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物联网中轻量级TCP/IP协议栈的设计与实现

作　者: 刘佳
导　师: 陈家福
学　校: 昆明理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 物联网 TCP/IP 6LoWPAN TinyOS IRIS
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 207次
引　用: 2次
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内容摘要


随着当前网络技术的发展,物联网的概念受到广泛关注。物联网具有的诸多特点使得它广泛应用于各行各业,如交通物流、智能医疗、智能环境、社会应用和未来应用,彻底改变了企业或者单位的工作效率、管理机制以及人们的生活方式及行为模式等。虽然当前研究物联网的组织很多,但给出的体系结构各异,层次也不是很明晰,很难做到互相兼容。因此,提出一套物联网与互联网相互兼容的体系结构迫在眉睫。本文在IETF和IEEE若干工作组的现有工作基础上,提出了一种面向物联网和下一代互联网的统一的体系结构,这种结构具有兼容性、智能性、简单性和高效性。在层次上与原来的互联网体系结构相似,都具有五层结构(物理层,链路层,网络层,传输层及应用层),但在各层都有改动：物理层和链路层采用802.15.4标准；网络层使用IPv6协议,可以保证每个物联网节点至少拥有一个IP地址,并且加入了针对物联网场景的RPL路由协议,网络层最大的改进是引入了6Lowpan协议,当系统需要时,对报文进行分片和报头压缩等；传输层采用简化的TCP/UDP协议,以适应物联网传输的特殊需求；而在应用层采用CoAP协议,相比原有的应用层协议更加简洁和高效。本文围绕着物联网中轻量级TCP/IP协议栈的研究与设计而展开,给出了课题的研究背景及其国内外研究现状,分析和设计了一种面向物联网和互联网统一架构的轻量级TCP/IP协议栈,并实现了一种基于6LoWPAN的轻量级TCP/IP协议栈,在基于TinyOS2.1系统的IRIS硬件平台上实现了6LoWPAN星型网络拓扑,并搭建了实验测试环境,对该网络进行了测试。测试表明,内部传感器网络能够与外部IPv6正常进行通信。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状及趋势  10-11
  1.3 论文的主要工作  11-12
  1.4 论文的结构  12-13
第二章 技术背景介绍  13-27
  2.1 IEEE802.15.4协议介绍  13-20
    2.1.1 IEEE802.15.4网络的物理特性  14
    2.1.2 IEEE802.15.4的帧的结构  14-15
    2.1.3 IEEE802.15.4的网络拓扑类型  15-18
    2.1.4 IEEE802.15.4网络的工作模式  18-20
  2.2 IPv6协议介绍  20-23
    2.2.1 IPv6的报文格式  20-21
    2.2.2 IPv6的地址体系  21-22
    2.2.3 IPv6的邻居发现协议  22-23
  2.3 TINYOS无线传感器操作系统介绍  23-26
    2.3.1 TINYOS体系结构  23-24
    2.3.2 TINYOS调度机制  24
    2.3.3 TINYOS通信模型  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 轻量级协议分析及设计  27-53
  3.1 6LoWPAN  27-44
    3.1.1 6LOWPAN无状态地址自动配置  29
    3.1.2 6LOWPAN报文格式  29-33
    3.1.3 6LOWPAN报头压缩  33-44
  3.2 RPL协议分析  44-49
  3.3 CoAP协议分析  49-50
  3.4 适用于物联网的轻量级TCP/IP协议栈设计  50-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 基于6LoWPAN的轻量级TCP/IP协议栈的实现  53-67
  4.1 6LoWPAN星型网络的设计方案  53
  4.2 6LoWPAN星型网络的编程实现  53-64
    4.2.1 系统模块和接口的实现  53-57
    4.2.2 6LoWPAN地址自动配置  57
    4.2.3 6LoWPAN适配层的实现  57-58
    4.2.4 收发数据的设计  58-62
    4.2.5 缓冲区的设计  62-64
  4.3 本章小结  64-67
第五章 系统测试  67-73
  5.1 测试环境的搭建  67-68
  5.2 测试过程及结果说明  68-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章 总结与展望  73-75
  6.1 总结  73
  6.2 下一步工作的展望  73-74
  6.3 本章小结  74-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
附录 攻读学位期间发表论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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