首个融入IP协议的无线通信标准——6LoWPAN
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。
1、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。
2、6lowpan技术概述
2．1 6lowpan技术简介
6lowpan工作组的研究重点为适配层、路由、报头压缩、分片、ipv6、网络接入和网络管理等技术，目前已提出了适配层技术草案．其他技术还在探讨中。
6lowpan技术底层采用ieee 802.15.4规定的phy层和mac层，网络层采用ipv6协议。由于ipv6中，mac支持的载荷长度远大干6lowpan底层所能提供的载荷长度，为了实现mac层与网络层的无缝链接，6low-pan工作组建议在网络层和mac层之间增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作。
2．2 6lowpan技术的优势
（1）普及性：ip网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的ipv6，也在加速其普及的步伐，在lr-wpan网络中使用ipv6更易于被接受。
（2）适用性：ip网络协议栈架构受到广泛的认可，lr-wpan网络完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。
（3）更多地址空间：ipv6应用于lr-wpan最大亮点就是庞大的地址空间。这恰恰满足了部署大规模、高密度lr-wpan网络设备的需要。
（4）支持无状态自动地址配置：ipv6中当节点启动时。可以自动读取mac地址，并根据相关规则配置好所需的ipv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。
（5）易接入：lr-wpan使用ipv6技术，更易于接入其他基于ip技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用ip网络的技术进行发展。
（6）易开发：目前基于ipv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对lr-wpan的特性对这些技术进行适当的精简和取舍，简化了协议开发的过程。
由此看见，ipv6技术在lr-wpan网络上的应用具有广阔发展的空间，而将lr-wpan接入互联网将大大扩展其应用，使得大规模的传感控制网络的实现成为可能。
2．3 6lowpan关键技术分析
对于ipv6和ieee805.15.4结合的关键技术，6lowpan工作组进行了积极的研究与讨论，目前在ieee 802.15.4上实现传输ipv6数据包的关键技术如下：
（1）ipv6和ieee 802.15.4的协调。ieee802.15.4标准定义的最大帧长度是127字节．mac头部最大长度为25字节，剩余的mac载荷最大长度为102 字节。如果使用安全模式，不同的安全算法占用不同的字节数，比如aes-ccm-128需要21字节，aes-ccm-64需要13字节，而aes- ccm-32需要8字节。这样留给mac载荷最少只有81个字节。而在ipv6中。mac载荷最大为1280字节。ieee 802.15.4帧不能封装完整的ipv6数据包。因此，要协调二者之间的关系，就要在网络层与mac层之间引入适配层，用来完成分片和重组的功能。
（2）地址配置和地址管理。ipv6支持无状态地址自动配置，相对于有状态自动配置的来说，配置所需开销比较小，这正适合lr-wpan设备特点。同时，由于lr-wpan设备可能大量、密集地分布在人员比较难以到达的地方，实现无状态地址自动配置则更加重要。
（3）网络管理。网络管理技术对lr-wpan网络很关键。由于网络规模大，而一些设备的分布地点又是人员所不能到达的，因此lr-wpan网络应该具有自愈能力，要求lr-wpan的网络管理技术能够在很低的开销下管理高度密集分布的设备。由于在ieee802.15.4上转发ipv6数据提倡尽量使用已有的协议，而简单网络管理协议（snmp）又为lp网络提供了一套很好的网络管理框架和实现方法，因此，6lowpan倾向于在lr-wpan上使用 snmpv3进行网络管理。但是，由于snmp的初衷是管理基于ip的互联网，要想将其应用到硬件资源受限的lr-wpan网络中。仍需要进一步调研和改进。例如：限制数据类型、简化基本的编码规则等。
（4）安全问题。由于使用安全机制需要额外的处理和带宽资源，并不适合lr-wpan设备，而ieee802.15.4在链路层提供的aes安全机制又相对宽松，有待进一步加强，因此寻找一种适合lr-wpan的安全机制就成为6lowpan研究的关键问题之一。
作为当今信息领域新的研究热点，6low-pan还有非常多的关键技术有待发现和研究，比如：服务发现技术、设备发现技术、应用编程接口技术、数据融合技术等。
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ieee 802.15.4定义的是phy和mac层。
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