1 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Se nsorNetwork，簡(jiǎn)稱WSN）是集信息采集、信息處理、信息傳輸于一體的綜合智能信息系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景，可以應(yīng)用到安全、生態(tài)環(huán)境、智能交通、智能家居和家庭醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域。（更多無線傳感器資料，請(qǐng)查看維庫(kù)技術(shù)資料網(wǎng) http://www.dzsc.com/data）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常伴隨著大量的傳感器設(shè)備，如果將各種設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)中，則需要海量的IP地址，目前IPv4已經(jīng)無法滿足其需求，而IPv6具有豐富的地址資源，因此可以很好的滿足其需求，除此之外IPv6還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.1 安全性高

IPv6協(xié)議族定義了有關(guān)安全性的基本信息，如數(shù)據(jù)報(bào)封裝安全協(xié)議（ESP）和發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)認(rèn)證（認(rèn)證頭部AH）。

對(duì)所有IPv6節(jié)點(diǎn)，IPsec是強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)IPv6的端到端連接是安全的，對(duì)通訊對(duì)端的驗(yàn)證核對(duì)數(shù)據(jù)的加密保護(hù)使得敏感數(shù)據(jù)可以在IPv6網(wǎng)絡(luò)上安全地傳輸。而且全球唯一的地址可以清楚地標(biāo)識(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且避免了NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）對(duì)端到端的安全性破壞。

1.2 移動(dòng)性強(qiáng)

可以通過地址自動(dòng)配置在任何地方獲得一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，并且用此地址與網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。利用移動(dòng)IPv6和家鄉(xiāng)代理，移動(dòng)終端可以在保持已有的通信連接不被中斷的情況下在不同網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行漫游，同時(shí)還能保持自身的可達(dá)性。

1.3 服務(wù)質(zhì)量好

IPv6包頭中有一個(gè)業(yè)務(wù)類別域（Traffic Class），利用該域可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵用戶和應(yīng)用的優(yōu)先服務(wù)；IPv6包頭中的流標(biāo)記域（flow label）則為流量工程（Traffic Engineering）和負(fù)載平衡以及區(qū)分端到端的數(shù)據(jù)流提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具；全球唯一的地址可以更詳細(xì)地區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流，而結(jié)構(gòu)化的地址則可以很容易地在邊緣網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的聚合。

因此，IPV6可以很好的滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無縫隙連接的功能需求。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有無線通信與計(jì)算能力、低功耗、低復(fù)雜度的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一種采用無線通信方式的多跳移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。如果將IPV6技術(shù)完全應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，必然消耗了傳感器的大部分能量，其部分功能也無法實(shí)現(xiàn)。因此，無法將現(xiàn)有的IPV6技術(shù)應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。為了將IPV6技術(shù)應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，本文在研究6LoWPAN的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了IPV6頭部壓縮方法，使IPV6可以有效的服務(wù)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。IEEE工作組設(shè)計(jì)了如圖1所示的IPv6頭部壓縮方法。



圖1 LOWPAN_HC1

在該設(shè)計(jì)中，IPV6的源地址和目的地址占據(jù)了很大的一部分?jǐn)?shù)據(jù)包空間。如果能將其所占的地址空間能進(jìn)行優(yōu)化壓縮，將大大地提高數(shù)據(jù)包的工作效能。IPV6數(shù)據(jù)包主的地址主要包括地址前綴和接口標(biāo)識(shí)。如果是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部進(jìn)行傳輸，完全可以將前綴進(jìn)行壓縮，而接口標(biāo)識(shí)可以通過數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，源地址和目的地址可以有效的壓縮為2個(gè)比特。具體的設(shè)計(jì)格式如圖2所示：



圖2 LOWPAN_HC1 編碼格式

具體的編碼格式說明如下：

SA：IPV6 源地址

DA：IPV6目的地址

T&F：傳輸類型和數(shù)據(jù)流標(biāo)簽

NH：下一個(gè)頭部

HC2：HC2代碼

NCF：沒有壓縮的區(qū)域

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的方法的有效性，將該設(shè)計(jì)方法在N S2模擬其上進(jìn)行了相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的主要包括了21個(gè)節(jié)點(diǎn)，在50*50平方米的空間內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，其中包括1個(gè)解調(diào)器和5個(gè)普通的協(xié)調(diào)器。模擬的引用層數(shù)據(jù)信息的長(zhǎng)度為50字節(jié)。主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括信息傳輸成功率和端到端的延遲測(cè)試，具體的測(cè)試結(jié)果如表1和2所示。



表1 數(shù)據(jù)包傳輸成功率比較


表2 端到端延時(shí)比較

4 總結(jié)

本文在研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、IPV6和6LoWPAN的基礎(chǔ)上，將IPV6數(shù)據(jù)包的包頭進(jìn)行部分的優(yōu)化壓縮，使IPV6能更好地應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)路，從而可以使無線傳感網(wǎng)絡(luò)能很好的與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合。