本白皮書介紹了使用IEEE 802.15.6和6LoWPAN上的iPv6技術設計網狀網絡，該技術在IEEE 802.15.4和iPv6之間增加了適配層。本文介紹了一款瑞薩電子RL78系列微控制器，用于實際演示，并提供當今可用的組件。

抽象的

如今，無處不在的Internet擁有14億用戶。它將大量不同的網絡和應用程序連接在一起，從而實現了新的業務模型，提高了運營利潤，并以無數種方式降低了成本。但是直到幾年前，Internet協議（IP）才被認為不適用于無線傳感器網絡。從那時起，電子技術得到了發展，標準鏈接協議已經出現，并且IP技術已經發展到現在可以實現并且非常實用的無線嵌入式Internet的地步。

介紹

物聯網涵蓋了所有本機啟用IP并已連接Internet的嵌入式設備和網絡。一旦它們的輸出和控件可以在Internet上訪問，就為新的應用程序和商機打開了無限的可能性，其中包括：

• 家庭和樓宇自動化系統
• 醫療保健自動化和物流系統
• 智能會議和智能網格基礎設施
• 提高能源效率的設備
• 實時環境監控設備
• 工業自動化系統
• 車輛管理功能
• 設施管理系統

現在在這些應用程序中應用的某些嵌入式設備將繼續使用有線通信連接。但是，越來越多的網絡將通過無線鏈接實現連接。這種趨勢正在迅速增長，并將在未來加速。設施管理區是該班次的例證。它結合了樓宇自動化，資產管理，環境控制和涉及無數嵌入式系統的其他活動。設施管理的大多數活動和功能都是移動的，這使得無線連接成為一種實現的必要性。

需求與問題

所有這些節點將做什么？仔細研究設施管理示例可以深入了解所涉及的多樣性。此應用程序有很多部分。其中包括門禁控制，樓宇自動化，跟蹤，節能，維護和智能計量。如下所述：

• 門禁控制
• 樓宇自動化
• 追蹤
• 節能降耗
• 維護
• 智能計量

無論設施是學校，會議中心，購物中心，醫院，工廠還是其他設施，嵌入式控制系統元素對于執行上述任務和過程都是必不可少的。特別地，這些電子設備中的許多電子設備需要通過無線網絡互連的低功率嵌入式設備。幸運的是，存在滿足這些需求的出色解決方案：使用IPv6網絡協議和IEEE 802.15.4無線電鏈路的系統設計和安裝。

設計注意事項和權衡

在為諸如設施管理之類的應用構建無線嵌入式Internet設備和系統時，系統工程師必須考慮眾多設計注意事項和權衡取舍。這里是其中的一些。

低功耗

設計的主要考慮因素之一是低功耗。盡管Wi-Fi（IEEE 802.11b / g / n）技術已侵入無線嵌入式應用程序，但它主要用于智能手機和PC，這些設備需要經常性地定期充電。與IEEE 802.15.4和6LoWPAN技術相比，標準Wi-Fi使用的功率要大得多。而且，其低功耗型號對于低成本無線傳感器網絡而言過于昂貴。

范圍和網狀網絡

典型的IEEE 802.15.4鏈路的通信范圍很短（幾十米的數量級），因為所需的傳輸功率隨范圍呈指數增長。為了在實現擴展的無線通信范圍的同時保持較低的功耗，網絡采用了多跳鏈接方案。多跳是一種技術，其中從嵌入式設備傳輸的數據包被該節點重新傳輸到相鄰設備-重復此過程，直到消息到達其預期的最終目的地為止。（該技術基本上是Pony Express的電子等效項。）

通常，IEEE 802.15.4網絡中有兩種類型的設備。全功能設備（FFD）可以充當協調器，實現通用的通信模型，使其可以與無線網絡中的任何其他設備進行通信。它還可以中繼數據包。另一方面，功能簡化的設備（RFD）是極其簡單的組件，具有有限的資源和通信需求。它只能與FFD對話。

FFD和RFD形成鏈接，從而創建了擴展無線網絡范圍的集群。該網絡可以由單個群集組成，或者形成多個相鄰的網格可以擴展其群集，如圖1（5）所示。網格劃分是通過源（FFD）和目標設備（RFD或另一個FFD）之間的網絡上的多個躍點路由消息的能力。

數據吞吐量

IEEE 802.15.4鏈路在2.4 GHz頻段或在其他頻段20或40 kbps時可達到250 kbps的吞吐量。這些較低的費率滿足了嵌入式無線設備的低功率運行要求，這些要求必須通過容量有限的電池獲得多年的使用壽命。大多數此類低功耗設備（如遠程傳感器等）都是RFD，它們應用廉價，省電的微控制器連接到網絡。

瑞薩電子的示例解決方案

設計應用IPv6網絡協議并利用IEEE 802.15.4無線電鏈路的無線網絡產品的系統工程師需要消耗非常少功率的高性能MCU。RL78 MCU系列中的設備是此類應用的最佳設計選擇。

該示例演示系統使用兩個帶有基于PMOD的無線電的RL78 / G14 RDK板。RDK和PMOD通過串行外圍接口（SPI）端口連接。每個RL78 / G14 RDK板都基于Contiki OS（8）運行一個單獨的應用程序。該軟件實現了用戶數據報協議（UDP）服務器和UDP客戶端，后者接受來自前者的請求。每個板都有一個單獨的MAC地址，用于在網絡中生成其IPv6地址。

此設置的簡單配置如圖2所示。Linux機器與UDP服務器建立了串行線Internet協議（SLIP）連接，并在這些設備之間實現了診斷和IPv6通信路徑。

如圖3所示，遠程節點的IPv6地址為[aaaa：200：0：0：7]。當本地節點接收到網頁請求時，它會檢查其路由表以確定是否具有RPL建立的地址為aaaa：200：0：0：7的路由。一旦確定了連接，將使用6LoWPAN技術封裝IPv6數據包，并將消息通過IEEE 802.15.4無線電鏈路發送到遠程節點。

然后，遠程節點處理該請求，并將網頁信息推送到Linux主機。有關此示例解決方案的更多信息，請聯系您的瑞薩銷售代表。

瑞薩通過提供許多具有低功耗選項的高性能MCU來推動這一巨大市場領域的發展。本白皮書中描述的示例解決方案在兩個RL78 / G14 RDK板上運行Contiki OS。它通過IPv6和6LoWPAN堆棧提供網頁，并通過IEEE 802.15.4無線電鏈路連接節點。

編輯：hfy