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作者 標題 [Embe] 6LoWPAN：無線嵌入式網際網路
時間 2011年07月23日 Sat. AM 11:25:01
http://www.eettaiwan.com/ART_8800646953_617723_TA_fe800345_3.HTM
6LoWPAN：無線嵌入式網際網路
上網時間: 2011年07月14日
為什麼是6LoWPAN？
無線嵌入式網際網路可造福於眾多應用。目前，這些應用是使用形形色色的專屬技術實現的，它們難以與更大的網路和基於網際網路的服務整合在一起。在這些應用中使用網際網路協議並將它們與物聯網結合起來的好處包括[RFC4919]：
* 基於IP的設備可以方便地與其它IP網路連接而無需轉換閘道或代理。
* IP網路允許使用現有網路基礎設備。
* 基於IP的技術已經存在了幾十年，廣為人知，並已被證實行之有效且可擴展。
Socket API(應用程式設計介面)是世界上最知名和廣泛使用的API之一。
IP技術是以開放和免費方式制訂的，其標準流程和檔對任何人開放。其結果是，IP技術鼓勵創新且被更廣泛的受眾更好地予以理解。
管理、除錯和診斷基於IP網路的工具已經存在
(儘管要直接應用於6LoWPAN節點需對許多管理協議實施最佳化。我們將在第5章對此進行討論。)。
到現在為止，一直是只有強大的嵌入式設備和網路才能本真地與網際網路融合在一起。與傳統IP網路的直接通訊需要許多網際網路協議，通常需要一個作業系統來處理這一複雜性和可維護性。基於如下原因，嵌入式設備不堪負傳統網際網路協議之‘重’：
安全：IPv6包括用於IP安全(IPsec)[RFC4301]認證和加密支援的選項，Web服務通常利用安全槽或傳輸層安全機制。這些技術可能過於複雜，尤其對簡單的嵌入式設備來說。
* Web服務：目前的網際網路服務依靠Web服務，主要利用傳輸控制協議(TCP)、HTTP、SOAP以及帶複雜交易模式的XML。
* 管理：借助簡單網路管理協議(SNMP)和Web服務實施的管理通常既低效又複雜。
* 訊框大小：目前的網際網路協議需要鏈路有足夠的訊框長度(對IPv6，最小是1,280位元組)，
而重應用協議(heavy application protocol)需要大量頻寬。
這些規定在實踐中僅使功能強大的處理器、帶完整TCP/IP協議堆疊的作業系統和支援IP的通訊鏈路能接取物聯網。目前的典型嵌入式網際網路設備，包括：帶乙太網介面的工業設備、帶數據機的M2M閘道和先進的智慧手機。而大量的嵌入式應用涉及功能有限的設備、採用的是小功率無線和有線網路通訊。無線嵌入式設備和網路為網際網路協議帶來特別挑戰：
* 功率和占空比：電池供電的無線設備需要保持低占空比(工作時間的百分比)。而IP的基本假設是——設備是始終保持連接的。
* 多播：無線嵌入式射頻技術(如IEEE 802.15.4)，通常不支援多播，
在這樣一個網路中一發皆收(flooding)這樣一種方式是對功率和頻寬的浪費。對許多IPv6特性的實現來說，多播至關重要。
* 網狀拓撲結構：無線嵌入式射頻技術的應用，通常受益於多跳網狀網路以實現所需的覆蓋範圍和成本效益。
目前的IP路由方案可能不容易應用於這樣的網路(在第4章詳細討論)。
* 頻寬和訊框大小：低功率無線嵌入式射頻技術通常只有有限的頻寬(在20-250 kbit/s)和訊框大小(40-200位元組)。
在網狀拓撲結構，因通道共用，頻寬被進一步壓縮，且因多跳轉發而迅速減少。
IEEE 802.15.4標準的訊框大小是127 位元組，而第2層(layer-2)有效負載的訊框大小可縮小至72個位元組。
標準IPv6的最小訊框大小為1,280位元組[RFC2460]，因此需要碎片化處理。
* 可靠性：對低功耗無線網路來說，標準網際網路協議不是最佳化的。
例如，TCP無法區分因無線鏈路擁塞或資料封包丟失造成的封包丟失。
在無線嵌入式網路中，節點故障、能量耗盡和休眠占空比(sleep duty cycle)等會引發更多的不可靠問題。
為解決這些問題，特別是使IPv6能用於嵌入式無線設備和網路，成立了IETF 6LoWPAN工作組[6LoWPAN]。諸如IPv6的簡單報頭結構及其分層定址模式等設計特點，使其成為借助6LoWPAN實現的無線嵌入式網路應用的理想選擇。
此外，透過為這些網路設立一個專門的標準組，實現帶6LoWPAN的輕型IPv6協議堆疊的最低要求可與最基本的設備相匹配。最後，透過專門為6LoWPAN設計一個近鄰發現(ND)版本，可將低功耗無線網狀網路的具體特點考慮在內。
6LoWPAN是將IPv6推廣至無線嵌入式領域的一種有效嘗試，它支援了端到端的IP網路、成為許多嵌入式應用的特點。雖然6LoWPAN最初是針對IEEE 802.15.4射頻標準、並假設層2(layer-2)網狀網路轉發等特點開發的，但後來對其進行了通用化處理以適用於所有類似連結技術，並具有在[ID-6lowpan-hc, ID-6lowpan-nd]內對IP路由的額外支援。
物聯網(Internet of Things, IOT)
物聯網，有時也被稱為嵌入式邊緣(embedded fringe)，是目前網際網路面臨的最大挑戰和商機。它是由連接至網際網路、支援IP的嵌入式設備組成，感測器、機器、主動定位標籤、射頻識別(RFID)讀取器和大樓自動化設備，就是嵌入式設備的例子。物聯網的確切規模很難估計，因為其成長不依賴於人類用戶。據推測，物聯網將在規模(節點數)上很快超過其餘的網際網路範類，並將繼續快速成長。
無線嵌入式網際網路是物聯網的一個子集，它也是本文的主題。我們在定義嵌入式無線網際網路時，將資源有限的嵌入式設備(通常由電池供電、由低功耗低頻寬的無線網路連接至網際網路)包括在內。借助簡化(定義非常緊密的報頭格式)IPv6、且同時考慮到無線網路的自然屬性，開發出6LoWPAN，以支援無線嵌入式網際網路。
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※ 作者: uefangsmith 時間: 2011-07-23 11:25:01
※ 編輯: uefangsmith 時間: 2011-07-23 11:28:21
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