智能家居基于6LowPan的无线网络技术解析

基于IEEE 802.15.4实现IPv6通信的IETF 6LoWPAN［1］草案标准的发布有望改变这一局面。6LoWPAN所具有的低功率运行的潜力使它很适合应用在从手持机到仪器的设备中，而其对AES-128加密的内置支持为强健的认证和安全性打下了基础。

IEEE 802.15.4标准设计用于开发可以靠电池运行1到5年的紧凑型低功率廉价嵌入式设备（如传感器）。该标准使用工作在2.4GHz频段的无线电收发器传送信息，使用的频带与Wi-Fi相同，但其射频发射功率大约只有Wi-Fi的1%。这限制了IEEE 802.15.4设备的传输距离，因此，多台设备必须一起工作才能在更长的距离上逐跳传送信息和绕过障碍物。

IETF 6LoWPAN工作组的任务是定义在如何利用IEEE 802.15.4链路支持基于IP的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他IP设备的互操作性。

近年来集成了网络技术、嵌入式技术和传感器技术的低速率无线个域网（LR-WPAN）技术成为了研究热点。LR-WPAN是为短距离、低速率、低功耗无线通信而设计的网络，可广泛用于智能家电和工业控制等领域。

IETF组织于2004年11月正式成立了IPv6 overLR-WPAN（简称6LowPan）工作组，着手制定基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6over IEEE 802.15.4，旨在将IPv6引入以IEEE 802.15.4为底层标准的无线个域网。其出现推动了短距离、低速率、低功耗的无线个人区域网络的发展。IEEE 802.15.4是LR-WPAN的典型代表，其应用前景非常广阔，以其为基础的研究方兴未艾。

但是，IEEE802 15.4只规定了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层标准，没有涉及到网络层以上规范，而IEEE 802 15.4设备密度很大，迫切需要实现网络化。同时为了满足不同设备制造商的设备间的互联和互操作性，需要制定统一的网络层标准。IPv6以其规模空前的地址空间及开放性，对LR-WPAN产生7极大的吸引力。

IEEE 882.15.4技术概述

IEEE 802.15.4定义的是PHY和MAC层。

IEEE802.15.4标准的主要特征：①低速率，对于2.4GHz、828MHz、915MHz 3个频段分别对应250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s3种速率；②低功耗，在待机模式下可使用2节5号干电池驱动6个月以上；③低成本，一般采用硬件资源非常有限的底端嵌入式设备或更小的特殊设备；④短距离，节点信号覆盖范围有限，一般为10－100m；⑤低复杂度，比现有的标准低；⑥短帧长，最大帧长度为127字节；⑦多拓扑，网络拓扑结构丰富，支持星型拓扑和点对点拓扑2种基本拓扑结构及其混合组网。

6LowPan在智能家居无线网络系统中的应用

随着LR-WPAN的飞速发展及下一代互联网技术的日益普及，6LowPan技术将广泛应用于智能家居、环境监测等多个领域。使人们通过互联网实现对大规模传感器网络的控制、应用成为可能。例如：在智能家居中，可将6LowPan节点嵌入到家具和家电中。通过无线网络与因特网互联，实现智能家居环境的管理。

以家庭为单位介绍此系统的设计和安装。每个家庭安装一个家庭网关、若干个无线通信6LowPan子节点模块。在家庭网关和每个子节点上都接一个无线网络收发模块（符合6LowPan技术标准的产品），通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。各部分结构及功能如下：

（1）家庭网关的结构及功能：采用ARM构架的32位嵌入式RISC处理器和uClinux操作系统；通过门锁进行自动设防/解防；遇抢劫或疾病，按紧急按钮，自动向管理中心报警；每家每户配有自己的网页，通过网页显示小区通知、系统各部分工作状况及数据：水、电、气各表数据发给物业管理中心；通过以太网与小区管理中心通讯；通过网关上的无线6LowPan（IEEE802.15.4）模块与网络中各子节点进行通讯。

（2）6LowPan无线通信子节点功能：2路脉冲量数据采集，可采集水、电、气3表数据；2路安防传感器开关量数据采集，可进行设防/撤防报警、安防报警（红外幕帘、门磁、窗磁、玻璃破碎等）；1路模拟量数据采集；1路模拟量数据输出；1路继电器触点输出；通过无线通信IEEE802.15.4协议及家庭网关通信。

作为短距离、低速率、低功耗的无线个域网领域的新兴技术．6LowPan以其廉价、便捷、实用等特点，向人们展示了广阔的市场前景。凡是要求设备具有价格低、体积小、省电、可密集分布特征，而不要求设备具有很高传输率的应用，都可以应用6LowPan技术来实现。比如：建筑物状态监控、空间探索等方面。因此，6LowPan技术的普及，必将给人们的工作、生活带来极大的便利。

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