线传感器网络与IPv6网络的互联通信这一个课题还有待进一步探讨和探讨。 在这种状况下，本模型提出了一种传感器网络与IPv6网络的互联方案，在此方案中传感器节点可以自动定位并且依据定位信息自动配置IPv6地址。下面的章节对此模型进行具体的分析与探讨。 4 通信模型 本模型定义IPv6网络与无线传感器网络的接入网关称作IPv6接入网关，并且IPv6接入网关是固定节点，不受电量与存储空间等硬件条件的限制。 4.1 传感器节点地址格式 依