嵌入式IPv6协议栈的构造理念(1)


网络的发展不断微型化,这也就是嵌入式所具备的特点。那么网络之中我们已经开始使用IPv6协议了。那么嵌入式IPv6协议栈的设计和要求也在这时候被广大研究者所关注。下面我们就来谈及一下这方面的内容,为大家做一个参考。

IPv6 over IEE 802 15.4的技术特点

IEEE 802.15.4是2004年提出的无线标准的安全网络技术,主要定义物理层和MAC层的协议,其余协议主要参照和采用现有的标准,主要应用场合是读表自动化、自动化控制和传惑器网络。IEE802.15.4针对的就是低复杂度、低功耗、低数据速率的短距离网络,目标是将普通小型电池的使用寿命延长到几年。当芯片批量生产时,每个802.15.4设备的销售价格最终不到3美元,将很好地满足无线传感器网络的要求。IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,即2.4GHz物理层和868/9l5MHz物理层。

这两个物理层都基于直接序列扩额DSSS(Direct SequenceSpread Spectrum),使用相同的物理层数据包格式;区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4 GHz波段为全球统一、无须申请的ISM频段.有助于15.4设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz的物理屡通过采用高阶调制技术能够提供250kb/s的传输遵率,有助于获得更高的吞吐量、更短的通信时延和工作周期,从而更加省电。868 MHz是欧洲的ISM频段,915MHz是美国的ISM频段,这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s,915 MHz是40 kb/s。

由于这两个频段上无线信号传播损耗较低,因此可以降低对接收机灵敏度的要求,获得较远的有效通信距离,从而可以用较少的设备覆盖给定的隈域,这些特点使其非常符台传感器网络的应用要求。如前所述,IEEE802.15.4只规定了物理层和MAC层,并且其市场目标主要是无竣传感器网络,所以在选择网络层标准时,考虑到无线传感器网络对地址和安全性等方面的要求,以及下一代互联网协议1Pv6的不断发展和完善,在嵌入式设备中引入IPv6协议也将成为一种必然趋势。因此,6LowPan组织建议采取嵌入式IPv6协议栈,在设计时要充分考虑资源受限与功能相对完善之间的折中。

嵌入式IPv6协议栈的设计思想

由于无线传感器网络节点一般都是嵌入式设备,所以嵌入式IPv6协议栈的设计主要应突出“微型化"的思想。TCP/TP协议最先是在Uuix系统里实现的,由于嵌入式系统与PC机的差别很大,在嵌入式系统中实现TCP/IP协议与在操作系统巾的实现有很大不同,所以这是设计的核心环节。嵌入式系统的IPv6微型协议栈,直接面对硬件,没有一个多任务操作系统平台;MCU中的程序结构一般是顺序执行和硬件中断相配合的方式,与高级操作系统中多线程并发执行的方式截然不同。因为单片机上系统的各种资源是有限的,例如CPU的处理速度、字长,RAM、ROM存储器的容量以及接口的数量等与通用计算机相比有很大差距,所以如何使协议栈做到精细、通信可靠、功能相对完善,而且又能发挥单片机的特点成为IPv6微型协议栈设计的关键问题。“微型化"思想主要体现在设计方案核心应着眼于设计体积小,但又不影响运行的协议栈,所以要对协议栈的裁剪方面进行深入研究,去掉不必要的组件、传统的复杂调度机制和额外的扩展功能,甚至可以去除操作系统等。

综合研究以上多方面因素,提出了能够适用于无线传感器网络的嵌入式IPv6微型协议栈的设计要求。

①协议栈运行于单片机系统上,具有较强的兼容性。可以在以太网上正确运行,同时在此基础上可以借助IEEE802.15.4 MAC的无线数据传输功能来传送数据包。

②实现IPv6基本协议栈核心协议的最基本功能、包括IPv6基本描述协议、ND(邻居发现)协议、ICMPv6(因特网控制报文)协议和IPv6地址的自动配置协议等。

◆IPv6基本描述协议:IPv6数据包的发送、接收、处理等基本功能。

◆ND(邻居发现)协议:邻居发现的地址解析功能,实现邻居请求和邻居通告。

◆ICMPv6(因特网控制报文)协议:主要实现控制报文的消息处理,以及对网络诊断功能的回应请求和回应答复。

◆IPv6地址自动配置协议:根据IPv6地址格式的要求,主要实现IPv6链路本地地址的配置和请求节点多播地址的配置。

③利用对校验和字段的汁算与处理来提高ICMPv6、TCP等协议运行的正确性。


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