6LoWPAN:实现低功率的IP通讯
将IP协议引入无线通信网络一直被认为是不现实的--不是完全不可能。迄今为止,无线网只采用专用协议,因为开发商认为,IP对内存和带宽要求较高,要降低它的运行环境要求以适应微控制器及低功率无线连接是比较难办的事。
6LoWPAN的优势
IETF 6LoWPAN草案标准的出台,有望解决这一问题,它基于IEEE 802.15.4实现IPv6通信。6LoWPAN的最大优点是低功率支持,几乎可运用到所有设备,包括手持设备和高端通信设备;它内植有AES-128加密标准,支持增强的认证和安全机制。
IEEE 802.15.4标准于2004年出台,设计用于精密、低功耗、低成本嵌入式设备,如传感器,故又称传感器协议,支持设备供电一到五年。IEEE 802.15.4无线收发器工作频段为2.4GHz,与Wi-Fi网差不多,但功耗只是前者的约1%。由于这个特点,它的传输距离有限,要进行远距离传输或绕过障碍物,设备相隔不能太远以有效执行每一跳间路由信息传输。
目前,IETF 6LoWPAN工作组正计划将IEEE 802.15.4完善为支持IP通信连接,使其成为一类真正开放标准,最终完全实现与其它IP设备的互操作。实现这一点后,能消除复杂的网关支持(只需一道本地802.15.4协议网关),解决应用单一及网关安全问题,简化管理进程。
标题压缩
IP目前仅限于有线网,因为它的地址及标题信息量过大,要将这些信息"填入"相对小得多的802.15.4包中进行传输是很困难的。6LoWPAN工作组的任务就是解决这一难题,采用方式是,将IP标题进行压缩,基本上只承载有效数据信息。它采用的是一种"所见即所得"的标题压缩方式,消除了IP标题中多余(或说不必要)的网络层信息,即借用链路层802.15.4标题域信息模式。
802.15.4技术的最大优势是设备间通信高效。完整的40字节IPv6标题被简化为一个标题压缩字节(HC1),以及一字节"跳跃保留"值,源及目标IP地址(共一字节)可由链路层64位唯一ID(EUID 64)或802.15.4中采用的16位短地址生成;8字节UDP传输标题也被压缩为4字节。总共为7字节,见下图:
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图: 大容量IP标题压缩
6LoWPAN针对日趋复杂的通信业务设计。对嵌入式网络以外设备间通信,仍然离不开大型IP地址。当所有交换数据量小到足以压缩入基本的信息包,就不会出现超负荷问题;对于大型数据传输,分割后的标题可确保对分段信息的跟踪。如果一次单一802.15.4跳跃能将包传送达目标,则不会出现传输超载;多跳跃通信则需要网状路由标题支持。
扩展IP应用
IETF 6LoWPAN的突破口在于,实现了IP紧凑、高效应用,消除了此前ad hoc标准和专有协议过于混杂的情形。这对相关产业协议发展意义尤其重大,如BACNet、LonWorks、通用工业协议(CIP)、数据采集与监控系统(SCADA),此前设计用于特定、专门产业总线及连接中,从控制器区域网络总线(CAN-BUS)到AC电源线路。数年前,这些协议的开发人员为人们基于现代网络技术(如以太)提供了更多IP应用选项。
6LoWPAN的出现,使已有协议进一步扩展了IP连接功能,自动实现了新型协议间的互操作,尤其802.15.4协议间,如ZigBee与SP100.11a。如今,所有类型的低功耗无线设备都可加入IP家族,与Wi-Fi 、以太及其它类型设备"平起平坐。"
