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基于6LoWPAN技术的无线物联网系统的设计与实现

作　者: 张荧
导　师: 汤春明
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: IPv6 6LoWPAN Contiki CoAP
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着计算机网络技术的不断发展，越来越多的设备需要接入网络。因此，物联网技术成为国内外研究的热点。而物联网的发展离不开传感器网络，给无线传感器网络分配IP地址，然后接入互联网，成为物联网技术的一个重要分支。互联网工程任务组的6LoWPAN工作组致力于将IPv6应用在IEEE802.15.4之上。从而实现无线传感器网络和IP网络之间的无缝连接。本课题研究的重点是设计并实现一种基于6LoWPAN技术的物联网应用平台。在选择软件和硬件方面，尽量满足通用性、可扩展性的原则，便于以后更方便地应用于多种不同的平台。硬件采用美信凌科公司生产的MX231CC无线节点和MX-USBStick无线网关，以及JTAG下载器等。软件采用ContikiStudio集成开发环境（GCC、AVRStudio）。在参考了物联网的应用模型基础上，提出了一种基于6LoWPAN的物联网的网络架构，软硬件实现上分为四大主体部分：传感器节点、网关、web配置界面和数据库服务器。文章首先阐述了物联网的基本概念、研究现状和未来发展趋势，然后深入研究了IPv6和6LoWPAN的基本技术。参考6LoWPAN发布的协议草案，详细研究了6LoWPAN的核心技术。基于Contiki系统，设计并实现了一个基于Contiki的6LoWPAN无线物联网系统，阐述了系统的核心技术以及具体的编程实现。最后对该系统进行了实际的测试。结果表明，系统达到预期的实验结果，可以正常工作，能够实现IPv6通信，在web界面可以查看实时和历史监测数据。通过扩展板，还可以实现对台灯的远程控制功能。并可根据自己以后的实际需要，进行相应的功能扩展。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 物联网技术概况  10-11
  1.2 研究现状、目的和意义  11-13
    1.2.1 国外物联网产业现状及发展趋势  11-12
    1.2.2 国内物联网产业现状及发展趋势  12-13
  1.3 基于 6loWPAN 的物联网系统的提出  13-14
  1.4 论文思路及主要工作  14
  1.5 论文各章节介绍  14-16
第2章 IPv6 技术  16-21
  2.1 简介  16
  2.2 IPv6 地址  16-17
  2.3 IPv6 的优势  17
  2.4 IPv6 的报头  17-18
  2.5 IPv6 的邻居发现协议  18-19
  2.6 IPv6 地址自动配置  19
  2.7 本章小结  19-21
第3章 6LoWPAN 技术  21-31
  3.1 6LoWPAN 需要解决的主要问题  22
  3.2 6LoWPAN 工作组提出的解决方案  22-24
  3.3 6LoWPAN 头压缩  24-30
    3.3.1 使用 LOWPAN_HC1 和 LOWPAN_HC2 进行头压缩  24-26
    3.3.2 HC_UDP 压缩技术（HC2 字节）  26-27
    3.3.3 6LoWPAN 改进的压缩技术和基于共享上下文的压缩  27-29
    3.3.4 IPv6 下一个头压缩  29-30
  3.4 本章小结  30-31
第4章基于 6LoWPAN 的物联网系统的设计与实现  31-52
  4.1 基于 6LoWPAN 的无线物联网系统的设计方案  31-33
  4.2 Contiki 操作系统  33-42
    4.2.1 Contiki 的特点  34-35
    4.2.2 Contiki 的主要结构  35-37
    4.2.3 编程模型  37
    4.2.4 应用编程接口 API  37-39
    4.2.5 事件驱动机制和 protothread 机制  39-40
    4.2.6 Rime stack  40-42
  4.3 CoAP 协议  42-44
  4.4 具体模块的设计  44-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章研究平台和系统测试  52-60
  5.1 硬件设备  52-53
  5.2 软件环境  53-55
  5.3 节点编程  55
  5.4 测试结果  55-59
    5.4.1 火狐浏览器实现（B/S 架构）  55-56
    5.4.2 客户端实现（C/S 架构）  56-58
    5.4.3 实现对台灯开关的控制  58-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果  65-66
致谢  66

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