基于IPv6的无线传感器网络关键技术

随着互联网在人们生活中的广泛应用，Internet已经成为人们生活中不可缺少的一部分。现在的无线网络已经集成了网络技术、嵌入式技术、微机电系统(MEMS)及传感器技术并将Internet从虚拟世界延伸到物理世界，从而将信息世界与人们生活的真实世界融合在一起，改变了人与自然交互的方式，满足了人们对“无处不在”的网络的需求。

无线传感器网络(Wireless SensorNetwork，WSN)是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合智能信息系统，具有广阔的应用前景。IPv6传感器网络是一种新兴的网络形态，它把IPv6技术融入无线传感器网络，采用分层结构构建开发式的网络体系，不仅能解决无线传感器网络间、无线传感器网络与Internet间的互连互通问题，同时解决了无线传感器网络固有的缺点，如需要数量巨大的地址资源、需要实现有效地址管理机制、缺乏应有的安全机制等问题。文章就IPv6技术在无线传感网络组网的应用，概述了相关的关键技术及重点解决问题。

1 IPv6无线传感器网络与现有网络的互联互通方式

IPv6无线传感器网络与现有网络的互联互通主要有两种：直接接入方式、网关接入方式。

(1)直接接入方式

采用移动终端直接与无线传感器网络节点通信的方式进行互联，简化了网络接入的模型，不需要特殊的中间节点或者网关进行转发，直接接入现有网络，成为网络终端，实现与现有网络的无缝融合。IPv6无线传感器网络与现有网络互联互通的直接接入方式如图1所示。

(2)网关接入方式

IPv6无线传感器网络协议栈，将采集的数据通过无线传感器网络路由协议汇聚到网关，由网关对数据的转发处理，接入各种承载网络将信息发送到服务器，网关只需配置相应的接入模块即可。服务器端对监测信息进行处理和分析，并存储到数据库中。用户终端通过现有网络的协议访问服务器，获取IPv6无线传感器网络设备的信息，实现对设备的访问、控制以及有效的管理网关接入方式如图2所示。

IPv6基本协议栈核心协议的最基本功能：

IPv6基本描述协议、ND(邻居发现)协议、ICMPv6(因特网控制报文)协议和IPv6地址的自动配置协议等。IPv6基本描述协议：IPv6数据包的发送、接收、处理等基本功能。ND(邻居发现)协议：邻居发现的地址解析功能，实现邻居请求和邻居通告。CMPv6(因特网控制报文)协议：主要实现控制报文的消息处理，以及对网络诊断功能的回应请求和回应答复。IPv6地址自动配置协议：根据IPv6地址格式的要求，主要实现IPv6链路本地地址的配置和请求节点多播地址的配置。

2路由算法

通常的路由算法是：首先在目的地址缓存中查找与发送报文目的地址匹配的记录，找不到再在前缀列表中查找与之匹配的记录，还找不到再看是否有默认路由；其中之一匹配成功，得到下一跳地址，如果都不成功，目的地址设为下一跳地址。再查找邻居表，如果有与下一跳地址匹配的记录，用该记录中的MAC地址发送报文；否则，调用地址解析程序解析下一跳IP地址对应的MAC地址，解析成功，更新邻居表，发送报文，解析失败，返回错误。在无线传感器网络中，内部节点只有一个接口，为简化下一跳的选择过程，做如下处理：前缀表中按照前缀长度递减排序，并加上链路本地前缀和默认路由，默认路由前缀长度设置为0，是表中的最后一条记录。这样在选择下一跳时，可顺序查找前缀表，第一个找到的就是最长前缀匹配，即使在真正的前缀中找不到匹配的下一跳，最后一条记录是默认路由，肯定能匹配成功。删去目的地址缓存及其匹配过程。目的地址缓存的目的是提高下一跳选择的效率，在内部节点上的前缀记录实际上只有三条记录：链路本地地址前缀对应的记录；全球弛址前缀对应的记录；默认路由。如果还使用目的地址缓存，不仅消耗内存空间和代码空间。而且实际的查询效率也得不到有效提高。

IPv6的优点之一就是提供灵活的路由机制。由于分配IPv4网络ID所用的方式，要求位于Internet中枢上的路由器维护大型路由表。这些路由器必须知道所有的路由，以便转发可能定向到Internet上的任何节点的数据包。通过其聚合地址能力，IPv6支持灵活的寻址方式，大大减小了路由表的规模。在这一新的寻址结构中，中间路由器必须只跟踪其网络的本地部分，以便适当地转发消息。

邻居发现提供以下一些功能：

(1)路由器发现。这允许主机标识本地路由器。

(2)地址解析。这允许节点为相应的下一跃点地址解析链路层地址(替代地址解析协议)。地址自动配置。这允许主机自动配置站点一本地地址和全局地址。邻居发现将Internet控制消息协议用于IPv6(ICMPv6)消息，