在物聯(lián)網應用中采用ZigBee IP的主要考慮因素
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互聯(lián)網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絡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)據包和更高數(shù)據速率網絡的預期用途而設計的。這導致在IEEE 802.15.4網絡上直接運行標準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，在6LoWPAN標準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子網不需要的重復的信息。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，該標準并沒有為可靠網絡和應用協(xié)議提供一個完整方案。
此外，適用于低功耗和有損網絡的路由協(xié)議也是必須的。新的協(xié)議是由Internet工程任務組(IETF)開發(fā)并發(fā)布為RFC 6550，為低功耗網絡提供基本路由。然而，其他的標準IP協(xié)議(例如UDP和TCP)也可以無需修改的用于802.15.4網絡。
最終的協(xié)議是ZigBee IP，作為ZigBee智能電網標準的一部分，它通過應用層為運行在低功耗傳感和控制網絡提供了一整套基于IP的標準化協(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證的方法，因為其他標準(例如802.15.4)包括了一些應用所需的可選功能，并且這些選項需要適應ZigBee IP標準和協(xié)議棧。這些測試和認證方法于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)他們的產品。
ZigBee Smart Energy IP利用6LoWPAN報頭壓縮和分片技術。此外，RPL路由被用于非存儲模式，以便網絡發(fā)送到一個中心設備。這種方法使用源路由使信息能夠被回傳到網絡中的始發(fā)設備。此外，標準服務搜尋采用多播域名服務(mDNS)協(xié)議。這使設備能夠發(fā)現(xiàn)網絡中其他設備的利益服務。
ZigBee IP也存在安全問題。MAC級安全性通過802.15.4來提供，而應用級的安全性采用消息負載加密實現(xiàn)。攜帶網絡訪問認證(PANA)的協(xié)議用于網絡訪問控制，應用安全使用TLS1.2和橢圓曲線加密協(xié)商機制。應用程序可采用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。通過使用來自半導體制造商的開發(fā)工具，可以很容易的創(chuàng)建基礎的安裝啟動。設備制造商也能夠通過為他們的設備添加自己的特定應用行為來定制這些實現(xiàn)過程。
當采用這種方法時，必須考慮許多不同的選擇：
●設備支持的功能集(計量、需求響應、消息機制等等)
●用于功能設置的URI結構
●使用的安全級別
●使用XML數(shù)據還是EXI壓縮型
●數(shù)據訂閱行為
●事件或異常情況的處理
關于這些選擇的最終決定將影響ZigBee Smart Energy IP協(xié)議棧在應用中使用的配置。一旦這個過程完成，數(shù)據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體提供商的實現(xiàn)將為應用(例如電表消耗數(shù)據)提供信息和數(shù)據結構。終端設備開發(fā)者必須使用來自他們特有設備的實際電表數(shù)據填充必要的數(shù)據結構。每一個供應商的數(shù)據存儲和管理技術可能不同，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供應商提供的設計選擇。
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