传感器管控论文：当代传感器的网络管控透析

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作者：占桑 单位：中南民族大学

ZigBee网络包括三个不同的节点类型：ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备。网络层处理了以下工作：加入或离开ZigBee网络；为ZigBee数据包提供安全的处理过程；搜索和维护到节点的最佳路径；搜索邻近的节点，创建ZigBee网络（通过协调器），配置网络参数（通过协调器）及分配地址（通过协调员）。应用层包括应用支持层，应用程序框架和ZigBee设备对象。ZigBee终端设备不同于已有的有线网络终端，它具有有限的计算能力。我们的原型平台采用了德州仪器（TI）ZigBee开发套件（ZDK）。IPv6随着互联网所需的地址空间在以不可预料的速度增长，以及新型网络的应用和无线网络得到普及，IPv4定义的地址空间显然是不够的。据互联网编号分配机构（IANA）的报告，未分配的IPv4地址已经耗尽[7]，因此，下一代互联网协议—IPv6产生了。IPv6解决了IP地址不足的问题，此外，IPv6简化了IPv4报文头。IPv6有一些独特的功能包括：地址的长度从32位扩展到128位，IP报头的长度固定为40字节，无状态自动配置，增加IPsec保证传输的安全性，提供任播机制。为了管理ZigBee和互联网之间的异构网络，我们需要适用于ZigBee和互联网的网络地址。能够支持直接通信，每一个ZigBee终端设备需要配置对应的IP地址，SIP服务器需要配置一个ZigBee网络地址[6]。无线传感器网络需要配备大量的ZigBee传感器，并且每个ZigBee传感器必须有一个唯一的64位扩展地址。因此，IPv4是不适合于ZigBee，由于存在大量的传感器，IPv4地址是不够的。如果使用IPv6，我们可以容易地将一个64位的IPv6前缀和一个64位的ZigBee的扩展地址结合以获得一个完整的IPv6地址。SIPSIP是一种信令协议，它工作在TCP/IP模型中的应用层。SIP协议定义了两种类型的消息：请求和响应。表1所示是部分sip请求消息。一个SIP用户收到请求消息后会发送相应的应答消息，如表2所示SIP用户应答响应消息。

将sip植入到ZigBee中，有学者做过类似工作[8]。在文献[9]中，它提供一个用来处理SIP数据包的ZigBee/Ethernet网关，并定义其独有的数据包格式，然后发送到ZigBee终端设备。同时开发一个SIP用户用来控制ZigBee终端设备。SIP报文传输流程。gateway3实施情况为了将sip数据包从以太网传到ZigBee，我们选择已有的方案[6]解决ZigBee/Ethernet网关。同时选择了Nokia的Sofia-SIP库来实现SIP用户，Sofia-SIP是专门为嵌入式设备设计的，因此Sofia-SIP协议栈比其他sip库例如eXosip小，而且Sofia-SIP支持传输控制协议（TCP）及工作在传输层的流控制传输协议(SCTP)，并且它具备可靠的传输能力。Sofia-SIP库有如下几个模块组成：Su:包含一个简单的，代码编写的数据包/同步库；sresolv：包含使用EDNS扩展机制的异步DNS解析器；ipt:应用于IP电话的实用工具库；nua:包含具备基本的sip用户功能的用户库；nea:为不同的应用于sip状态和会议的事件提供一个接口；iptsec:为基本的HTTP协议及摘要认证提供接口；nta:为sip事物、传输和消息处理提供简单的界面；tport：包含一个使用sip、实时流传输协议（RTSP）及HTTP协议组成的通用传输接口；sip:包含用于sip解析器和sip头域、sip消息对象的接口；msg:包含解析器和操作消息的功能及基于如SIP，HTTP，RTSP类文本协议的头部，也提供多功能Internet邮件扩充服务(MIME)头部的解析器和这些协议通用的MIME类型消息；url:包含宏命令和使用URL数据类型如url_t的函数，并能解析及打印URLs；bnf:包含宏命令及解析文本格式的函数，例如解析SIP协议的函数；sdp:为会话描述协议（SDP）提供一个简单的“C”语法分析器接口；soa:由一个异步的SDPOffer/Answer引擎库组成。每个模块都有自己的依赖关系图，可以在已设计出的系统中看到例如nta的依赖关系图。由于ZigBee终端设备的计算能力和的存储记忆能力有限，我们将重新创建Sofia-SIP协议栈，并选择专门的Linux内核[12]；我们使用Sofia-SIP库中部分函数并删除无线传感器网络中不必要的功能，如语音通信功能，将Sofia-SIP协议栈大小从18MB减小到2MB.图3显示运用我们的方法后sip数据包传输流向。虽然系统结构看起来类似，注意在图2只有ZigBee/Ethernet网关注册到SIP服务器。ZigBee/Ethernet网关进行解析封装SIP数据包，然后将相应ZigBee数据包传输到ZigBee终端设备。ZigBee/Ethernet网关需要处理大量的数据包，因此它承受了沉重的负载，这必然会降低网络的性能。与此相反，图3中所示我们的方法，采用的方法是在每一个ZigBee终端设备上执行SIP协议。因此，ZigBee/Ethernet网关只需要转发SIP数据包到ZigBee终端设备，不需要解析相关的有效负荷。这将显著减少ZigBee/Ethernet网关的重载负荷。

SIP协议被广泛用于VoIP通信。除了这种成熟的应用，越来越多的研究人员提出使用SIP协议作为网络管理的机制。由于无线传感器网络（WSN）变得越来越重要，移植SIP协议到无线传感器网络（WSN）中被视为通用的管理机制。由于ZigBee终端设备的计算能力有限，以前在ZigBee中使用的SIP协议只是应用于ZigBee/Ethernet网关部分的开发，这样它拥有更好的计算能力来处理应用层的转换。但是，处理大量的SIP协议报文会降低无线传感器网络（WSNs）的性能，这是因为ZigBee/Ethernet网关很容易成为瓶颈。在我们提出的计划中，SIP协议栈从18MB简化为2MB，并被移植到终端设备上。因此，只需要一个ZigBee/Ethernet网关处理ZigBee和以太网之间的网络层转换。在我们的设计中，因为网关不需要通过检查有效负荷完成应用层的转换，这样可以减少大量的资源量并相应提高ZigBee/Ethernet网关传输性能。然而，由于SIP消息的格式包含XML(可扩展标记语言)文本，这必将形成一个沉重的有效负载。在未来的研究中，减少SIP协议的开销使SIP协议更适合WSN(无线局域网网络)管理是研究的重点。