基于6LOWPAN傳感器網(wǎng)關(guān)設(shè)計

2．2 軟件設(shè)計
6LoWPAN網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)如圖4所示。網(wǎng)關(guān)通過WAN口與Internet互聯(lián)。一方面接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并將幀實體提交給應(yīng)用層處理；另一方面從應(yīng)用層接收幀實體數(shù)據(jù)，并用以太網(wǎng)幀頭對幀實體進(jìn)行封裝，通過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USB Stick與6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。一方面無線接口接收IEEE 802．15．4數(shù)據(jù)幀，并將幀實體提交給適配層處理；另一方面從適配層接收幀實體數(shù)據(jù)，并用IEEE 802．15．4幀頭對幀實體進(jìn)行封裝，通過無線接口發(fā)送出去。
該網(wǎng)關(guān)設(shè)計的關(guān)鍵之一是對USB Stick的設(shè)計。它采用Contiki OS作為操作系統(tǒng)，其物理層和MAC層遵循IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)，集成了uIPv6協(xié)議棧和6LoWPAN適配層。采用AT90USB1287芯片，在Congtiki Studio集成開發(fā)環(huán)境下編程、編譯，并通過AVR Studio 4連接JTAG仿真器進(jìn)行程序燒寫。USBStick中主要完成了報文分片與重組、報頭壓縮及鏈路層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等方面功能。

3 性能分析
為分析系統(tǒng)的性能，根據(jù)圖1搭建了測試網(wǎng)絡(luò)。通過對端到端網(wǎng)絡(luò)的連接性、延時變化、往返延時、丟包率以及吞吐量的測試，對該網(wǎng)絡(luò)性能作出簡要分析。
(1)連接性。連接性又稱可達(dá)性，嚴(yán)格說應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)的基本能力或?qū)傩?，并不能稱為性能，它直接反映了網(wǎng)絡(luò)是否可用。通過Ping6命令測試，證明網(wǎng)絡(luò)能夠互通，即實現(xiàn)6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。測試結(jié)果如圖5所示。

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