遷移到IPv6
互聯(lián)網(wǎng)面臨的一個(gè)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?yàn)榈凸膫鞲泻涂刂凭W(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)完美的解決方案。
有個(gè)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(jì)的。這導(dǎo)致在IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)上直接運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議會(huì)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)中做出了一些修訂措施，即RFC4944。問題的解決方法包括壓縮IP報(bào)頭以避免傳輸15.4子網(wǎng)不需要的重復(fù)的信息。另一個(gè)主要更新是采用能夠成功傳輸?shù)母咝Х制瑱C(jī)制，并且隨后組裝無法在單一IEEE802.15.4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(gè)完整方案。
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(yùn)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(yàn)證互操作性提供了測(cè)試和認(rèn)證的方法，因?yàn)槠渌麡?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(xiàng)需要適應(yīng)ZigBee IP標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議棧。這些測(cè)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(tái)上開發(fā)他們的產(chǎn)品。
ZigBeeSmartEnergyIP利用6LoWPAN報(bào)頭壓縮和分片技術(shù)。此外，RPL路由被用于非存儲(chǔ)模式，以便網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到一個(gè)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(jí)安全性通過802.15.4來提供，而應(yīng)用級(jí)的安全性采用消息負(fù)載加密實(shí)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(jī)制。應(yīng)用程序可采用UDP和TCP消息傳輸協(xié)議。
ZigBeeSmartEnergyIP協(xié)議棧是首個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，它結(jié)合來自IEEE和IETF的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，形成一個(gè)被眾多公司和硅芯片供應(yīng)商支持的認(rèn)可且可以互相協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)。
采用ZigBee IP
ZigBee IP目前正在多個(gè)應(yīng)用中實(shí)施，開發(fā)工具包和系統(tǒng)都可以從多個(gè)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(dòng)。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(shí)現(xiàn)過程。
當(dāng)采用這種方法時(shí)，必須考慮許多不同的選擇：
●設(shè)備支持的功能集(計(jì)量、需求響應(yīng)、消息機(jī)制等等)
●用于功能設(shè)置的URI結(jié)構(gòu)
●使用的安全級(jí)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
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RFC6550，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)。
關(guān)于這些選擇的最終決定將影響ZigBeeSmartEnergyIP協(xié)議棧在應(yīng)用中使用的配置。一旦這個(gè)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(gè)為何需要這種能力的例子是半導(dǎo)體提供商的實(shí)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(shí)際電表數(shù)據(jù)填充必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每一個(gè)供應(yīng)商的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)可能不同，但是這兩個(gè)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(jì)選擇。
一旦所有的選擇已做出，并且集合了相關(guān)數(shù)據(jù)，然后才能夠完成代碼并編譯它。和任何項(xiàng)目一樣，調(diào)試和測(cè)試是必須的，但是各種工具可用來協(xié)助開發(fā)階段使其能夠盡快地完成。這些工具提供了很多功能，甚至能夠跟蹤網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包，從而確保端到端的功能。
帶有傳感和控制網(wǎng)絡(luò)的ZigBee IP的未來
ZigBeeSmartEnergyIP協(xié)議棧的開發(fā)面向相對(duì)較小的家庭智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，支持最多30個(gè)設(shè)備。在更大的網(wǎng)絡(luò)中使用這種協(xié)議棧需要一些更新才能滿足具有成百上千設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。其他的改進(jìn)技術(shù)將聚焦在提高電池壽命的技術(shù)。