探讨IPv6的无线传感网异构通信技术

缪小明

摘 要：随着物联网的不断发展，无限传感网络朝着IPv6网络的发展方向逐渐靠近，由此生成了ZigBee与6LoWPAN两种不同的异构协议通信架构，即6LoWPAN-IPv6_Zigbee。该结构在完成异构节点问题分析的基础上，设计了一些列有关实际操作的流程，此外，还对相关的协议转换模式、网关功能、系统结构等方面也进行重新设计。期望当下的异构通信技术能够对无线网络发展带来一定的帮助。

关键词：IPv6；无限传感网；异构通信

近年来，IPv6无线传感网通信技术得到了快速的发展，其在无线网络中得到了广泛的应用，并且已经取得了良好的陈国，但是，其在应用的过程中仍然存在一些问题，阻碍了IPv6无线传感网通信技术的发展，基于这一问题，本文分析了异构网络协互通，然后针对IPv6无线传感网通信技术的关键技术展开讨论和分析，希望能有效的改善当前IPv6无线传感网通信技术的应用现状，促进无线网络行业的快速发展。

1、异构网络协互通研究

1.1Zigbee-6LoWPAN

现阶段关于Zigbee与6LoWPAN两种节点的互通方案相对较少，归纳起来是主要有双栈网关和双栈节点这两种方案。两个方案的相同点是Zigbee的应用环节中加入了有关IPv6的协议，也就是说将实际的IP数据当做应用层数据进行处理。双栈节点可以分别实现Zigbee和6LoWPAN的相关功能，但是不能同时实现两个节点的功能，特别是对于具有一定资源限制与功耗较大的节点来说，更加不适用。双栈网关可以有效的减少区域内节点的能源消耗。两个方案的相同点是都停在框架层面上，不能实现数据包的重装与首部位置的解压缩，也没有对相关的服务问题与寻址问题进行解决。

1.2Zigbee-IPv6

为了实现ZigBee与IPv6之间的网络互连，需要在ZigBee网络和IPv6网络之间增加传输层，并为ZigBee节点分配有效的IPv6地址。当边界网关从IPv6网络接收数据包时，解析分组通过将有效数据映射为ZigBee的应用层，同时将信息映射到ZigBee网络，将有效数据发送给ZigBee网络。在接收到ZigBee网络侧的分组之后，应用层数据也被封装在IPv6网络层中并转发到IPv6网络。我们设计了一种可以转换ZigBee和IPv6节点的交互机制。最后，通过双栈网关完成最终地址交換，虽然该方法在一定程度上解决了两个节点的地址问题，但忽略了实际信息传输的安全问题。此外，ZigBee中没有相关的服务问题的进一步解决方案，经过多年的实验研究，一些学者提出了一种新的节点交互机制。在现有的改进的交互机制的基础上，双栈网关不仅实现了各个节点的标准地址的相互转换，而且解决了ZigBee中的服务问题和IP中的协议转换。这种转换的主要位置是在网络层中，从而可以有效地保证应用层上的数据传输。为了防止信息泄露，该协议转换为每个ZigBee区域建立了相关设置，以便于IP网络的综合集成。上述的ZigBee和IPv6的互操作和集成、服务功能转换和地址转换对于两个网络的集成具有重要的参考价值。

2、关键技术

2.1地址转换

对于异构网络，网络互操作的最大问题是找到地址，ZigBee中的每个节点都需要在IPv6地址与6LoWPAN通信之前具有IPv6地址。6LoPAN-IPV6-ZigBee地址转换的地点通常在边境网关的中间，由IEEE定义的两个主要链路层地址：在域网络中动态分配的16位数字的短地址和由相关设备的制造商设置的64位长地址，并且这两个地址可以同时存在于节点中。在ZigBee网络中，可以使用16位短地址，并且可以使用64位长地址，但是节点必须在IPv6网络中具有IP地址，使得两个异构网络之间的通信必须在ZigBee地址和IPv6地址之间实现，并且通常是通用的。一个基于64位地址的EUI64。它是唯一可行的生成IPv6地址的映射方案。ZigBee和6LoWPAN通常在域内完成通信时使用16位短地址，但这两种方式不同。ZigBee主要使用相关的算法来分配地址给节点，6LoWPAN主要是使用边界路由来使用重复检测机制来分配节点地址。因此，边界网关应该将不同的地址分配给不同的通信节点，也就是说，它们对应于EUI-64逐个地址。由于ZigBee协议中没有适配层，因此有必要在这里添加一个相关规则，以便于IPv6的某个地址转换。此外，在边界网络中还建立了ZigBee短地址和相应的IPv6地址和EUI64（通常由EUI64生成）表。映射表不仅包括一定的节点地址信息，而且还包括该区域之外的一些地址信息。例如，ZigBee协调器向对应于6LoWPAN节点的特定域节点分配相应的短地址，然后向对应的映射表中添加特定项信息，以完成不同域中的节点之间的通信。

2.2报文转换

由于Zigbee和IPv6可以实现一定的地址转换，因此也可以在两者之间实现报头的转换，即Zigbee边界网关实现Zigbee网络层的报头Pv6中第一个位置的转换。上述地址转换实际上包含在当前消息转换中，因此需要充分重视这一内容。ZigBee帧设计考虑IEEE802.15.4标准设定的链路层负载长度限制，并且不要求包头压缩。由于IPv6数据包头很大，为了在IEEE802.15.4协议上运行，必须按照6LoWPAN标准压缩包头。因此，Zigbee和IPv6数据包报头转换时，需要完成数据包报头的压缩和解压缩，并且合理完成安全和路由两种协议信息的转换，并且必须考虑这些组件。6LoWPAN数据包和Zigbee数据包都在链路层的最大传输单元内。因此，两个节点之间的通信不需要考虑数据分组重组和分段，但是6LoWPAN层的压缩仍然是不可或缺的。

2.3服务发现

在进行网络初始化后，开展具体的节点通信前，还要做好相应的设备发现和服务发现。节点会自动借助网络平台找寻自己感兴趣的设备与服务，然后和其进行相互通信，与此同时，

节点还需要向网络当中播报自己的服务功能与相关设备信息，方便其他节点的查找。Zigbee设计团队在应用层当中研发出了一套关于服务与设备的发现机制，也就是所谓的服务发现机制。其中IP中主要是指SSDP协议，6LoWPAN主要是指COAPCL协议，Zigbee中则主要是指ZDO-SD协议。三者之间在相互协作的过程中，相互转化，实现信息的交互。在整体的服务发现机制中，6LoWPAN-IPv6-Zigbee架构更多的是在边界网关当中实现Zigbee、IP、6LoWPAN之间的协议，同时完成相互之间的信息转换。

结语

综上所述，随着无线网络的不断发展，无线传感异构通信也在不断发展。文章在充分考虑了Zigbee和6LoWPAN协议特性的基础上，对这两种通信进行了研究，在保证两者原有特征的基础上，在网关当中添加一定的转换模块以此来实现两种协议的互通，最终给出了新的通信模式与框架，具有很强的创新性，也为深入的研究无线网络异构融合做好了一定铺垫。

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（作者单位：中邮通建设咨询有限公司）