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时间:2021-01-06
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1、基于Contiki和有源RFID的设备管理系统的实现 随着物联网技术的不断发展,物联网成为了继互联网之后网络技术发展的又一次高潮,物联网技术正在实现网络技术的最后一公里——人与物的连接、物与物的连接。在物联网发展的技术框架下又有WSN和RFID两种主要技术,并出现了许多将这两种技术融合的方式[1],通过结合两种技术的优点,可以提高融合系统在特定应用下的功能[2]。在众多应用领域中,实现人对大量物品管理和监测是非常重要的一种应用需求。本文采用WSN节点和RFID阅读器融合的方式[1]实现了一种设备管理系统,将Contiki无线传感器网络协议栈和国家军用2.45G空中接口协议[6](国军标)
2、相融合,实现了具有RFID标签收集功能的网络节点,以及基于LWIP和Contiki操作系统的边缘路由器和基于国军标的RFID标签。 1系统总体设计 该系统分为边缘路由器、阅读器节点、RFID标签三大部分,如图1所示。 边缘路由器有自己对外的IPv4地址和对内部网的IPv6地址,内部网络是以边缘路由器为根的簇状网络,边缘路由器负责IPv4协议到IPv6协议的转换以及数据的汇聚和传输。内部IPv6簇状网络是一个多跳网络,阅读器节点可以作为中继节点或者末端节点。阅读器节点和标签之间的通信遵循国军标。用户通过Web中间件访问本系统。 2边缘路由器设计 2.1硬件设计和Contiki操作系统的
3、移植 边缘路由器硬件结构如图2所示,分为三部分:LPC4337的主处理器、以太网控制器和支持802.15.4的CC2520射频模块。本系统使用eclipse和gcc编译器搭建的开发环境,边缘路由器、阅读器节点和RFID标签三者的开发可以同时在Contiki源码目录下进行。由于LPC4337处理器并没有得到Contiki系统的支持,所以必须将Contiki系统移植到边缘路由器平台。Contiki系统组成如图3。 Contiki系统移植[4]需要准备启动文件、链接脚本、底层驱动库文件和用于工程管理的makefile文件。图4所示为移植系统的存储布局。在FLASH中,从开始依次是中断向量表、代
4、码段、只读数据段、初始化数据段。启动程序将初始化数据段搬移到SRAM1的相应位置,SRAM1开始部分空间保留给栈,将未初始化数据段BSS的存储内容清0。所有程序段的起始地址在链接脚本中指定。 2.2LWIP协议栈和Contiki协议栈的融合 边缘路由器的主要功能是完成IPv4到IPv6的协议转换。本系统使用LWIP协议栈接入外界网络,Contiki协议栈运行IPv6,使用代理服务器的方式完成协议转换。 图5所示为边缘路由器协议栈,右边部分为Contiki协议栈,左边部分为LWIP协议栈。Contiki协议栈的组成由下往上依次为802.15.4射频物理层、Contikiradioduty
5、cycle层、802.15.4链路层、6LoWPAN适配层、IP层(IPv6)、TCP/UDP/ICMPv6层,最后是上层基于ICMPv6的RPL路由协议和其他应用。LWIP协议栈是支持以太网链路层的标准TCP/IP协议栈。Contikiradiodutycycle层是Contiki操作系统中为了实现节点的低功耗而加入的一层,由于边缘路由器需要较高的处理能力并且是电源供电,所以边缘路由器协议中的这一层是关闭的。6LoWPAN[5]适配层完成IPv6包头的压缩和解压以及数据包的分片和重组。 应用层的代理服务器负责协议的转换。客户与代理服务器通过TCP连接,代理服务器与网络中的节点在约定的端口上
6、使用UDP通信。用户连接代理服务器,使用获取网络节点命令获取网络中可达节点的IP地址,随后用户可以发起对指定节点的访问。代理服务器接收用户带有指定访问节点IP地址的数据,根据目的节点地址进行数据的转发。用户与代理服务器使用本系统定义的命令格式。如图6所示命令格式,服务码字段一个字节,用来表示当前服务,不同服务期内的命令不能交叠;类型字段一个字节,表示当前的命令类型,不同的命令类型会决定在传输地址之后是否携带附加的命令;地址个数表示在命令扩展部分开始有几个地址。 2.3边缘路由器的工作过程 边缘路由器和阅读器节点之间通过RPL协议组网,多个Contiki线程通过消息传递的方式相互协作构成边缘
7、路由器代理服务器。使用LWIP的rawAPI和lwtcpserver_process线程构成代理服务器的数据接收和初步解析部分。udp_server_process构成了代理服务器的数据解析与分发部分。边缘路由器和节点之间通过udp通信,udp_server_process作为网络中唯一的udp服务器运行在边缘路由器中。工作过程如图7所示。只有当边缘路由器和节点组网完成后用户才能通过代理服务器获得
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