无线传感器网络IPv6接入系统的设计与实现

第３６卷ＶｏＬ３６第３期

Ｎｏ．３

计算机工程

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２０１０年２月

Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１０

?网络与通信?文章编号ｔ１０００－－－３４２８（２０１０）０３－－０１０９－－－０３文献标识码ｔＡ中圈分类号：Ｎ９４５无线传感器网络ＩＰｖ６接入系统的设计与实现

阔志平，李迅，李洪峻

（国防科学技术大学机电与自动化学院，长沙４１００７３）

藕要：在分析现有无线传感器网络ＩＰｖ６接入系统不足的基础上，设计一个新的接入系统。其中的网关系统以嵌入式微处理器￥３Ｃ２４１０、无线网卡、射频芯片ＣＣ２４２０等为硬件，实现将以ＩＥＥＥ８０２．１５．４作为物理层和数据链路层标准的无线传感器网络接入ＩＰｖ６网络中。给出该系统的软硬件平臼设计及相关算法，通过实验证明该系统能快速完成网络通信。

关健词：无线传感器网络；ＩＰｖ６技术；网关

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＩＰｖ６ＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍｆｏｒ

ＷＳＮ

ＷＥＮＺｈｉ－ｐｉｎｇ，ＬＩＸｕｎ，ＬＩＨｏｎｇ－ｊｕｎ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３）

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｕｒｒｅｎｔＩＰｖ６ａｃｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ），ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｆｌｅｗａｏｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｉｔｓｇａｔｅｗａｙｓｙｓｔｅｍ，ｅｍｂｅｄｄｅｄｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ￥３Ｃ２４１０，ｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄＲＦｃｈｉｐＣＣ２４２０ａｒｅｕｓｅｄａｓｈａｒｄｗａｒｅｔｏａｃｃｅｓｓ

ＷＳＮｗｉｔｈＩＥＥＥ８０２．１５．４ｉｎｔｏＩＰｖ６ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ

ｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍＣａＢｆ＇ｍｉｓｈｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｑｕｉｃｋｌｙ．

［ＫｅｙｗｏｒｄｓｌＷｉｆｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ）；ｌＰｖ６；ｇａｔｅｗａｙ

ｌ概述

人类进入２１世纪以来，随着微机电系统、计算机技术、嵌入式计算技术、无线通信技术的飞速发展，出现了一种新型网络——无线传感器网络（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）。ＷＳＮ是由大量具有无线通信能力和计算能力的微小传感器节点布设在特定区域『『ｉｉ形成的、能根据环境情况完成指定任务的测控和通信网络系统”＿Ｊ，具有规模大、成本低、节点硬件简单、功耗低、自组织等特点，有十分广阔的应用前景，在军事、环境监测、工农业、城市管理、医疗健康、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域有潜在的实用价值，已经引起许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对２１世纪产生巨大影响力的技术之一Ｉｌ。Ｊ。

ＩＰｖ６作为下一代互联网技术，拥有巨大的地址资源，支持无状态地址自动配置，具有强制安全措施及［ＰＳｅｃ机制ｐＪ。它可以满足大规模ＷＳＮ部署地址空间的需求、特定应用环境Ｆ对ＷＳＮ节点全球唯一标识的需求、为大规模ＷＳＮ实现自动编址的需求、传感器网络网络层安全保障需求。因此，将ＩＰｖ６与ＷＳＮ结合，符合未来网络的发展方向，具有十分重要的意义。

任何新兴技术的诞生和发展都是为了使生活更加方便，所以，ＷＳＮ必须与现有的网络没施相结合才能方便人们进行网络控制和数据获取等，进而最大限度地发挥作用。于是需要将网关设备接入外部网络，提供给用户进行ＷＳＮ的远程访问和监控。

文献【４】介绍了一种ＷＳＮ网关设计方法，当远程用户发出查询请求时，网关通过Ｓｉｎｋ节点向传感器网络各节点发出查询请求；传感器节点收到查询请求后给Ｓｉｎｋ节点和网关回送确认信息，并将采集的传感数据信息上传给Ｓｉｎｋ节点，再通过Ｓｉｎｋ节点上传给网关，进行相应处理后返回给远程查询

的用户。这种网关设计方法存在杳询严牵滞后的缺点，且用户查询是其中唯一触发传感器采集信息的方式，不能很好地了解传感器节点所在地区的物理信息变化情况，从而不能及时反映该地区物理信息是否已经超出常态。为了使ＷＳＮ可以灵活接入互联网，同时降低成本，本文设计了一个无线传感器网络ＩＰｖ６接入系统，用以实现将以ＩＥＥＥ８０２．１５．４作为物理层和数据链路层标准的ＷＳＮ接入ＩＰｖ６网络中。

２无线传痘器网络ＩＰｖ６接入系统体系结构一个完整的ＷＳＮ是由大量具有数据采集功能的传感器网络节点、一个或多个网关节点及用户终端组成，而且一般部署在环境比较恶劣的场合。因为在恶劣的环境中，不可能频繁地为数量巨大的节点更换电池，所以为了提高网络的使用寿命，高能效、低成本成为节点设计的基本原则。网关节点作为整个ＷＳＮ网络数据的出口，具有数据吞吐量大、计算能力要求强、存储能力要求高的特点，因此，要求网关节点拥有丰富的软硬件资源，并且尽量使用可再生的能量供给。

本文实现的网关节点是一个低成本的嵌入式网络连接设备，采用ＩＥＥＥ８０２．１５．４和ＷＬＡＮ无线通信技术，实现１Ｐｖ６，ＩＣＭＰｖ６和ＤＨＣＰ协议，并配置协议转换模块。两者结合完成网络连接、数据转换与转发等功能。基站是一台基于ＸＰ系统、连接在ＩＰｖ６网络的Ｐｃ，配置信息处理模块和数据库，用于处理ＷＳＮ节点发来的数据，读取节点ＩＤ号、设备型号、当前状态等，并存储在ＳＱＬ数据库中以备用户查询。基站还可以解析客户发来的控制信息，并将控制信息发送到网关以便及时控制ＷＳＮ。系统结构如图１所示。

作者简介：闻志平（１９８４－－），男，硕士研究生，主研方向：无线传感器网络；李迅，副教授；李洪峻，博士研究生

收稿日期：２００９－０６－３０Ｅ－ｍａｒｌ：ｗｅｎｚｈｉｐｉｎ９４１８＠１６３．ｃｏｒｎ

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