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无线传感器网络因其广泛的应用前景而受到普遍的关注,为了实现传感器节点可识别地址的自动配置、点到点的控制,以及与互联网的便利接入,将IPv6技术与传感器网络相结合成为重要的发展方向,为此IETF成立了6LoWPAN(IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Networks)工作组,致力于解决IPv6网络与基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络之间的适配问题。
为了提高IPv6数据在无线传感器网络有限带宽上的传输效率,减小数据包报头的开销,降低6LoWPAN网络的能耗,必须提供高效的IPv6报头压缩方案。虽然6LoWPAN工作组已经提出了相关的压缩草案,但对于IPv6地址、UDP头部、ICMP头部等的压缩,还存在不少需要完善的地方。本文在6LoWPAN相关技术基础上,提出了改进和扩充的IPv6无线传感器网络报头压缩算法,主要工作包括:
(1)设计LOWPAN_IIPHC压缩编码对IPv6报头进行压缩,采用无状态压缩机制压缩IPv6本地链路单播地址及常用多播地址,采用基于上下文的压缩机制压缩全局单播地址,使得6LoWPAN网络中本地链路范围及全局范围的单播、多播通信均可获得有效的压缩效果。并对上下文信息格式进行设计,通过路由通告消息实现网络共享上下文信息的建立和维护。
(2)设计RH_IHC压缩编码对IPv6路由扩展头部进行压缩,扩展头部中IPv6地址之间的冗余信息被缩减,使得在6LoWPAN网络中使用源路由机制成为可能。
(3)设计ICMP_IHC及UDP_IHC压缩编码对网络中交互的ICMP、UDP数据包进一步压缩,以获得更好的报头压缩效果。
(4)利用PowerTossimZ仿真工具对压缩算法的性能进行分析验证,并在UC Berkeley大学研发的基于TinyOS的IPv6协议栈Blip(Berkeley Low-power IP stack)平台上实现了改进的压缩算法,通过在GainZ节点上部署UDP应用,对节点内存使用、数据包时延、网络吞吐量及能耗等方面性能进行分析,验证压缩算法在实际应用中的效果。
本文改进后的压缩算法虽然在一定程度上增加了节点的内存使用,但可以有效减小数据包传输时延,提高网络吞吐量,降低节点能耗,延长网络的使用寿命。