無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)IPv6協(xié)議棧的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：IPv6作為下一個(gè)版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，其具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。以下主要通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)IPv6協(xié)議棧的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)人們的生產(chǎn)生活有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器；IPv6協(xié)議棧；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

1 協(xié)議棧的設(shè)計(jì)

⑴設(shè)計(jì)要求。第一，在單片機(jī)系統(tǒng)之上運(yùn)行協(xié)議棧，要求兼容性要強(qiáng)。在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)IEEE802.15.4MAC功能的借助，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的傳送。第二，其基本功能必須全面實(shí)現(xiàn)，比如協(xié)議、ICMPv6等。第三，確保相關(guān)協(xié)議能夠正確運(yùn)行，比如TCP、ICMPv6等，可以充分利用校驗(yàn)、字段計(jì)算、處理等方式。第四，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的應(yīng)用層協(xié)議。通過(guò)遠(yuǎn)程終端的使用，可以進(jìn)行登錄、管理以及控制等功能。

⑵分層與模塊化設(shè)計(jì)。協(xié)議棧功能由以下四個(gè)方面組成：第一，事件觸發(fā)接口層。其功能主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行定義，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。第二，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層。主要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡氐姆绞竭M(jìn)行定義。通過(guò)TCP將兩臺(tái)主機(jī)連接，確保傳輸?shù)目煽啃?。而IP協(xié)議則可以選擇路由，以及進(jìn)行尋址。第三，NIC網(wǎng)絡(luò)接口核心層。它的主要功能將發(fā)送接口提供給上層，并且對(duì)物理介質(zhì)進(jìn)行屏蔽，將下層協(xié)議進(jìn)行發(fā)送。第四，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口層。其功能是接發(fā)來(lái)自物理介質(zhì)的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以設(shè)置最大數(shù)據(jù)包。

在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中四大模塊的功能有以下幾個(gè)方面：第一，網(wǎng)絡(luò)接口核心模塊。將統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接口提供給網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且對(duì)物理介質(zhì)進(jìn)行屏蔽，以及配送來(lái)自下層的包向合適的協(xié)議。第二，事件接口模塊。當(dāng)特定的TCP/IP事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)用程序被調(diào)用，而且該接口可以輸出應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。第三，SNMP 網(wǎng)管模塊。主要功能是各個(gè)節(jié)點(diǎn)與MIB有關(guān)的信息。第四，配置顯示調(diào)試命令模塊。主要提供用戶配置，以及對(duì)界面進(jìn)行調(diào)試。在正常運(yùn)行程序之前，通過(guò)超級(jí)終端進(jìn)行配置，并且進(jìn)行管理。

2 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)

IPv6協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)主要分為六大模塊。

⑴系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)。TCP/IP是分層描述的，其在協(xié)議層當(dāng)中具有獨(dú)立性。如圖1所示，是系統(tǒng)功能模塊示意圖。

⑵剪裁協(xié)議棧。可以進(jìn)行以下三個(gè)方面的剪裁：第一，IP模塊。不支持IP的擴(kuò)展報(bào)頭，由于使用嵌入式系統(tǒng)，對(duì)于擴(kuò)展報(bào)頭的使用較少。這就要求在進(jìn)行設(shè)定之時(shí)，必須比以太網(wǎng)最大傳輸單元小，應(yīng)該小于一千五百字節(jié)。第二，ICMPv6模塊。能夠?qū)π畔?bào)文當(dāng)中的請(qǐng)求進(jìn)行支持，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)答，對(duì)于存在錯(cuò)誤的報(bào)文無(wú)法到達(dá)目的地，并且支持超時(shí)報(bào)文。第三，鄰居發(fā)現(xiàn)模塊。主要對(duì)地址解析、重復(fù)性探測(cè)進(jìn)行支持，省略了路由器功能。

⑶實(shí)現(xiàn)IPv6模塊。其主要的處理流程如圖2所示。

其主要能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)功能：首先，實(shí)現(xiàn)IPv6數(shù)據(jù)包的收取工作，并且將其進(jìn)行必要的處理之后，再將數(shù)據(jù)包傳送至其他模塊進(jìn)行處理。其次，接收來(lái)自上層的數(shù)據(jù)，對(duì)報(bào)文進(jìn)行選路，進(jìn)行封裝之后再發(fā)送。

⑷實(shí)現(xiàn)ICMPv6 模塊。第一，應(yīng)答報(bào)文?；卮饋?lái)自ICMPv6的報(bào)文請(qǐng)求，因?yàn)楦袷脚c報(bào)文類似，所以只需要在報(bào)文基礎(chǔ)之上進(jìn)行合理修改。將報(bào)文當(dāng)中的類型值進(jìn)行改變，并且需要進(jìn)行再次計(jì)算和校驗(yàn)，將報(bào)頭的目的地址和來(lái)源進(jìn)行交換，然后發(fā)送。第二，如果處理當(dāng)中發(fā)現(xiàn)報(bào)頭不是TCP、UDP和ICMPv6，則可以進(jìn)行不可達(dá)報(bào)文的發(fā)送。

⑸實(shí)現(xiàn)鄰居發(fā)現(xiàn)功能模塊。其是整個(gè)協(xié)議棧當(dāng)中的核心部分，通過(guò)鄰居發(fā)現(xiàn)功能，可以找到該鏈路之上的其他主機(jī)和路由器。由于該協(xié)議無(wú)法支持路由功能，因此對(duì)于路由通告報(bào)文不需要進(jìn)行發(fā)送，但必須能夠接收。

⑹實(shí)現(xiàn)TCP、UDP模塊。在這一點(diǎn)之上和Pv4對(duì)于報(bào)文的處理相同，然而由于結(jié)構(gòu)存在差異性，所以在該模塊當(dāng)中的IP地址方面要進(jìn)一步擴(kuò)展。包括對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足使用需求。

綜上所述，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)IPv6協(xié)議棧的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，需要立足兩者之間的特性，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的功能。這就要求在之后的工作當(dāng)中還需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)，擴(kuò)大其優(yōu)勢(shì)。

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