在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中采用ZigBee IP的主要考慮因素
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互聯(lián)網(wǎng)面臨的一個主要挑戰(zhàn)是IP地址的可用數(shù)量正在急劇減少。隨著IP地址使用的增加，未使用地址的數(shù)量在迅速枯竭，IPv6尋址連同其他現(xiàn)有IP協(xié)議看似能夠為低功耗傳感和控制網(wǎng)絡(luò)提供一個完美的解決方案。
有個主要的弊端是現(xiàn)有IP協(xié)議都是基于更大數(shù)據(jù)包和更高數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期用途而設(shè)計的。這導(dǎo)致在IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)上直接運行標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議會存在一些問題。
為了克服這些問題，必須減少IPv6信息包的大小。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，在6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)中做出了一些修訂措施，即RFC 4944。問題的解決方法包括壓縮IP報頭以避免傳輸15.4子網(wǎng)不需要的重復(fù)的信息。另一個主要更新是采用能夠成功傳輸?shù)母咝Х制瑱C制，并且隨后組裝無法在單一IEEE 802.15.4包中傳輸?shù)腎P包。但是，該標(biāo)準(zhǔn)并沒有為可靠網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用協(xié)議提供一個完整方案。
此外，適用于低功耗和有損網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議也是必須的。新的協(xié)議是由Internet工程任務(wù)組(IETF)開發(fā)并發(fā)布為RFC 6550，為低功耗網(wǎng)絡(luò)提供基本路由。然而，其他的標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議(例如UDP和TCP)也可以無需修改的用于802.15.4網(wǎng)絡(luò)。
最終的協(xié)議是ZigBee IP，作為ZigBee智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它通過應(yīng)用層為運行在低功耗傳感和控制網(wǎng)絡(luò)提供了一整套基于IP的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。
ZigBee IP概述
ZigBee IP協(xié)議棧為驗證互操作性提供了測試和認(rèn)證的方法，因為其他標(biāo)準(zhǔn)(例如802.15.4)包括了一些應(yīng)用所需的可選功能，并且這些選項需要適應(yīng)ZigBee IP標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議棧。這些測試和認(rèn)證方法于2013年初發(fā)布，這使得開發(fā)人員能夠在穩(wěn)固平臺上開發(fā)他們的產(chǎn)品。
ZigBee Smart Energy IP利用6LoWPAN報頭壓縮和分片技術(shù)。此外，RPL路由被用于非存儲模式，以便網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到一個中心設(shè)備。這種方法使用源路由使信息能夠被回傳到網(wǎng)絡(luò)中的始發(fā)設(shè)備。此外，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)搜尋采用多播域名服務(wù)(mDNS)協(xié)議。這使設(shè)備能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的利益服務(wù)。
ZigBee IP也存在安全問題。MAC級安全性通過802.15.4來提供，而應(yīng)用級的安全性采用消息負(fù)載加密實現(xiàn)。攜帶網(wǎng)絡(luò)訪問認(rèn)證(PANA)的協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)訪問控制，應(yīng)用安全使用TLS1.2和橢圓曲線加密協(xié)商機制。應(yīng)用程序可采用UDP和TCP消息傳輸協(xié)議。
圖1:Smart Energy 2和ZigBee IP協(xié)議棧
采用ZigBee IP
ZigBee IP目前正在多個應(yīng)用中實施，開發(fā)工具包和系統(tǒng)都可以從多個制造商獲得。這些系統(tǒng)中的MCU通常擁有256kB的Flash和32kB的RAM空間。通過使用來自半導(dǎo)體制造商的開發(fā)工具，可以很容易的創(chuàng)建基礎(chǔ)的安裝啟動。設(shè)備制造商也能夠通過為他們的設(shè)備添加自己的特定應(yīng)用行為來定制這些實現(xiàn)過程。
當(dāng)采用這種方法時，必須考慮許多不同的選擇：
●設(shè)備支持的功能集(計量、需求響應(yīng)、消息機制等等)
●用于功能設(shè)置的URI結(jié)構(gòu)
●使用的安全級別
●使用XML數(shù)據(jù)還是EXI壓縮型
●數(shù)據(jù)訂閱行為
●事件或異常情況的處理
關(guān)于這些選擇的最終決定將影響ZigBee Smart Energy IP協(xié)議棧在應(yīng)用中使用的配置。一旦這個過程完成，數(shù)據(jù)和必要的行為必須被提供用來完成最終配置。一個為何需要這種能力的例子是半導(dǎo)體提供商的實現(xiàn)將為應(yīng)用(例如電表消耗數(shù)據(jù))提供信息和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。終端設(shè)備開發(fā)者必須使用來自他們特有設(shè)備的實際電表數(shù)據(jù)填充必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每一個供應(yīng)商的數(shù)據(jù)存儲和管理技術(shù)可能不同，但是這兩個元素必須匹配。圖2展示了分別由開發(fā)者處理和由無線IC供應(yīng)商提供的設(shè)計選擇。
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