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基于树莓派CM4和CC2530的6lowpan网络的设计与实现

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长江工程职业技术学院学报 2023年第3期40卷 29-34页

作者：吴静王桂兰李小玲长江工程职业技术学院武汉430212

为了解决无线传感网络(WSN)与IPv6网络的互联互通的问题,提出了一种基于树莓派CM4和CC2530微处理器的6lowpan网络的设计方案,并实现了以CC2530为主控芯片的6lowpan无线网络终端节点的软硬件设计,以及以树莓派CM4和CC2530微处理器构成的... 详细信息

为了解决无线传感网络(WSN)与IPv6网络的互联互通的问题,提出了一种基于树莓派CM4和CC2530微处理器的6lowpan网络的设计方案,并实现了以CC2530为主控芯片的6lowpan无线网络终端节点的软硬件设计,以及以树莓派CM4和CC2530微处理器构成的完整边缘路由的软硬件设计,同时,依此搭建了IPv6网络与6lowpan网络测试平台,实现了相应的通信功能并验证了方案的可行性。

关键词：无线传感网络树莓派CM4 CC2530微处理器 6lowpan网络物联网

面向无线抄表的6lowpan网络寿命优化关键技术研究

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面向无线抄表的6LoWPAN网络寿命优化关键技术研究

作者：张伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着物联网技术和无线自组网技术的发展,无线自组网技术越来越多的应用到人们的生产生活中。在抄表行业,无线抄表已经成为一项关键的技术应用,利用无线节点采集仪表的读数并上传,节省了大量的成本。而无线节点往往采用电池供电,电池的... 详细信息

随着物联网技术和无线自组网技术的发展,无线自组网技术越来越多的应用到人们的生产生活中。在抄表行业,无线抄表已经成为一项关键的技术应用,利用无线节点采集仪表的读数并上传,节省了大量的成本。而无线节点往往采用电池供电,电池的电量和网络能量的消耗限制了网络寿命,经常性的更换电池给网络的维护带来巨大的开销和不便。因此对于面向无线抄表行业的无线自组网网络寿命的优化成为关键问题。本文主要对面向无线抄表的6lowpan网络寿命的关键技术进行研究,优化网络能耗,提高网络寿命。本文通过对抄表行为和数据流量的分析,发现抄表数据具有周期长流量集中的特点。通常情况下网络只在一天中固定的2个时间段进行数据的传输,根据这个特点,本文通过设计基于时间同步的混合网络模式,利用时间同步和网络调度,将网络划分为Active状态和Inactive状态,对应于业务阶段和非业务阶段,网络在Active状态进行数据的收发,Inactive状态下网络以极低的能耗运行。同时设计并实现两种基于软件的节点能耗估计模型,利用基于状态时间统计的在线能耗估计模型,节点能实时的监测自身的能量消耗,作出调整和反馈;利用基于节点行为预测的离线能耗估计模型,网络使用者可以在不部署实际网络的前提下,得到相应的网络参数。在对发生在业务时间段中的数据传输能耗的优化,本文通过设计实现能耗均衡机制,减弱由于使用基于收集树的ORPL路由协议导致的能耗不均衡的现象。节点根据能量消耗,自适应的调整CCA周期,均衡网络中的能量消耗,提高网络寿命。对于下行的多播数据,利用角色分类的低功耗多播算法,减少网络中的冗余多播消息,从而减少网络的能量消耗。在论文最后,通过部署实际的应用场景实验,对所实现的机制进行性能和能耗的具体分析,验证各个机制的效果,得出相应的结论。

关键词：无线抄表 6lowpan网络网络寿命优化能耗均衡能耗估计模型

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面向6lowpan网络的被动测试技术研究

面向6LoWPAN网络的被动测试技术研究

作者：柴华北京邮电大学

学位级别：硕士

6lowpan是一种新兴的物联网技术,目前有很多厂商和学者对其进行了研究和实现,所以对6lowpan设备的一致性测试工作也越来越重要。但目前普遍采用的主动一致性测试方法有时并不能真实反映设备在上线之后的工作特性。被动测试有着在真实网... 详细信息

6lowpan是一种新兴的物联网技术,目前有很多厂商和学者对其进行了研究和实现,所以对6lowpan设备的一致性测试工作也越来越重要。但目前普遍采用的主动一致性测试方法有时并不能真实反映设备在上线之后的工作特性。被动测试有着在真实网络中测试、无需人工干预、无需开发测试用例等优点,可以作为主动测试的重要补充,甚至代替主动测试。目前针对被动一致性测试、物联网被动测试的研究工作很少。在本论文中对目前被动测试技术进行了研究,设计了一种可用于6lowpan的被动一致性测试方法,并开发出了测试系统,最后通过实验验证了测试方法和测试系统的正确性和可用性。论文主要工作如下： 1)对目前网络协议被动测试方法与技术进行研究,分析被动测试系统的设计与实现方法;2)分析6lowpan相关RFC,提出被动测试需求;根据其特点设计适用于6lowpan的被动测试方法;3)设计并实现测试平台,包括TTCN-3实现的被动测试逻辑、C语言实现的测试平台编解码器和适配器、使用TeleosB硬件平台实现的6lowpan序列抓取模块;本课题设计的6lowpan被动一致性测试方法在物联网被动测试领域进行了一些探索,为6lowpan的后续测试测试工作提供了新的思路和方法,对6lowpan设备的一致性检测有着重要意义。

关键词： 6lowpan网络物联网一致性测试被动测试

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6lowpan嵌套移动网络路由优化方案

计算机应用研究 2011年第10期28卷 3897-3899页

作者：王晓喃钱焕延常熟理工学院江苏常熟215500 南京理工大学南京210094

提出一种6lowpan嵌套移动网络路由优化方案,在此方案中,6lowpan移动网络节点无须经过家乡代理也无须建立隧道即可与通信节点通信,节省了数据传输开销,缩短了数据传输延迟。提出了移动路由器转交地址的分层结构,根据此分层结构,提出了基... 详细信息

提出一种6lowpan嵌套移动网络路由优化方案,在此方案中,6lowpan移动网络节点无须经过家乡代理也无须建立隧道即可与通信节点通信,节省了数据传输开销,缩短了数据传输延迟。提出了移动路由器转交地址的分层结构,根据此分层结构,提出了基于最短路径的移动路由器转交地址配置算法,缩短了数据传输延迟。从理论和仿真两个角度对所提出的路由优化方案的路由优化开销、路由延迟及路由代价等性能参数进行了比较分析,分析结果验证了本方案的有效性和高效性。

关键词： 6lowpan网络嵌套移动网络路由优化转交地址通信节点

基于6lowpan的无线传感器网络研究与实现

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基于6LoWPAN的无线传感器网络研究与实现

作者：李凤国南京邮电大学

学位级别：硕士

无线传感器网络的发展和世界物联网行业的兴起，使得大量无线传感器网络的节点接入Internet成为了可能。IPv6协议的应用和普及更是为无线传感器网络的节点以IPv6终端的方式接入互联网提供了地址空间和协议支持方面的技术保障。基于6LoW... 详细信息

无线传感器网络的发展和世界物联网行业的兴起，使得大量无线传感器网络的节点接入Internet成为了可能。IPv6协议的应用和普及更是为无线传感器网络的节点以IPv6终端的方式接入互联网提供了地址空间和协议支持方面的技术保障。基于6lowpan的无线传感器网络作为WSN无线传感器网络技术，IoT物联网技术，IPv6技术共同作用下形成的一种新型网络，已经成为一个研究热点并引起人们的广泛关注。加强对这一领域的研究将极大地推动物联网感知延伸层无线传感器节点的IP化进程，对实现物联网时代“一物一地址，万物皆在线”的网络大融合具有很强的现实意义。本论文首先对基于6lowpan的无线传感器网络的关键性技术进行了系统地分析和深入的探讨，包括基于6lowpan的无线传感器网络的网络架构，适配层技术，路由转发技术以及移动性管理技术等。然后借鉴已有的6lowpan无线传感器网络协议栈的实现思路，通过对现有的协议栈进行整合和修改并添加相应功能，提出了一种基于Contiki操作系统的6lowpan无线传感器网络协议栈的实现方案。最后按照该方案的整体架构思想，编写代码实现了具备基本功能的6lowpan无线传感器网络协议栈的适配层。通过该协议栈能够实现IPv6数据报在无线传感器网络中的正常传输。论文的最后选择了合适的软硬件平台并搭建了完整的系统测试环境，对基于6lowpan的无线传感器网络协议栈的部分功能进行了测试，同时利用Cooja软件仿真环境对基于6lowpan的无线传感器网络进行了整体网络模拟。在保证基于6lowpan的无线传感器网络和IPv6网络连通性正常的情况下，实现了数据报的分片和重组，UDP数据传输，传感数据采集，网络拓扑监视等功能。在整个测试过程中，系统表现良好，达到了预期的设计目标。这验证了本文所研究的基于6lowpan的无线传感器网络的理论正确性，同时也反映了本论文所设计的6lowpan协议栈具有一定的可行性和合理性。

关键词： WSN网络 6lowpan网络适配层 MIPv6 Contiki uIP协议 Rime协议

应用于SHM的6lowpan无线传感器网络设计研究

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应用于SHM的6LoWPAN无线传感器网络设计研究

作者：陈海燕福州大学

学位级别：硕士

结构健康监测(SHM)是监测和评估土木结构运营状况的重要手段。在SHM中,对桥梁关键信息的采集与传输是至关重要的,因为只有当监测的数据准确、可靠、实时、稳定地传输时,才能保证后续数据评估和分析的准确性。传统的有线结构监测系统具... 详细信息

结构健康监测(SHM)是监测和评估土木结构运营状况的重要手段。在SHM中,对桥梁关键信息的采集与传输是至关重要的,因为只有当监测的数据准确、可靠、实时、稳定地传输时,才能保证后续数据评估和分析的准确性。传统的有线结构监测系统具有灵活性差、成本高等缺陷,无线传感器网络、(WSN)有效克服了这些缺陷,但传统WSN仍具有能耗不均衡、协议标准不统一导致信息孤岛等问题。为解决这些问题,本文设计一种基于6lowpan WSN的结构监测系统,并研究改进6lowpan网络层中RPL路由协议以均衡网络能耗,研究工作如下:基于6lowpan WSN的结构监测系统由无线传感器节点、边界路由节点与远程监控中心构成。无线传感器节点与边界路由节点的硬件开发基于CC2538片上系统无线收发芯片。这两类节点的嵌入式软件开发基于Contiki3.0嵌入式操作系统,包括操作系统的移植和传感器模块驱动、以太网模块驱动以及应用软件的开发。无线传感器节点采用6lowpan协议进行组网通信,作为IPv6终端节点,实现对桥梁的温湿度、加速度等参数的采集,并扩展了一路模拟信号输入通道。边界路由节点主要对监测区域的传感器节点的数据进行汇集与转发,通过转换IPv4数据包和IPv6数据包,实现6lowpan网络与IPv4互联网的通信。远程监控中心主要实现监测数据的存储、处理和在线实时显示等,包括用户界面设计和数据库设计。用户界面设计基于MATLAB GUIDE开发环境平台,包括人机界面和数据处理模块;数据库设计基于MySQL数据库,实现对数据管理。针对6lowpan的RPL路由协议中OFO目标函数度量单一导致网络能耗分布不均的问题,本文提出在RPL路由协议OFO目标函数的基础上,加入能量的判断标准,使子节点选择父节点时综合考虑节点跳数和能量因素。采用Contiki系统自带的Cooja仿真器对改进的协议进行仿真验证。仿真结果表明,本文提出的RPL协议改进方案可以均衡网络路由转发,从而均衡网络能耗。搭建实际的硬件平台对WSN性能和系统功能进行测试分析,系统测试包括边界路由节点与互联网的联通性、无线传感器节点能耗、远程监控中心和数据库的功能;网络性能的测试包括网络吞吐率、丢包率、通信距离。测试结果表明:系统工作稳定可靠,网络性能良好,能够准确可靠地采集和传输传感数据,并实现6lowpan网络与传统IPv4网络互联,具有一定的实际工程应用参考价值。

关键词：无线传感器网络 6lowpan网络 RPL路由协议能量均衡 SHM

基于6lowpan的智慧校园公共安全异常监控系统设计

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计算机测量与控制 2023年

作者：罗钢咸阳职业技术学院

在智慧校园网络中，监控系统无法准确捕获异常人员信息，是造成公共安全事件的主要原因。为提高智慧校园公共安全性，设计基于6lowpan的智慧校园公共安全异常监控系统。建立6lowpan网络，并在其中规范协议栈堆叠形式，完成基于6lowpan... 详细信息

在智慧校园网络中，监控系统无法准确捕获异常人员信息，是造成公共安全事件的主要原因。为提高智慧校园公共安全性，设计基于6lowpan的智慧校园公共安全异常监控系统。建立6lowpan网络，并在其中规范协议栈堆叠形式，完成基于6lowpan的智慧校园监控协议栈开发。利用6lowpan协议栈，划分功能性模块，以此为基础，建立人员信息采集模块、环境监测模块、门禁控制模块之间的连接关系，实现异常监控系统的应用部件设计。采用监控系统上位机节点，设置各级部件结构的模块运行条件，并联合相关应用部件，实现基于6lowpan的智慧校园公共安全异常监控系统设计。实验结果表明，在同一帧图像中，设计系统可以全部提取异常人员信息，且不会出现错误提取的情况，监控准确率高达100%，能够有效提高智慧校园公共安全性和异常监控准确性。

关键词： 6lowpan网络智慧校园公共安全协议栈人员信息异常监控系统门禁控制上位机

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RPL协议在煤矿安全生产监测中的应用研究

RPL协议在煤矿安全生产监测中的应用研究

作者：梁丹西安科技大学

学位级别：硕士

随着信通信技术的快速发展,煤矿信息化程度明显提高,但我国煤矿生产监测系统普遍安全技术相对落后、生产监测网络有待提高。监测网络从最初的RS485总线到工业以太网,有线网络下煤矿安全监测系统的网络通信能力得到了改善,但在煤矿安全... 详细信息

随着信通信技术的快速发展,煤矿信息化程度明显提高,但我国煤矿生产监测系统普遍安全技术相对落后、生产监测网络有待提高。监测网络从最初的RS485总线到工业以太网,有线网络下煤矿安全监测系统的网络通信能力得到了改善,但在煤矿安全生产监测无线网络中仍面临无线通信链路不稳定、网络通信能力差等问题。RPL路由协议是基于IPv6的LLNs网络协议,RPL路由协议使得IPv6可用于无线传感网络,能够提高无线传感网络的网络通信能力等。将RPL路由协议用于煤矿安全生产监测中,不仅能够解决生产监测网络中IP地址资源的问题,同时能够提高网络通信能力等。根据煤矿安全生产监测环境的实际情况,针对RPL路由协议做出改进,提出了 CM-RPL(Composite Metric RPL)优化路由协议,提出网络链路瓶颈指数、优化节点Rank值的计算、提出改进的父节点选择指数选择下一跳,利用提出的三个指标综合度量,改善了网络的生存时间周期。通过Cooja仿真器对改进的CM-RPL进行通信仿真、拓扑结构建立测试等。在对路由协议RPL的改进基础之上,设计监测系统方案,将系统分为三部分:无线采集网络、网关模块、移动客户端。在设计的监测方案中,采集网络使用CM-RPL路由协议,通过实际测试证明CM-RPL的有效性。对CM-RPL路由协议进行仿真分析,表明CM-RPL可以有效优化丢包率、延长网络生存时间。通过对应用CM-RPL的监测方案进行测试,结果表明生产监测方案真实可行,对生产环境中温度、甲烷、一氧化碳、粉尘、风速五个环境参数准确监测,采集网络自组网成功,采集端6lowpan网络与IP网络互连成功,移动客户端实现实时监测等功能。

关键词： IPv6 6lowpan网络 RPL路由协议生产监测

面向HVAC/供热监控的6lowpan无线数据传输系统

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面向HVAC/供热监控的6LoWPAN无线数据传输系统

作者：刘宏媛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着创新科技的迅速崛起,物联网逐渐成为社会各界的热门话题,顾名思义,物联网是指物与物之间通过某种传感设备及网络协议连接在一起形成的一种网络,达到智能感知和监测物体的目的。在物联网发展的阶段中,6lowpan网络扮演极为重要的角色... 详细信息

随着创新科技的迅速崛起,物联网逐渐成为社会各界的热门话题,顾名思义,物联网是指物与物之间通过某种传感设备及网络协议连接在一起形成的一种网络,达到智能感知和监测物体的目的。在物联网发展的阶段中,6lowpan网络扮演极为重要的角色。本文利用6Lo WPAN网络技术,将真实的传感器节点和物理环境的某些设备资源集成在一起,利用传感器节点组成多跳网络采集并传输数据,并将其应用到HVAC和供热监控中。本文主要对6lowpan网络及其应用进行了研究,设计了一个包括传感器节点和集中器网关的面向HVAC/供热监控的6lowpan无线数据传输系统。论文的主要工作为:(1)选择在Ubuntu系统进行6lowpan无线数据传输系统开发,选择CC1120作为硬件平台,完成Contiki操作系统和协议栈的学习,为进一步设计和研究面向HVAC/供热监控的6lowpan无线数据传输系统提供了必要的支持。(2)基于Contiki操作系统,实现了CC1120节点使用IPv6地址进行通信,针对HVAC/供热监控应用设计6lowpan无线数据传输系统的架构,将集中器作为数据传输的中转站,选择合适的通信方式实现6lowpan网络和IPv4网络双向传输,为面向HVAC/供热监控的数据传输系统进一步设计和完善奠定基础。(3)在设计实现的6lowpan无线数据传输系统过程中,对普通节点、Root节点和集中器后台应用程序进行优化完善,集中器前台程序实现对本地数据存储模块、实时数据和历史数据查询、管理节点参数、查询网络拓扑和物理位置等模块。(4)对已构建的数据传输系统进行测试和分析,包括节点组网、6lowpan基本功能实现以及数据传输等,并逐步增加节点数量,进行大规模实验,结果表明设计系统达到预期效果,可以正常工作。

关键词：无线传感器网络 IPv6协议 6lowpan网络 RPL路由协议集中器