隨著互聯網在人們生活中的廣泛應用，Internet已經成為人們生活中不可缺少的一部分。現在的無線網絡已經集成了網絡技術、嵌入式技術、微機電系統（MEMS）及傳感器技術并將Internet從虛擬世界延伸到物理世界，從而將信息世界與人們生活的真實世界融合在一起，改變了人與自然交互的方式，滿足了人們對“無處不在”的網絡的需求。

無線傳感器網絡（Wireless SensorNetwork，WSN）是集信息采集、信息處理、信息傳輸于一體的綜合智能信息系統，具有廣闊的應用前景。IPv6傳感器網絡是一種新興的網絡形態，它把IPv6技術融入無線傳感器網絡，采用分層結構構建開發式的網絡體系，不僅能解決無線傳感器網絡間、無線傳感器網絡與Internet間的互連互通問題，同時解決了無線傳感器網絡固有的缺點，如需要數量巨大的地址資源、需要實現有效地址管理機制、缺乏應有的安全機制等問題。文章就IPv6技術在無線傳感網絡組網的應用，概述了相關的關鍵技術及重點解決問題。

1 IPv6無線傳感器網絡與現有網絡的互聯互通方式

IPv6無線傳感器網絡與現有網絡的互聯互通主要有兩種：直接接入方式、網關接入方式。

（1）直接接入方式

采用移動終端直接與無線傳感器網絡節點通信的方式進行互聯，簡化了網絡接入的模型，不需要特殊的中間節點或者網關進行轉發，直接接入現有網絡，成為網絡終端，實現與現有網絡的無縫融合。IPv6無線傳感器網絡與現有網絡互聯互通的直接接入方式如圖1所示。

圖1 直接接入方式

（2）網關接入方式

IPv6無線傳感器網絡協議棧，將采集的數據通過無線傳感器網絡路由協議匯聚到網關，由網關對數據的轉發處理，接入各種承載網絡將信息發送到服務器，網關只需配置相應的接入模塊即可。服務器端對監測信息進行處理和分析，并存儲到數據庫中。用戶終端通過現有網絡的協議訪問服務器，獲取IPv6無線傳感器網絡設備的信息，實現對設備的訪問、控制以及有效的管理網關接入方式如圖2所示。

圖2 網關接入方式

IPv6基本協議棧核心協議的最基本功能：

IPv6基本描述協議、ND（鄰居發現）協議、ICMPv6（因特網控制報文）協議和IPv6地址的自動配置協議等。IPv6基本描述協議：IPv6數據包的發送、接收、處理等基本功能。ND（鄰居發現）協議：鄰居發現的地址解析功能，實現鄰居請求和鄰居通告。CMPv6（因特網控制報文）協議：主要實現控制報文的消息處理，以及對網絡診斷功能的回應請求和回應答復。IPv6地址自動配置協議：根據IPv6地址格式的要求，主要實現IPv6鏈路本地地址的配置和請求節點多播地址的配置。

2路由算法

通常的路由算法是：首先在目的地址緩存中查找與發送報文目的地址匹配的記錄，找不到再在前綴列表中查找與之匹配的記錄，還找不到再看是否有默認路由；其中之一匹配成功，得到下一跳地址，如果都不成功，目的地址設為下一跳地址。再查找鄰居表，如果有與下一跳地址匹配的記錄，用該記錄中的MAC地址發送報文；否則，調用地址解析程序解析下一跳IP地址對應的MAC地址，解析成功，更新鄰居表，發送報文，解析失敗，返回錯誤。在無線傳感器網絡中，內部節點只有一個接口，為簡化下一跳的選擇過程，做如下處理：前綴表中按照前綴長度遞減排序，并加上鏈路本地前綴和默認路由，默認路由前綴長度設置為0，是表中的最后一條記錄。這樣在選擇下一跳時，可順序查找前綴表，第一個找到的就是最長前綴匹配，即使在真正的前綴中找不到匹配的下一跳，最后一條記錄是默認路由，肯定能匹配成功。刪去目的地址緩存及其匹配過程。目的地址緩存的目的是提高下一跳選擇的效率，在內部節點上的前綴記錄實際上只有三條記錄：鏈路本地地址前綴對應的記錄；全球弛址前綴對應的記錄；默認路由。如果還使用目的地址緩存，不僅消耗內存空間和代碼空間。而且實際的查詢效率也得不到有效提高。

IPv6的優點之一就是提供靈活的路由機制。由于分配IPv4網絡ID所用的方式，要求位于Internet中樞上的路由器維護大型路由表。這些路由器必須知道所有的路由，以便轉發可能定向到Internet上的任何節點的數據包。通過其聚合地址能力，IPv6支持靈活的尋址方式，大大減小了路由表的規模。在這一新的尋址結構中，中間路由器必須只跟蹤其網絡的本地部分，以便適當地轉發消息。

鄰居發現提供以下一些功能：

（1）路由器發現。這允許主機標識本地路由器。

（2）地址解析。這允許節點為相應的下一躍點地址解析鏈路層地址（替代地址解析協議）。地址自動配置。這允許主機自動配置站點一本地地址和全局地址。鄰居發現將Internet控制消息協議用于IPv6（ICMPv6）消息，這些消息包括：

（3）路由器廣告。在偽定期的基礎上或響應路由器請求由路由器發送。IPv6路由器使用路由器廣告來公布其可用性、地址前綴和其他參數。

（4）路由器請求。由主機發送，用于請求鏈路上的路由器立即發送路由器廣告。

（5）鄰居請求。由節點發送，以用于地址解析、重復地址檢測，或用于確認鄰居是否仍可訪問。

（6）鄰居廣告。由節點發送，以響應鄰居請求或通知鄰居鏈路層地址中發生了更改。

（7）重定向。由路由器發送，從而為某一發送節點指示指向特定目標的更好的下一躍點地址。

3無線傳感器網絡和有線網絡交互及穩定性

本文提出通信網絡采用有線網絡和無線傳感器網絡相融合拓撲模型，如圖3所示。用現有專用光纖，無線傳感器網絡具有網絡自愈功能，且每個節點都是一個傳感器，可采集相關信息數據，同時充當無線網絡路由器傳輸數據。無線傳感器網絡通過接入節點（AccessPoint，AP）接入有線網絡，將數據通過專用光纖傳輸至中心監控系統。AP節點是無線傳感器網絡同有線網絡交互的網關節點，同時運行無線網絡通信和有線網絡通信雙協議。

圖3無線傳感器網絡和有線網絡協議交換

在IPv6協議族中，有線網絡數據傳輸使用硬件地址（MAC）進行識別設備，其中地址解析協議（ARP）完成IP地址和數據鏈路層使用的硬件地址之間的轉換，因此為了保證無線傳感器網關在有線網絡中的通信，必須要實現ARP協議功能。無線傳感網絡中節點都還擁有自己唯一的MAC地址，參考TCP/IP下的實現機制，實現Zigbee協議中的適配層和ARP，實現IP地址到Zigbee無線傳感器節點地址的映射。協議轉化如上圖所示，完成數據在Zigbee無線傳感器網絡和TCP/IP有線網絡之間的協議轉換過程。

4互聯互通下行物理層/鏈路層

開發互聯互通下行物理層/鏈路層支持802.15.4等協議，其中802.15.4支持多頻段，包括780 MHz和2.4 GHz。物理層是通過中繼器或集線器在電纜之間復制比特流。如圖4所示。

圖4物理層

數據鏈路層是通過網橋或交換機在網段之間根據數據幀中的信息（MAC地址）轉發數據幀。如圖5所示。網關用來連接不同體系結構的網絡。如圖6所示。

圖5數據鏈路層

圖6網關

IEEE 802.15.4是2004年提出的無線標準的安全網絡技術，主要定義物理層和MAC層的協議，其余協議主要參照和采用現有的標準。802.15.4主要應用于工業控制、遠程監控和樓宇自動化領域，后期802.15.4的市場將轉向消費者和家庭用戶，主要應用于家庭自動化、安全和交互式玩具。802.15.4網絡另一個充滿魅力的應用領域是精作農業。針對巨大的中國市場和2008年國際奧林匹克運動會，802.15.4技術產品將在中國的環境監測和保護領域發揮重要的作用。利用該技術可以對污染源，特別是各工廠廢水，廢氣的排放口進行實時監測控制，在每個排放口安裝相應感應器，完成樣本的采集、分析和最終的流量測定。就目前的環境來說，污染源的數量大的驚人，僅北京地區的排污口就有幾萬個。基于IPv6的IEEE802.15.4的無線傳感器網絡是目前研究的一個熱點。其中，設計適合傳感器節點的嵌入式IPv6協議棧是一個關鍵。

802.15.4工作在工業科學醫療（ISM）頻段，它定義了兩個物理層，即2.4GHz頻段和868MHz/915 MHz頻段物理層。免許可證的2.4GHz ISM頻段全世界都有，而868MHz和915 MHz的ISM頻段分別只在歐洲和北美有。在802.15.4中，總共分配了27個具有3種速率的信道：2.4 GHz波段為全球統一、無需申請的ISM頻段，有助于15.4設備的推廣和生產成本的降低。2.4GHz的物理層通過采用高階調制技術能夠提供250Kb/s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更短的通信時延和工作周期，從而更加省電。在868MHz頻段有1個20Kb/s（或20Ksymbol/s）的信道。

5結語

IPv6傳感器網絡是IPv6技術與無線傳感器網絡的融合，具有兩者各自部分特征，同時也具有其獨特性。這種獨特性，決定了IPv6傳感器網絡不適合直接采用IPv6網絡或無線傳感器網絡的傳統體系結構，主要體現在：傳統的傳感器網絡體系結構不支持IPv6協議，無法實現與下一代互聯網的直接融合，不支持端到端通信，可擴展性不高。IPv6作為下一代互聯網的核心協議，充分考慮了網絡中的各種問題，已經形成一套功能強大、魯棒性好的協議體系，無法應用在存儲資源和處理資源受限的傳感器網絡中。因此，必須在充分考慮到此網絡的特點和特殊性的前提下，重新構建基于IPv6的傳感器網絡體系結構。基于IPv6over IEEE802.15.4的無線傳感器網絡是一門新興的網絡技術，應用領域廣泛，如將它應用到家電的控制方面，把手機、PDA加入。同時因為IPV6替代IPV4以后，可以實現三網合一。同時可以把網格計算、高清晰電視、遠程醫療等整合在一起，使網絡真正成為信息高速公路。這對改變人們的生活和工作方式，具有十分重要的社會效益，將其應用到各個信息行業并進行推廣后，將有巨大的市場潛力以及產生巨大的經濟效益。

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