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研究生:李宗憲
研究生(外文):Li zong-sian
論文名稱:無線感測網路中TCP/IPOver802.15.4堆疊的設計與實作
論文名稱(外文):Design and Implementation of TCP/IP Over IEEE 802.15.4
指導教授:馮立琪馮立琪引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:資訊工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
中文關鍵詞:無線感測網路
外文關鍵詞:IEEE 802.15.4GatewayTCP/IP
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無線感測網路設置的主要目的是透過感測器來蒐集資料,並使用無線傳輸將蒐集的資料傳回。由於IEEE 802.15.4低速率無線個人區域網路的設計架構與理念和無線感測網路相似,探討IEEE 802.15.4成為無線感測網路底層規格的相關研究及實作已經越來越多。
在目前IEEE 802.15.4的研究中,很少定義關於內部網路和外部網路聯繫的內容。雖然目前市面上已開發出使用Gateway來連結IEEE 802.15.4和其他異質網路的產品,但是此方法顯得太過於依賴Gateway的可靠度,且感測節點也無法使用許多現成網路工具程式。
在本論文中,我們成功將TCP/IP架構於IEEE 802.15.4的感測節點上,讓設備擁有和Internet溝通的能力,根據實驗結果顯示,目前系統已經具備穩定的執行檔案傳輸、Web網頁存取及使用各種現成工具程式的能力。
而為了進一步改善TCP效能,我們提出了一個選擇性啟用MAC層ACK的方法稱為eDTC,來減少封包傳輸總數。在實際測試中,在總傳輸時間差不多的情況下和原有僅採用Local retransmit方式的DTC方法相比,減少了10%~30%的總封包傳輸量,達到減少傳送封包數目來省電的效果。
The purpose of wireless sensor network(WSN) is to collect information and to return the data to remote control device via wireless transmission. Because of LR-WPAN has such like low power、low cost、low bandwidth characteristics are consist with WSN, there are more and more discussions about LR-WPAN to accommodate to WSN.
Currently the researches about network layer like Zigbee above IEEE 802.15.4 don’t mention about the way to communicate with IEEE 802.15.4 and Internet. Although some manufactures provide gateway to be a translator between different types of wireless medium, it very depend on the reliability of gateway. The wireless sensor nodes equip such network layer can’t use lots of useful applications that have been developed, and programmers must re-programming those applications.
In this paper, we successfully construct TCP/IP over IEEE 802.15.4. The sensor nodes which equip TCP/IP over IEEE 802.15.4 can communicate with Internet directly, and programmers can reuse old applications and develop a new application quickly.
Finally we discuss about the power consumption of TCP/IP over IEEE 802.15.4. In the same situation, we lower than 10%~30% packets to lower the power consumption.
摘要 ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 動機 1
1.2 研究貢獻 2
1.3 論文之架構 3
第二章 相關研究 4
2.1 IP架構於無線感測網路上的相關研究 4
2.2 IPv6 over Low Power WPAN 8
2.3 增加無線網路上TCP效能的方法 10
2.3.1 傳統網路中TCP效能的改進方案 10
2.3.2 無線網路上TCP效能的問題及解決方案 11
2.3.3 無線感測網路中的TCP效能改進方法 12
第三章 Zigbee/IEEE 802.15.4通訊協定 13
3.1 IEEE 802.15.4的介紹 13
3.2 Zigbee的介紹 24
3.3 Internet Protocol(IP)的介紹 27
第四章 系統設計與實作 30
4.1 系統設計考量 31
4.2 系統的架構與介面 34
4.3 負責驅動IEEE 802.15.4的元件 36
4.4 路由元件 41
4.5系統在Linux核心中實作WPAN Service Layer的方法 51
第五章 TCP/IP在IEEE 802.15.4上的效能改善 55
5.1 Linux核心中的TCP Flow Control機制 55
5.2 無線網路中TCP效能問題及解決方案 58
5.3 Distributed TCP Caching[10]-無線感測網路中的TCP效能改進方法 61
5.4 Enhance Distributed TCP Caching 63
第六章 實驗結果 66
6.1 實驗步驟 66
6.2 系統的可用度測試 67
6.2.1 Ping 67
6.2.2利用Linux的Socket介面自行開發的小型TCP/UDP/IP應用程式 68
6.2.3 gHTTP 68
6.2.4 Netcat 69
6.3 TCP和DTC和eDTC的效能差異 70
6.4 系統的效能測試 73
6.4.1 IEEE 802.15.4的MAC層ACK支援 74
6.4.2 Linux上面對TCP的支援的效能測試 76
第七章 結論與未來工作 79
參考文獻 80


圖目錄
圖2-1 無線感測網路與外界溝通示意圖[1] 5
圖2-2 利用感測節點蒐集人體生理數據 8
圖3-1 IEEE 802.15.4的網路拓撲[12] 15
圖3-2 Cluster tree網路[12] 16
圖3-3 IEEE 802.15.4架構圖[12] 17
圖3-4 PHY層示意圖[12] 18
圖3-5 MAC層示意圖[12] 19
圖3-6 資料傳送流程圖 [12] 21
圖3-7 Associate流程圖 [12] 23
圖3-8 Zigbee家電控制應用範例圖 [13] 25
圖3-9 Zigbee架構圖[12] 27
圖3-10 IP通訊協定於OSI 7-layer model的位置 28
圖4-1 SCAN-ZB實照 31
圖4-2 ARP示意圖[17] 33
圖4-3 系統架構圖 35
圖4-4 系統介面圖 36
圖4-5 路徑尋找示意圖 44
圖4-6 收到Route Request的處理流程 48
圖4-7 收到Route Reply的處理流程 50
圖4-8 初始化設備流程圖 51
圖4-9 Linux封包送出流程圖 53
圖4-10 接收封包處理流程圖 54
圖5-1 TCP Flow Control機制示意圖[24] 57
圖5-2 Distributed TCP Caching示意圖[10] 62
圖6-1 TCP和DTC和eDTC的傳送封包數比較圖表 71
圖6-2 TCP和DTC和eDTC的傳送時間比較圖表 71
圖6-3 Threshold對總傳輸時間影響的比較表 72
圖6-4 Threshold對總傳輸封包數影響的比較表 73
圖6-5 有無MAC層ACK之總傳輸時間比較 75
圖6-6 有無MAC層ACK之封包傳送總數比較 75
圖6-7 兩點互傳時各類TCP支援傳送總封包數 77
圖6-8 兩點互傳時各類TCP支援傳輸總時間 77

表目錄
表3-1 FFD和RFD比較表 14
表3-2 MCPS-SAP primitives[12] 20
表3-3 MLME-SAP primitives[12] 22
表4-1 Coordinator Device Object內的參數及預設值表 37
表4-2 End Device Object內的參數及預設值表 38
表4-3 Router Device Object內的參數及預設值表 38
表4-4 WPAN Service Primitive的名稱及功能表 40
表4-5 WPAN Device Object呼叫WPAN Service Primitive流程整理表 41
表4-6 LQI值和Cost值的對應表 43
表4-7 Routing Request封包格式 45
表4-8 Routing Table 46
表4-9 Routing Discovery Table 47
表4-10 Routing Reply封包格式 49
表6-1 節點間的Round trip time 68
表6-2 在各節點傳輸不同資料大小時的總傳輸時間比較 70
[1]Adam Dunkels: Towards TCP/IP for Wireless Sensor Networks
[2]A. Dunkels. Full TCP/IP for 8-bit architectures. In MOBISYS`03, San Francisco, California, May 2003.
[3]A. Dunkels, T. Voigt, J. Alonso, H. Ritter, and J. Schiller. Connecting Wireless Sensornets with TCP/IP Networks. In WWIC2004, February 2004.
[4]A. Dunkels, T. Voigt, and J. Alonso. Making TCP/IP Viable for Wireless Sensor Networks. In Proceedings of the First European Workshop on Wireless Sensor Networks (EWSN'04), work-in-progress session, Berlin,Germany, January 2004.
[5]Andrew Christian, Jennifer Healey. Gathering Motion data using Featherweight Sensors and TCP/IP over 802.15.4
[6]6LoWPAN: Overview, Assumptions, Problem Statement and Goals http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-6lowpan-problem-03.txt
[7]Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-6lowpan-format-03.txt
[8]N.Deshpande. TCP extensions for wireless networks. 2000 http://www.cis.ohio-state.edu/~deshpand
[9]Balakrishnan, H., Padmanabhan, V. N., Seshan, S., and Katz, R. H. A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links. IEEE/ACM Transactions on Networking 5, 6 (Dec. 1997), 756-769.
[10]A. Dunkels, J. Alonso, T. Voigt, and H. Ritter. Distributed TCP Caching for Wireless Sensor Networks. In Proceedings of the Third Mediterranean Workshop on Ad Hoc Networks(Med-Hoc Net 2004), Bodrum, Turkey, June 2004.
[11]Zigbee alliance http://www.zigbee.org/en/index.asp
[12].IEEE Standard for Information technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) IEEE Std 802.15.4™-2003,October 2003
[13]Zigbee Home Automation Example. http://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee
[14]RFC791. Internet Protocol http://rfc.net/rfc791.html
[15]RFC2675. Ipv6 http://rfc.net/rfc2675.html
[16]Adam Dunkels, Thiemo Voigt, Niclas Bergman, and Mats Jönsson. The Design and Implementation of an IP-based Sensor Network for Intrusion Monitoring. In Swedish National Computer Networking Workshop, Karlstad, Sweden, November 2004
[17]http://www.study-area.org/network/network_ip_arp.htm
[18]陳信養、李宗憲、馮立琪、沈仲九、李俊賢. “Linux核心中IEEE 802.15.4通訊協定之設計與實作”, National Computer Symposium 2005
[19]M. Mathis, J. Mahdavi, PSC, S.Floyd,LBNL, A.Romanow, RFC 2018:TCP Selective Acknowledgment Options, Sun Microsystems, 1996.
[20]V. Jacobson, LBL, R. Braden, ISI, D. Borman,, RFC 1323: TCP Extensions for High Performance, Cray Research, 1992
[21]Chipcon at http://www.chipcon.com/ “CC2420 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee-ready RF Transceiver”
[22]GNU netcat, http://netcat.sourceforge.net/download.php
[23]W. Stevens, RFC 2001: TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, and Fast Recovery Algorithms, 1997.
[24]M. Y. Sanadidi, Congestion Control in TCP, http://www.cs.ucla.edu/NRL/hpi/tcpw/tcpw_papers/part1-congestion-control.pdf
[25]A. Rubini & J. Corbet ”Linux Device Drivers, 2e”, Jane 2001
[26]A. Bakre and B. Badrinath. I-TCP: Indirect TCP for mobile hosts. Proc. of the IEEE ICDCS, 1995
[27]K.Brown and S.Singh. M-TCP : TCP for mobile cellular networks. IEEE/ACM CCR 1997, 27(5)
[28]S.Mascolo and C.Casetti. TCP Westwood: Bandwidth estimation for chance transport over wireless links. UCLA CS Techincal Report, 2000
[29]P. Fei, C. Shiduan. An effective way to improve TCP performance in wireless/mobile networks. IEEE/AFCEA EUROCOMM, 2000
[30]H. Balakrishnan, S. Seshan, E. Amir, R.H. Katz: "Improving TCP/IP Performance over Wireless Networks", Proceedings of Mobicom, November `95
[31]B. Bougard, F. Catthoor, D. C. Daly, A. Chandrakasan, and W. Dehaene,“Energy Efficiency of the IEEE 802.15.4 Standard in Dense WirelessMicrosensor Networks: Modeling and Improvement Perspectives,,” inProceedings of Design, Automation and Test in Europe (DATE’05),vol. 1, no. 1, 2005, pp. 196–201
[32]The Story of the PING Program http://ftp.arl.mil/~mike/ping.html
[33]薑明, TCP協議的擁塞控制策略及改進, 2003 http://industry.ccidnet.com/art/930/20030402/42351_3.html
[34]lwIP, http://www.sics.se/~adam/lwip/
[35]The Contiki Operating System, http://www/sics.se/contiki/
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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