低功耗无线传感器网络路由协议比较.doc

低功耗无线传感器网络路由协议比较无线传感器网络WSN（WirelessSensorNetwork）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点周围地点的特定信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等），然后经过嵌入式芯片对于这些数据的鉴别、处理，通过无线网络将这些信息汇总处理，并发送给需要的人。无线传感器网络在公共安全、环境监测、智能家居、工业生产等领域都有着非常广阔的发展前景。在无线传感器网络中，会有大量的传感器组成网络，这些传感器将具有节点和路由的功能,传感器之间通过无线通信协议进行数据传输，同时网络内还有一定数量的网关节点，这些网关节点通常会得到能量补充，但是无线传感器本身由于数量众多，常常通过自身电池维持，由于受到体积和成本等因素的制约，电池的容量有限，所以如何降低功耗就成为了提高无线传感器网实用性，增加效率的重要因素。根据研究数据表明，目前无线传输的发送和接收功率占用了无线传感器将近80%的能耗，如果能降低无线传输中所需要的功耗，将会大大降低整体功耗。此次研究的主要以新一代的低功率和超低功率无线协议为主，其中有6LowPAN、Ipv6、RIME和μIP这些较为领先的无线协议。本文将对以上几种协议进行概述以及初步的比较。一、6LowPAN1.6LowPAN概述6LowPAN是基于IEEE802.15.4实现IPv6通信的草案标准，6LowPAN因为其具有低功率运行的潜力，所以可以用于嵌入式设备中，同时，因为它内置支持AES-128加密，也为它强健的认证和安全性打下了基础。IEEE802.15.4标准利用运行在2.4GHZ频带上的无线收发器传送数据，和WIFI使用的频带相同，但是功率却只有WIFI的1%，但是由于其低功耗的特性使得它的传输距离受到了限制。通常采用多台设备接力逐跳传送信息来延长传距离或绕开障碍物。6LowPAN技术的底层是采用IEEE802.15.4规定的PHY层和MAC层，在网络层采用的是IPv6协议。为了实现MAC层和网络层的无缝连接，6LowPAN在MAC层和网络层之间增加了一个网络适配层，用来完成包头压缩、片头与重组以及网状路由转发等工作。图为6LowPAN协议栈的参考模型。IETF6LoWPAN工作组的任务是定义在如何利用IEEE802.15.4链路支持基于IP的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他IP设备的互操作性。支持IP将消除对与多种网关和专用适配器以及网关安全管理程序的需要。但是IP的地址和包头都很大，因为802.15.4协议的数据包很小，所以6LoWPAN需要找到一种将IP包头压缩到只有必要内容的小数据包的方法。6LoWPAN采用的是“payasyougo”式压缩方法将包头压缩。这样可以去除冗余的数据和信息。IP包头会从链路级802.15.4包头的相关域里获取这部分的信息。在最简单的情况下，两台802.15.4设备之间通信，IPv6包头有40字节，将被缩减为1个包头压缩字节和一个字节的“剩余跳数”。源目的的IP地址可以由802.15.4中的16位短地址生成。8字节的用户数据报协议传输包头被压缩为4个字节。2.6LowPan技术优势1．普及性：IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速其普及的步伐，在LR—WPAN网络中使用IPv6更易于被接受。2．适用性：IP网络协议栈架构受到广泛的认可，LR—WPAN网络完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。3．更多地址空间：IPv6应用于LR-WPAN最大亮点就是庞大的地址空间，这恰恰满足了部署大规模、高密度LR-WPAN网络设备的需要。4．支持无状态自动地址配置：IPv6中当节点启动时，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。5．易接入：LR—WPAN使用IPv6技术，更易于接人其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。6．易开发：目前基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对LR-WPAN的特性需进行适当的精简和取舍，简化协议开发的过程。由此可见，IPv6技术在LR—WPAN网络上的应用具有广阔发展的空间，而将LR—WPAN接人互联网将大大扩展其应用，使得大规模传感控制网络的实现成为可能。二、IPv61.IPv6概述IPv6协议是IPv4协议的后继版本，目前，IPv4网络在世界上占据主导地位。促使IPv6协议取代IPv4协议的主要动力是IPv4的网络地址即将枯竭，IPv6协议由互联网工程任务组(IETF)提出，在RFC2460中定义，于1998年首次发布。由于采用了128b的地址格式，IPv6协议具有海量的地址空间，