异构无线网络间数据通信方案 本文关键词：数据通信，无线网络，异构，方案
异构无线网络间数据通信方案 本文简介：[摘要]随着计算机网络技术的快速发展，各种不同类型的无线网络纷纷投入使用，为用户提供了多样化的信息通信服务，而其中无线传感器网络是发展速度最快、技术类型最多的一个分支，在各个领域内发挥着重要的作用。在多种各具特色的无线传感器网络里，ZigBee网络由于其布设成本低、控制方式简单、通信质量可靠而得到了
异构无线网络间数据通信方案 本文内容：
[摘要]随着计算机网络技术的快速发展，各种不同类型的无线网络纷纷投入使用，为用户提供了多样化的信息通信服务，而其中无线传感器网络是发展速度最快、技术类型最多的一个分支，在各个领域内发挥着重要的作用。在多种各具特色的无线传感器网络里，ZigBee网络由于其布设成本低、控制方式简单、通信质量可靠而得到了广泛的应用。6LoWPAN则针对IPv6协议而研发，支持大规模复杂数据的传输，是未来智能设备接入互联网的首选方案。结合气象数据的传输需求，针对这两种异构网络间的跨网通信方法展开研究，设计了相关的协议转换模型，可靠地实现了数据跨网的无缝传输。
[关键词]气象数据；ZigBee；6LoWPAN；协议转换模型；无线网络
近年来，计算机网络的普及速度与日俱增，尤其是物联网技术在得到了我国政府的大力支持后，更是有了突飞猛进的发展，无论是后续的云技术、大数据技术还是区块链技术，都离不开物联网的支持。传感器网络作为物联网的关键环节，起到了至关重要的数据采集和环境感知任务，因此也成为了无线网络领域研究的热点。在气象观测领域，大量自动化设备的引入使得对各类型传感器网络的需求日益提高，无论是数据采集、数据传输还是远程控制方面，都需要采用多种网络结合的方式来实现，这其中最主要的两种网络就是ZigBee网络和6LoWPAN网络。因此，研究这两种异构无线传感器网络间的数据传输，从而将其有机地融合成为一个整体，显著提高数据跨网通信效率，对于提高气象观测工作的稳定性与实时性而言具有重要的意义。
1ZigBee网络的特点
ZigBee网络以IEEE802.15.4协议为基础，并衍生出一系列的通信规程。该网络主要针对物理层和MAC层的接入机制进行设定，同时也支持高层采用不同类型的网络接入方式，目前已经成熟的应用在了各种工业控制与监测场合。该网络的特点是采用电池供电、功耗低、带宽小、控制指令简单、组网方式灵活，尤其适合针对复杂环境下的气象和水文监测场合，但如何与互联网实现高效无缝衔接则是该技术急需解决的问题；另一方面，6LoWPAN网络的技术特点恰好与ZigBee网络形成互补，该网络具有带宽大、支持复杂协议传输需求、以及支持IPV6协议，这使得该网络可以很好地与现存及未来的互联网络进行衔接。随着气象数据的规模不断变大，数据复杂度不断提高，6LoWPAN网络无疑将成为该领域内未来无线传感器网络发展的主流方向。针对这一需求展开研究，设计了两种异构网络的跨网通信协议模型，并设计了对应的网关系统，以下分别予以阐述。
2异构传感网协议转换模型的设计
图1为协议转换模型，由图可见，以Linux主控单元为中间网关将两种异构网络间隔开来，并分别通过接入模块连接ZigBee网络与6LoWPAN网络，并通过ARM芯片实现数据的转换与调度。在ZigBee网络中，主要由各个气象观测传感器节点组成，数据依据ZigBee通信协议完成在网络内的传输，通过多节点的跳转，传输至网管系统，当此数据包需跳转至6LoWPAN网络并通过该网络将气象数据传往异地的分析站点时，则接入模块接收此数据并按照协议模型进行解析，相关的分析与计算工作均由ARM芯片来完成，解析完成后，即上交至第三层，采用IPv6协议对数据进行再封装，并通过6LoWPAN一侧的SLIP协议将其转发至6LoWPAN接入模块，通过该模块可将数据包传输至最终的目的节点。观察上图可以发现，网关中的转换模块在两方异构网络间实现了良好的衔接作用，其主要承担以下功能：协议解析功能：网关中的转换模块分别支持对ZigBee协议和6LoWPAN协议进行双向的转换，分别将两者封装的数据包解析后以对方协议的格式进行再次封装，从而确保在对方网络中的可靠传输。服务查询功能：网关分别为两方异构网络提供了对方网络可支持的服务，而某一数据包进入网关后，需要对这些服务进行查询，并确认能够得到对应的解决策略，同时在此过程中也完成了对数据包身份识别的功能。在网关中保存有服务映射表，清晰地描述了传感网节点EUI-64地址与所提供服务的服务。数据包转发功能：在完成了数据的再次封装之后，网关处于两个异构网络中的转发端口即可作为该网络内的一个用户节点，将数据包转发至该网络内的最终目的地。
3系统功能设计
3.1应用层通信协议设计
应用层位于网络通信协议栈的顶层，尤其对于ZigBee网络而言，应用层与ZigBeeNWK层相邻，直接接受802.15.4协议提供的服务，因此该网络内节点在于网关进行通信时，必须由应用层负责将自身的EUI-64地址、对方节点的6LoWPAN的EUI-64地址以及有效的用户数据进行封装，所以在网关和两种异构网络的应用层当中就需要包含协调处理这些工作的统一规程，即应用层协议。
3.2SLIP封装与解封装
串行线路网际协议SLIP负责数据的封装与发送，在封装环节，该协议负责完成语义转换的功能，将原报文中的字符0xC0替换为0XDB、0xDC，将字符0xDB替换为0xDB、0xDD，在解封阶段则反向执行。另一方面，接收方也需要通过SLIP的标志位来完成对该报文的校验工作。
3.3网关任务流程
网关的任务流程主要以系统初始化、数据包服务查询以及数据传输三个核心环节为主线。其中主要步骤的细节如下：3.3.1网关系统初始化系统的初始化环节包括两步操作，分别是网络节点群的初始化操作和网络提供服务的注册操作。首先网关启动后，两侧端口分别作为两个异构网络中的节点被启动，与此同时，网络中的其他节点也同步进行初始化操作，完成整个网络的激活；在完成初始化之后，两种网络内的各节点向网关上传自己的EUI-64地址和该节点所实现的功能，完成服务注册环节。3.3.2服务查询假设某侧网络中的一个源节点需要通过网关向对方网络中的目的节点发送数据包，此时源节点首先需要通过本地网络连接网关B，并向其发起服务查询申请，网关收到请求后，经过对节点绑定地址的审核确认其为本地节点后，将响应该请求，并为其查询对方网络在本网关内注册的服务项目，找到目的网络在列表中的映射地址，并通过响应报文将其回传给源节点，源节点即可根据这一信息完成数据的封装，并完成用户数据的发送工作。3.3.3数据传输封装完成后，源节点将此数据包发送至网关，网关由ARM处理器负责进行接续和查询，档接收到数据包后依次取出两类地址以及数据，调用UDP/IPv6封装程序封装成一个IPv6数据包，再使用SLIP协议进行再次封装，并通过串口发到6LoWPAN边界路由器的网络层，由此路由器负责对数据报进行解析，查找目的地址等工作，随后向下传给MAC层及物理层，通过无线发送到目的6LoWPAN节点，最终实现了数据的跨网传输过程。
4结语
本文针对异构无线传感器网络的数据跨网通信展开研究，结合气象观测设备对网络通信的需求，设计了一套具有实用价值的网络协议转换模型，通过网关实现了不同网络之间的数据传输，对气象数据的远距离跨网传输提供了有力的技术支持，也使得气象观测系统的兼容性大大提高。相信随着信息技术和网络通信技术的不断发展，各种异构网络间的数据通信将会越来越流畅，进一步提高无线网络通信的效率。
【参考文献】
[1]蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2012.
[2]戚剑超.基于IPv6的无线传感器网络应用研究[D].合肥：合肥工业大学，2014.
作者：高健 单位：甘肃省民航机场集团建设指挥部
异构无线网络间数据通信方案 来源：网络整理
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