论文部分内容阅读
在传感器技术、网络与通信技术、大数据以及数据分析等技术不断发展与相互融合的背景下,物联网继互联网之后成功引发世界信息产业的又一次浪潮。其中,网络与通信技术作为信息传递和服务支撑的基础手段,对物联网的发展与壮大起到至关重要的推动作用。然而,当前物联网缺乏统一的通信标准,存在大量的异构网络,阻碍着物联网的发展。因此,将下一代网络协议IPv6引入物联网,基于IP over Everything的理念,对物联网网络通信进行标准化、统一化,通过对该领域的研究将极大的推进物联网标准化进程,对实现物联网时代“一物一地址,万物皆在线”的网络大融合具有很强的现实意义。与此同时,近年来以LoRa、NB-IoT、Sigfox等作为代表的低功耗广域网通信技术发展迅速,该通信技术能够很好的契合物联网应用场景中对于功耗、成本、通信距离等要素的要求,成为推动物联网迅猛发展的一大助力,拥有广泛的发展前景和应用空间。因此,本论文立足于物联网领域研究热点问题,以LoRaWan协议作为底层通信协议,展开适用于物联网的轻量级IPv6协议栈设计与移植研究工作,即基于LoRa网关,使得IPv6化的LoRa终端设备与服务器通过IPv6报文完成双向通信。具体研究内容如下:(1)IPv6 over LoRaWan适配层设计。在IPv6网络层与LoRa MAC层之间,设计添加IPv6适配层。在网络体系结构中增添适配层,一方面能够不破坏原有网络体系结构,另一方面,适配层可以起到承接作用,使得网络层与LoRaMAC层之间无缝对接。在适配层主要功能包括:分片与重组、报头压缩、IPv6地址自动分配等。(2)IPv6协议栈精简。在绝大多数的物联网应用场景中存在低功耗、低速率的特征要求,不能也不必要承载完整并且相对复杂的IPv6协议栈。因而本文在研究分析IPv6协议栈的基础上,针对物联网应用场景的要求和LoRaWan网络的特点,对IPv6协议栈进行精简修改,设计出基于LoRaWan的轻量级IPv6协议栈。(3)网络平台搭建。搭建LoRa网络平台,终端设备选用B-L072Z-LRWAN1开发套件,方便网络平台的搭建。网关硬件由LoRa无线收发器模块RHFOM301和明远智睿推出的控制器模块MY-IMX6-EK140两部分构成,并为其移植Linux操作系统。网络平台搭建完成后,分别给终端设备、网关搭载轻量级IPv6协议栈,实现终端设备与Linux服务器之间的双向通信。最后,对终端设备、网关以及Linux服务器功能进行测试,测试项目包括:单网关容量仿真实验、终端设备对传测试、网关硬件连通性测试、IPv6报头压缩算法测试以及整个网络系统连通性的测试。