基于6LoWPAN和Contiki的个域网节点TCP通信实验设计

针对电信类学生硬件、网络、嵌入式操作系统三方面综合应用能力弱的问题,设计了物联网(Internet of things,IoT)综合实验。硬件采用STM32W108芯片、CC2530通信模块和IEEE802.15.4传感器模块,内部移植Contiki操作系统,完成基于6LoWPAN技术的两节点TCP通信任务。教学设计内容紧扣物联网发展主题,从个域网的通信子网搭建开始,完成了物理层、数据链路层、网络层、传输层的网络通信和测试实验。学生在网络技术、嵌入式技术和操作系统三方面得到了训练。高阶性、创新性实验的引入,对学生解决复杂工程问题具有积极意义,课程有效性在相关竞赛中得到体现。

基于树莓派CM4和CC2530的6LoWPAN网络的设计与实现

为了解决无线传感网络(WSN)与IPv6网络的互联互通的问题,提出了一种基于树莓派CM4和CC2530微处理器的6LoWPAN网络的设计方案,并实现了以CC2530为主控芯片的6LoWPAN无线网络终端节点的软硬件设计,以及以树莓派CM4和CC2530微处理器构成的完整边缘路由的软硬件设计,同时,依此搭建了IPv6网络与6LoWPAN网络测试平台,实现了相应的通信功能并验证了方案的可行性。

基于OpenWrt的6LoWPAN边界路由器的实现

OpenWrt作为一个高度模块化、自动化的嵌入式Linux系统,拥有强大的网络组建和扩展性。基于该系统,提出了一种6LoWPAN边界路由器的设计方案。通过在边界路由器上分别搭建两种协议栈,实现对于IPv6和6LoWPAN网络的接入;之后在协议栈之间建立SLIP通道,实现两种异构网络之间的通信。借助OpenWrt系统强大的路由功能和包管理机制,该边界路由器可以直接接入IPv6网络,并具备极强的拓展性。

基于6LoWPAN的物联网寻址策略研究

在6LoWPAN(IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Network)的基础上,该文提出应用于物联网的寻址策略,实现基于IEEE 802.15.4协议的底层异构网络与互联网的实时通信。寻址策略包括IPv6地址自动配置和报头压缩。采用的分层地址自动配置策略,首先在底层网络内部允许节点使用16位短地址导出的链路本地地址进行数据分组传输,该链路本地地址需通过执行基于分簇的重复地址检测机制保证唯一性;其次,每个底层网络中的Sink节点通过上层IP路由器获取全球路由前缀,并与接口标识符相结合,形成Sink节点的全球地址,实现底层网络与互联网的数据交换。同时,通过在报头压缩编码中植入链路本地地址和全球地址控制位,提出了一种适用于物联网应用的报头压缩方案IIPHC(IoTs IPv6 Header Compression)。如果地址类型为链路本地地址,则采用简单灵活的IIPHC1方案,如果地址类型为全球地址,则采用相对复杂但有效的IIPHC2方案。仿真及测试结果表明,基于6LoWPAN的物联网寻址策略在网络开销、时延、吞吐量、能耗等性能方面存在一定的优越性。

基于6LoWPAN的IPv6无线传感器网络

IPv6不能直接构建于IEEE802.15.4网络上,为了实现IPv6 over IEEE802.15.4,该文对6LoWPAN的核心技术即适配层帧格式、适配层分片和重组、Mesh支持、报头压缩等进行了深入的研究,并结合TinyOS的系统特点,设计和实现了一个基于TinyOS 2.0的6LoWPAN无线传感器网络。阐述了该网络系统的设计方案,构建了测试环境,并对该系统的实现进行了测试分析。测试结果表明,该系统工作正常,能够实现WSN与外部IPv6环境直接交换数据的目标。

6LoWPAN无线传感器网络路由研究

本文提出一种6LoWPAN无线传感器网络路由方案,本路由方案在链路层实现,中间节点只需处理链路帧头即可实现路由转发,可降低传感器节点功耗,缩短路由延迟时间。本方案实现了本地路由修复,从而达到最小范围的路由路径修复。对所提路由方案的性能参数进行分析,分析结果验证了本路由方案能够有效缩短路由时间及减少路由代价。

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。

智能家居6LoWPAN家电控制系统研究

为了在家庭内部构建安全、高效、无线组网的多终端协同WSN网络,提出了一种家电控制系统的改进方案。首先分析现有家电控制系统存在的不足,然后从网络安全和数据安全两个维度对系统身份识别、信息安全进行研究。采用基于IPv6技术的6LoWPAN组网,通过接入智能家居环境监测、安防报警等子系统,实现情景模式控制。通过人性化的移动终端软件,支持Android和iOS的智能手机、PDA和基于J2EE架构设计的智能家居网站,使人们体验到物联网技术在家电控制领域带来的舒适生活。

基于6LoWPAN的无线农田信息监测系统

设计了一种新型的农田信息监测系统,采用ARM7内核的MCU进行控制,并基于IPV6协议,利用6LoWPAN技术和GPRS技术相结合的方式,建立了可自组网的无线传感器网络,实现对指定区域农田信息的实时监测。系统使用了多只土壤水分传感器、红外温度传感器、光量子传感器、光量子传感器对植物生长的环境和状况进行全方位实时观测。各观测点将数据通过基于6LoWPAN的无线网络传送给Sink节点,Sink节点再通过GPRS网络将数据传送给监控中心。监控中心可以对数据进行记录和分析,对作物的生长状况进行评估,并及时将评估结果通过短信的方式反馈给相关用户,达到更好地指导生产的目的。

基于6LoWPAN的边缘路由器设计研究

提出了一种智能6LoWPAN传感网络边缘路由器设计实现方法。该方法基于嵌入式操作系统Linux系统平台和单CPU的方案实现,通过在系统Linux上移植6LoWPAN协议簇,使射频接口LAN承载6LoWPAN网络,本地6LoWPAN传感网络通过边缘路由器接入互联网。6LoWPAN传感网络边缘路由器采用多协议融合的方式实现IPv4/IPv6双栈协议、NAT64协议、6to4隧道协议的统一,实现6LoWPAN网络节点通过6LoWPAN边缘路由器与互联网在不同网络环境下的自适应接入。

6LoWPAN网络安全问题的分析

6LoWPAN网络有着广泛的应用前景,关于6LoWPAN网络安全的研究将直接决定6LoWPAN网络的应用进程。本文分析了6LoWPAN网络所面临的威胁,同时介绍了目前已有的防御方法,并提出了一种利用隐半马尔科夫模型建立蜜网防御系统的方案。

基于6LoWPAN无线传感技术的环境监测系统

基于IPv6的低功耗无线个域网(6LoWPAN)标准是一种适配IEEE 802.15.4和IPv6协议的技术,与其他无线个域网技术相比,接入设备不需要复杂的网关或代理即可直接与IP网络通信。基于6LoWPAN架构设计的环境监测系统,主要包括传感器、6LoWPAN终端节点、6LoWPAN网关、Web应用服务器4个部分。其中6LoWPAN网关使用HG553硬件平台并基于Open Wrt开发,6LoWPAN终端节点采用Modbus-RTU协议与传感器通讯采集数据。系统工作时采集数据经过网关上传到Web应用服务器的数据库,由Web应用服务器对传感数据进行管理、分析,最终实现环境监测服务。

启用节点睡眠态的6LoWPAN网络节能研究

为了降低6LoWPAN网络节点能耗,本文提出了一种启用节点睡眠态的信道竞争接入机制:节点可于超帧退避期内适时睡眠和超帧睡眠期内睡眠。应用该机制对网络MAC协议建模,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对节点平均能耗、网络数据包发送稳态概率和数据包服务时间进行了数学分析,并研究了协议参数NB和minBE对网络性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了6LoWPAN网络信道竞争接入机制,该机制有效降低了节点的平均能耗,协议性能得到较大改善。

基于Contiki的6LoWPAN边界路由器的设计

以TI公司的CC2538 SoC作为核心硬件平台,基于Contiki开源操作系统设计了一种6LoWPAN边界路由器,同时搭建了一个包含一台接入有线网络的PC、2个6LoWPAN节点以及一个6LoWPAN边界路由器的测试网络。测试结果表明,所设计的6LoWPAN边界路由器成功实现了6LoWPAN节点和PC之间数据的转发功能,可以应用于智能家居、环境监控等多种场合,具有一定的应用价值。

基于6LoWPAN的矿井无线传感器网络适配层研究

针对采用6LoWPAN技术的矿井无线传感器网络WSN与Internet互联时,需要进行IEEE802.15.4与IPv6的协议适配转换的问题,提出了一种IPv4/IPv6适配层的设计方案。该方案采取分―总的设计思路:首先分别进行IPv4适配层和IPv6适配层的设计,然后通过分析这2个设计将IPv4适配层和IPv6适配层进行结合,使得IPv4适配层和IPv6适配层成为可选择使用的IPv4/IPv6适配层。文章还介绍了该方案在矿井人员定位系统网关中的应用。下一步的研究重点是研究可支持该方案实际使用的硬件。

一种基于簇策略的物联网6LoWPAN报头压缩技术

针对物联网基于IPv6的低功耗无线个域网6LoWPAN报头压缩技术中的LoWPAN_HC1和LoWPAN_HC2对于全局地址和多播地址的作用非常有限,而LoWPAN_IPHC存在广播通信无方向性、冗余的网络通信消耗等问题,提出了一种基于簇策略的物联网6LoWPAN报头压缩方法 LoWPAN_CIPHC。该方法采用簇的策略细化报头压缩目的地址与源地址,既可以使内部网络通信路径最优,又方便控制广播区域。测试结果表明,与LoWPAN_IPHC相比,LoWPAN_CIPHC能够在不增加运算的情况下,减少网络通信消耗。

基于6LoWPAN和CoAP的农业环境信息传感系统的设计与实现

针对农业生产环境中信息监测点分散和学校现有无线传感网络(WSN)的不足,采用移植性强支持6LoWPAN协议栈的Contiki嵌入式操作系统在STM32平台上进行农业环境信息监测传感器节点设计;在DDWrt上实现了支持6LoWPAN协议栈的IPv4/IPv6双栈边缘路由器,将监测到的农业环境信息转发到IPv4/IPv6网络,最终实现了基于6LoWPAN的农业信息传感系统。在校园网环境下测试了农业环境信息传感节点与测试机网络的连通性,测试结果表明,基于6LoWPAN协议的无线网关与农业环境信息监测传感节点通过6LoWPAN协议可以正常通信,用户可通过CoAP协议访问6LoWPAN无线传感器网络。

基于改进6LoWPAN的移动物联网性能研究

主要研究如何解决在无线移动物联网中使用IPv6所引起的传输效率以及移动切换中数据连续传输问题。为传输效率问题,提出了IPv6报头的复合压缩方法,使用了地址分配器、比较编码、Lempel-Ziv-Welch编码器等算法对报头作压缩处理。为实现移动切换时的数据连续传输,提出了改进的移动切换协议E-FHMIPv6方法。仿真结果证明,该算法和方法提高了传输效率,在移动切换时降低了丢包率。因此,提出的解决方案对移动互联网的性能有明显的提高。

基于6LoWPAN与IPv6互连的地址压缩改进方案

为解决6LoWPAN(IPv6over Low power WPAN)设备与IPv6网络通信时的地址压缩问题,研究了6LoWPAN报头压缩方案,提出了一种基于短地址映射的改进压缩方案。6LoWPAN设备短地址由自身生成,IPv6网络节点短地址可由数据报中直接获取,避免了短地址注册、分配机制及地址冲突检测方法带来的开销,保证了短地址的唯一性。介绍了地址映射方法及地址映射表,详细阐述了设备处理流程及设计的路由地址通告和地址映射更新报文。性能分析表明,在传输负载较大,通信次数频繁的网络状况中,改进方案能有效减少报头开销,数据传输效率较6LoWPAN原方案有显著提高。

基于传感器和6LoWPAN的电梯舒适性监控系统

针对目前电梯舒适性差的问题,提出一种基于6LoWPAN技术和传感器技术的电梯舒适性监控系统。该系统对电梯轿厢内的温度、湿度、照明强度、烟雾浓度、加速度、噪声等参数进行实时数据采集,并根据采集到的数据产生控制指令,控制相应的设备自动启动与关闭,实现了对轿厢内空气质量及轿厢运行状态的实时控制、超限报警、数据处理等功能。实验结果表明,该系统改善了乘梯舒适性,提高了电梯安全性,同时节约了电梯运行能耗。