基于6LOWPAN傳感器網(wǎng)關(guān)設計

2．2 軟件設計
6LoWPAN網(wǎng)關(guān)的軟件架構如圖4所示。網(wǎng)關(guān)通過(guò)WAN口與Internet互聯(lián)。一方面接收以太網(wǎng)數據幀，并將幀實(shí)體提交給應用層處理；另一方面從應用層接收幀實(shí)體數據，并用以太網(wǎng)幀頭對幀實(shí)體進(jìn)行封裝，通過(guò)WAN口發(fā)送出去，這里以太網(wǎng)幀頭中的目的地址為下一跳的MAC地址，源地址為網(wǎng)關(guān)的MAC地址。

網(wǎng)關(guān)通過(guò)USB Stick與6LoWPAN無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。一方面無(wú)線(xiàn)接口接收IEEE 802．15．4數據幀，并將幀實(shí)體提交給適配層處理；另一方面從適配層接收幀實(shí)體數據，并用IEEE 802．15．4幀頭對幀實(shí)體進(jìn)行封裝，通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口發(fā)送出去。
該網(wǎng)關(guān)設計的關(guān)鍵之一是對USB Stick的設計。它采用Contiki OS作為操作系統，其物理層和MAC層遵循IEEE 802．15．4標準，集成了uIPv6協(xié)議棧和6LoWPAN適配層。采用AT90USB1287芯片，在Congtiki Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程、編譯，并通過(guò)AVR Studio 4連接JTAG仿真器進(jìn)行程序燒寫(xiě)。USBStick中主要完成了報文分片與重組、報頭壓縮及鏈路層的數據轉發(fā)等方面功能。

3 性能分析
為分析系統的性能，根據圖1搭建了測試網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)對端到端網(wǎng)絡(luò )的連接性、延時(shí)變化、往返延時(shí)、丟包率以及吞吐量的測試，對該網(wǎng)絡(luò )性能作出簡(jiǎn)要分析。
(1)連接性。連接性又稱(chēng)可達性，嚴格說(shuō)應是網(wǎng)絡(luò )的基本能力或屬性，并不能稱(chēng)為性能，它直接反映了網(wǎng)絡(luò )是否可用。通過(guò)Ping6命令測試，證明網(wǎng)絡(luò )能夠互通，即實(shí)現6LoWPAN無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )與IPv6網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)。測試結果如圖5所示。

(2)時(shí)延變化。對3 000 s內網(wǎng)絡(luò )的往返時(shí)延進(jìn)行了監測。監測結果如圖6(a)所示。時(shí)延的突升或突降，通常表明網(wǎng)絡(luò )出現故障，或受到安全攻擊等。從測試結果可以看出，每個(gè)時(shí)間段內往返延時(shí)比較平穩，從而說(shuō)明該網(wǎng)絡(luò )的通訊性能良好。
(3)往返時(shí)延。往返時(shí)延(RTT，Round Trip Times)由3部分決定：線(xiàn)路的傳播時(shí)間、末端系統的處理時(shí)間及路由器緩存中的排隊和處理時(shí)間。其中第一項是相對固定的，而后兩項則和網(wǎng)絡(luò )負荷及系統性能有關(guān)，所以RTT值能間接反映網(wǎng)絡(luò )負荷和系統性能，并且可以大致認為RTT值和網(wǎng)絡(luò )負荷成正比，而和系統性能成反比。為便于測量，主要考慮不同大小數據包的端到端往返時(shí)延。