已多个开源系统为基础，研究6LoWPAN边界路由器.doc

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1、已多个开源系统为基础，研究6LoWPAN边界路由器　　自从物联网概念的提出，6LoWPAN（IPv6overLowPowerWirelessPersonalAreaNetwork）边界路由器就是主要的研究内容之一。为实现Internet网络与无线传感器网络的互联，IETF工作组早在2004年就提出并制定了基于IPv6的以IEEE802.15.4作为底层标准的低功耗无线个域网6LoWPAN技术标准，其主要包括6LoWPAN适配层、IPv6报头压缩与解压、数据分片与重组、路由协议、IPv6网络接入和节点地址管理技术等。　　目前6LoWP

2、AN协议已实现在多种开源系统上，例如6LBR、Contiki，本文采用开源的、高度可移植的6LBR和Contiki操作系统。其中，Contiki是一个开源的专门为需要联网、硬件资源严重受限的嵌入式设备而设计的事件驱动多任务操作系统［2］，通过uIP协议栈提供了对IPv4和IPv6的TCP/IP协议的支持，还包含了一套轻量级的无线传感器网络协议栈Rime；同时在IPv6中还实现了6LoWPAN协议、RPL无线路由协议以及应用层协议CoAP。6LBR是为工业应用准备的6LoWPAN/RPL边界路由解决方案，它运行在低成本、开放的硬件平台

3、和Linux主机上，因此6LBR更符合未来边界路由器的发展方向，其设计思路更能满足今后的应用需求。　　本文在Contiki和OpenWrt的基础上，将6LBR移植到嵌入式OpenWrt系统上，设计了一种实用的边界路由器。其能够完成IP协议栈和6LoWPAN协议栈之间的转换，使IP网络中的主机可以访问6LoWPAN传感网络中的节点。　　　　1、边界路由器实现方案　　OpenWrt是一个基于Linux内核的路由器操作系统，支持各种处理器架构，对拥有ARM架构的TL-WR703N路由器有很好的支持。提供简单易用的环境框架以及模块化设计来构

4、架自己的应用程序，这大大方便了开发应用程序和6LBR移植到OpenWrt系统中。本文在OpenWrt系统的基础上，提出了两种6LoWPAN边界路由器的解决方案，分别是6LBR-OpenWrt边界路由器方案和OpenWrt边界路由器解决方案。　　2、6LBR-OpenWrt边界路由器　　2.16LBR-OpenWrt边界路由器系统结构　　6LBR用于将基于802.15.4与6LoWPAN的无线传感器网络和基于以太网的IPv6网络连接起来。6LBR设计灵活，它可以配置为支持各种网络拓扑结构用于连接无线传感器网络与IP世界。路由器TL-W

5、R703N不能直接与6LoWPAN网络中的网络子节点进行无线通信，要采用运行Contiki程序的CC1310DK芯片，程序带有相关SLIP协议。　　2.26LBR的运行模式　　6LBR目前有两种运行方式：网桥模式和路由模式。在路由模式中，子节点构成的6LoWPAN无线传感器网络和以太网有不同的网络前缀；在网桥模式中，前缀则一样。文献［2］和文献［4］详细介绍了6LBR的几种模式，网桥模式不再赘述。在本文用到的路由器模式中，6LBR当作一个完整的IPv6路由器，用于连接以太网和6LoWPAN网络。6LoWPAN网络由RPL协议来管理，

6、以太网端通过IPv6邻居发现协议管理。在这种模式下，通过数据包过滤器模块，6LBR向Contiki提供了一个虚拟的接口。路由器模式可以将传感器网络分隔成一个独立的子网，这样能清晰地分辨出无线传感器中的节点；由于网络前缀有切换功能，节点可以在不同的6LoWPAN网络中移动；节点会根据新的网络前缀获得一个新的地址。　　2.3软件设计　　本文采用路由器模式，CC1310上运行的Slip-radio程序可以实现6LBRLinux进程和802.15.4无线电的通信，通过串口收发数据。MAC（MediumAcessControl）层在6LBR里

7、，驱动方式为载波侦听多路访问（CarrierSenseMultipleAcess，CSMA）；RDC（RadioDutyCycling）层在Slip-radio里，MAC层接收RDC层发来的数据，并通过RDC发送数据；如果RDC层检测到数据碰撞，MAC重发此数据。6LBR移植到TL-WR703N路由器上之后，需要在路由器上创建6lbr.conf文件，其主要内容如下：　　MODE=ROUTER　　RAW_ETH=0　　BRIDGE=1　　ETH_JOIN_BRIDGE=0　　DEV_BRIDGE=br-lan　　DEV_TAP=tap

8、0　　DEV_ETH=br-lan　　RAW_ETH_FCS=0　　DEV_RADIO=/dev/ttyUSB0BAUDRATE=9600　　CC1310DK与TL-WR703N串口连接，路由器上系统会根据串口生成一个虚拟网卡tap0