彩印包装项目可行性研究报告【申请可修改】.doc
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1、到端的连接, 为了让应用有效地运行, 应 用层则需自己维护这一点。 盲目地将协议分层, 使其不能保证关键网络部件上的可靠、 快速和有序的传输, 这通常会产生令人不满意的结果。 当我们进入一个传感器网络成为能源管理、 楼宇自动化和其他应用不可分割的一 部分的时代时, 有必要使应用基础设施标准化, 从而实现来自于各种供应商的系统之 间的互操作性。 在第 5 章, 我们会遇到这样的想法, 将从专有的 ZigBee 空间中获得的 经验适用到在 UDP/ IP/6LoWPAN 空间中的运行。 见到了合成共同特性以提高互操作性 和提供竞争性产品所做的这些努力是非常令人鼓舞的。 所谓的 CAP 协议是工作中
2、的一 个关键元素, 它对互联网协议库做了非常重要的贡献。 这一章结尾有各种专有协议的 纲要和总结, 这些协议最终都将被调整以便工作在一个更加标准的互联网环境中, 从 而使这些协议可以被广泛使用。 在 6LoWPAN 中, ZigBee 协议和面向互联网的协议的聚合, 以及智能设备因特网协 议 (IPSO) 联盟的成立, 都预示着低功耗网络的具体解决方案正在开始结合互操作性 设计。 而互操作性将成为物联网的一个核心部分。 我还无法预见这一逐渐达成共识的 成果, 但可以很公正地说, 它将提供一个信息丰富的环境, 在其中我们可以创造新的 应用和提供反馈, 以使我们能做出更明智的选择, 从而出现一个拥
3、有更加智能环境的 社会。 Vint Cerf Google 公司副总裁兼首席因特网专家 6LoWPAN: 无线嵌入式物联网 原 书 前 言 对于互联网工程协会、 技术用户、 公司和社会这一个大整体来说, 物联网被认为 是下一个大机遇和挑战。 它涉及将嵌入式设备, 如传感器、 家庭应用、 气象站、 甚至 玩具连接到基于因特网协议 (IP) 的网络中。 支持 IP 的嵌入式设备的数量正在迅速增 加, 虽然这个数量难以估计, 但在将来肯定会超过个人计算机 (PC) 和服务器的数 量。 随着过去 10 年在微控制器、 低功耗无线电、 电池和微电子技术方面取得的进步, 工业中的趋势是使智能嵌入式设备 (
4、称为智能对象) 支持 IP, 并成为互联网上最新服 务中的不可分割的一部分。 这些服务不再仅仅是只包括由人类创造的数据信息, 它们 还将通过传感器数据、 对机器的监视和控制的行为以及其他类型的物理环境来与物理 世界紧密相连。 我们称这样的由许多无线低功耗嵌入式设备组成的最前沿互联网为无 线嵌入式网络。 无线嵌入式网络所支持的应用对社会有效、 安全和可持续性的发展至 关重要。 几个重要的例子包括家庭和楼宇自动化、 医疗保健、 有效能源使用、 智能电 网和环境监测。 互联网标准是由互联网工程任务组 (IETF) 制定的。 一套用于 6LoWPAN 的新的 IETF 标准将成为无线嵌入式网络的一项关
5、键技术。 WPAN 最初代表无线个人局域网, 也是一个从 IEEE 802. 15. 4 标准中得到的术语。 现在 WPAN 不再用来描述 6LoWPAN 的 大范围应用。 在本书中我们使用术语低功耗无线个人局域网 (LoWPAN)。 本书中所有 内容都是关于 6LoWPAN 的, 给出了这项技术、 应用、 相关标准以及现实中的部署和实 现考虑的完整概述。 在低功耗网络行业中, 从 ZigBee 自组织控制到例如 ISA100 这样的 工业自动化标准, 都在迅速地融合 IP 技术, 特别是 IPv6 技术的使用。 在异构技术、 兴 趣小组和各种应用相互融合的过程中, 6LoWPAN 扮演了一个
6、重要的角色。 本书是对理解和应用 6LoWPAN 的明晰介绍和有效参考, 适合从事嵌入式系统和网 络或互联网应用的专家、 相关院校的本科生和研究生以及教师阅读。 本书及其配套材 料, 可以作为一个 6LoWPAN 短期强化课程的基础, 也可以作为完整课程中的一个 模块。 请访问本书的官方网站 http: / /6lowpan. net。 在那里你可以找到本书的配套材料, 包括课程材料和 6LoWPAN 编程练习。 作者的 6LoWPAN 互动博客, 以及其他 6LoWPAN 材料也可以在该网站上找到。 我们很乐意听取您的意见、 想法和建议。 为了最有效的使用本书, 建议读者了解互联网架构 RF
7、C1958, RFC3439、 IPv6 RFC2460, RFC4291, RFC4861 以及无线通信的背景知识。 本书广泛参考了互联网工 程任务组 (IETF) 制定的标准 (RFC) RFCxxxx 文件和 Internet - Draft (I - D) ID - xx - xx - xx 文件。 这些文件都可以免费并且很容易地在网站 http: / / www. ietf. org 上找到。 请记住, Internet - Draft 是 IETF 标准化过程中正在进行的一项工作, 在成为一 个 RFC 之前, 它会非常频繁地改变。 本书内容是按如下方式展开的。 第 1 章给出了无
8、线嵌入式网络、 6LoWPAN 及其架 构的介绍。 第 2 章详细介绍了 6LoWPAN 的格式、 特点, 并解释了它是如何在实际中工 作的。 第 3 章探讨自举 6LoWPAN 网络中使用邻居发现与相关的安全问题。 第 4 章着眼 于在 6LoWPAN 网络和互联网中讨论移动性和路由这两个重要问题。 第 5 章讨论了应用 协议。 最后, 第 6 章介绍了与在嵌入式设备和路由器中使用 6LoWPAN 相关的实现问 题。 第 7 章给出了几个使用 6LoWPAN 系统的例子, 其中包括 ISA100。 第 8 章对全文进 行了总结并讨论了将来可能遇到的挑战。 为了便于参考, 附录中提供了一些基本
9、信息, 包括 IPv6 (附录 A) 和 IEEE 802. 15. 4 (附录 B)。 因为电信和互联网工程使用了很多特殊的术语, 因此本书中的许多术语可能会冲 突。 为了便于理解, 我们在本书的最后列出了一个重要术语的词汇表以作为参考。 相 关的 IETF 文件也会在开始的地方有术语介绍部分, 这对于读者的理解很有帮助。 最后, 由于历史和现实的原因, 时至今日我们仍使用 IETF 风格以 ASCII 艺术来表 示数据包头格式, 这使得读者可以更加容易参考 IETF 文件, 从而可以对协议细节进行 进一步的详细阅读。 附录 A 中有对这种格式的解释。 芬兰 Sensinode 公司, Za
10、ch Shelby 德国不来梅大学 TZI, Carsten Bormann 6LoWPAN: 无线嵌入式物联网 目 录 译者序 推荐序 原书前言 第 1 章 简介1 1. 1 无线嵌入式物联网2 1. 1. 1 为什么使用 6LoWPAN?4 1. 1. 2 6LoWPAN 的历史和标准化5 1. 1. 3 6LoWPAN 与其他技术趋势之间的关系7 1. 1. 4 6LoWPAN 的应用8 1. 1. 5 实例: 设施管理10 1. 2 6LoWPAN 架构11 1. 3 6LoWPAN 简介14 1. 3. 1 协议栈14 1. 3. 2 6LoWPAN 链路层15 1. 3. 3 编址
11、17 1. 3. 4 报头格式18 1. 3. 5 启动19 1. 3. 6 网状拓扑结构20 1. 3. 7 互联网的整合20 1. 4 网络实例21 第 2 章 6LoWPAN 格式23 2. 1 适配层的功能23 2. 2 有关链路层的假设25 2. 2. 1 IEEE 802. 15. 4 以外的链路层技术25 2. 2. 2 链路层服务模型25 2. 2. 3 链路层编址26 2. 2. 4 链路层管理和操作27 2. 3 6LoWPAN 基本格式28 2. 4 编址30 2. 5 转发和路由32 2. 5. 1 L2 转发 (“Mesh - Under”)33 2. 5. 2 L3
12、 路由 (“Route - Over”)35 2. 6 报头压缩36 2. 6. 1 无状态报头压缩37 2. 6. 2 基于上下文的报头压缩40 2. 7 分片和重组46 2. 7. 1 分片格式49 2. 7. 2 避免分段性能损失52 2. 8 多播53 第 3 章 自举和安全55 3. 1 调试56 3. 2 邻居发现57 3. 2. 1 地址构造58 3. 2. 2 注册61 3. 2. 3 注册冲突65 3. 2. 4 多跳注册68 3. 2. 5 节点操作70 3. 2. 6 路由器操作71 3. 2. 7 边缘路由器操作72 3. 3 安全73 3. 3. 1 安全目标和威胁模
13、型74 3. 3. 2 第二层安全机制75 3. 3. 3 第三层安全机制76 3. 3. 4 密钥管理78 第 4 章 移动性和路由80 4. 1 移动性80 4. 1. 1 移动类型81 4. 1. 2 移动性解决方案83 4. 1. 3 使用方法85 4. 1. 4 移动 IPv685 4. 1. 5 代理本地代理88 4. 1. 6 代理 MIPv688 4. 1. 7 NEMO90 4. 2 路由91 4. 2. 1 概述92 4. 2. 2 邻居发现的角色94 4. 2. 3 路由要求95 4. 2. 4 路由指标97 6LoWPAN: 无线嵌入式物联网 4. 2. 5 MANET
14、 路由协议98 4. 2. 6 ROLL 路由协议100 4. 2. 7 边界路由105 4. 3 IPv4 互联性106 4. 3. 1 IPv6 过渡107 4. 3. 2 IPv6 - in - IPv4 隧道108 第 5 章 应用协议110 5. 1 简介110 5. 2 设计问题112 5. 2. 1 链路层114 5. 2. 2 网络114 5. 2. 3 热点问题115 5. 2. 4 压缩115 5. 2. 5 安全116 5. 3 协议范式116 5. 3. 1 端到端116 5. 3. 2 实时流和会话117 5. 3. 3 发布/ 订阅117 5. 3. 4 Web 服
15、务范式118 5. 4 通用协议119 5. 4. 1 Web 服务协议119 5. 4. 2 用于传感网络的 MQ 遥测传输121 5. 4. 3 ZigBee 紧凑应用协议123 5. 4. 4 服务发现125 5. 4. 5 简单网络管理协议126 5. 4. 6 实时传输和会话126 5. 4. 7 特定于行业的协议128 第 6 章 6LoWPAN 的应用131 6. 1 芯片解决方案131 6. 1. 1 单芯片解决方案132 6. 1. 2 双芯片方案132 6. 1. 3 网络处理器解决方案133 6. 2 协议栈133 6. 2. 1 Contiki 与 uIPv6134 6
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