基于IPv6的环境监测系统的开发和应用

关键技术
本系统的关键部分是采集数据的远程传输和显示。本系统将IPv6技术应用于系统的嵌入式环境监测平台,通过嵌入式Web服务器实现节点数据的可视化。考虑到嵌入式系统的资源有限性、实时性和数据安全性,在嵌入式系统中实现IPv6协议栈和基于IPv6的Web服务器是本系统设计的关键技术。为了使节点能够连接到IPv6网络并消耗最少的资源,系统使用了LWIP协议栈,这是一套用于嵌入式系统的开源TCP/IP协议,由瑞士计算机科学院的Adam Dumkels等人30开发。到目前为止,2.1.0版本已经实现了IPv4/IPv6双栈协议。lwIP实现了基本的通信协议,但要将其应用于具体的系统,需要进行有针对性的研究,包括硬件接口层的移植、上层应用的实现以及系统的联合调试。本系统采用lwIP协议栈接入IPv6网络,并在此协议栈的基础上,实现了环境数据采集可视化的HTTP网络服务器。

传感器网络中的IPv6协议简介
IPv6协议的提出是为了解决IPv4协议的问题。IPv6协议栈是一个成熟的标准,可以在相关文章中了解8,31。

传感器网络中IPv6的实现与一般网络协议栈的实现有很大不同。表2给出了IPv6传感器网络和一般PC的TCP/IP协议中各层的细分和详细内容,并与OSI(开放系统互连)七层模型进行了比较。

如表2所示,TCP/IP协议被简化为四个层次:应用层、传输层、网络层和网络接口层。在IPv6传感器网络中,除网络接口层外,其他各层均由纯软件协议栈实现。嵌入式系统中的网络接口层主要由特定的网络外设和PHY控制芯片构成,用于控制传输介质和数据包32。

嵌入式系统中的IPv6包括软件和硬件外设的低级配置。它有四个完整的层次功能,包含重要的组件,如ICMPv6、IPv6消息处理和TCP/IP通信。IPv6位于实时嵌入式操作系统和功能程序之间,它在系统中的工作位置如图6所示。嵌入式实时操作系统为协议栈提供线程管理、线程同步和消息传输等基本服务功能。上层应用程序和协议栈是相互独立的。应用程序只需要调用函数来满足功能需求。因此,这种分层设计方法也被用于系统中,以简化系统设计。在不同的应用需求下,只需要关注上层应用的设计,而不需要关注协议栈的具体实现细节。硬件设备包括MCU、以太网物理层芯片PHY和存储器。嵌入式操作系统通过不同硬件外设的驱动程序管理硬件资源,从而为协议栈和其他上层应用提供服务。

基于IPv6的环境监测系统的开发和应用

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