無線感測網路 (Wireless Sensor Network)

WSN(Wireless Sensor Network)使用之 IEEE802.15.4 通訊協定，具有低頻寬、低耗 電、低成本之特性，為物聯網之感測相關應用的重要網路技術。這些 WSN 設備通常是 微小型的設備，並佈署於環境中，能自動的感知特殊情況的發生，並傳送到它們的

Coordinator[15]。這些感測器通常以 RISC 架構的 Microcontroller 為核心，擁有相當小 的記憶體空間，並配備 Zigbee RF 天線、相關應用之感測器等。RF 天線的資料，將可 經由 URAT、SPI 等 I/O 介面傳輸至 MCU 進行相對應的處理[15]。

WSN 將 Sensor 分為 FFD(Full Function Device)及 RFD(Reduce Function Device)，其 中 FFD 作為 Router 與 Coordinator 使用，RFD 為 End Device。

Coordinator 為ㄧ個 WSN PAN (Personal Area Network) 的 Root，管理 PAN 內之 Router 與 End Device。通常，Coordinator 會安裝於 Gateway，收集 PAN 下之節點所感 測的資料，經由 UART 將資料傳送至 Gateway 後，將資料彙整送至網際網路。Router 為 WSN 中之中介節點，可以將 End Device 或其他 Router 傳送資料送至 Coordinator。End Device 通常功能比 Router 與 Coordinator 還要弱，無法轉送資料，只能感測資料並傳送 至 Router 或 Coordinator。

2.4 6LoWPAN (IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks)

6LoWPAN [6]是由 IETF 所制定的標準，目的是為了讓 IPv6 網路協議能夠運用在微 型的 Device 上，讓低功耗的設備可連上 Internet 成為物聯網的一部分，該標準通常使用 於 IEEE 802.15.4 ZigBee，或使用其他低功耗通訊協定的 Device 例如，使用 IEEE 802.15.6 Bluetooth Low Energy[16]。6LoWPAN 以 IPv6 為基礎，支援 IPv6 的功能，包括 routing、

auto-configuration、neighbor-discovery、unicast、multicast 和 broadcast 等。在[6]中提到 IPv6 的 MTU(Maximum Transmission Unit)為 1280byte，但是 IEEE802.15.4 只擁有 127byte 的 MTU，因此必須透過分割與表頭壓縮(Header Compression)再由 Gateway 重組使 IPv6 能在 802.15.4 協定下使用。於[17]中提到，[18][19]等整理出兩種 6LoWPAN 封包格式，

分為 Full UDP/IPv6 及 Minimal UDP/6LoWPAN。其中，Full UDP/IPv6 為將完整的 IPv6 Address 和 UDP Header 放入 ZigBee 封包中，因此，如 Fig 1(a). 所示將完整 UDP 與 IPv6 Header 放入 802.15.4 封包後，IPv6 Header 已占用 40Byte 的資料，UDP Header 占用 8byte 資料，因此，Payload 只剩下 53byte 能夠運用。此外，如 Fig 1(b).所示，該圖為壓縮過 後之 6LoWPAN 封包格式，壓縮處理後的 6LoWPAN 封包較適合在 IEEE 802.15.4 協定 傳輸，經過壓縮後，能夠擁有 108 bytes Payload 放置資料。但支援 6LoWPAN 的小型節 點作業系統所送出的 6LoWPAN 封包並不一定完全符合該標準，詳細將於 4.1 節中說 明。

MAC ^FCS

1 byte 53 byte 4 byte

L IPv6 ^UDP Payload

8 byte 40 byte

21 byte

Fig. 1(a). Full UDP/IPv6(64-bit 定址)[17]

MAC ^FCS

2 byte 108 byte 4 byte

L UDP Payload

4 byte 9 byte

Fig. 1(b). Minimal UDP/6LoWPAN(16-bit 定址)[17]

2.4.1 TCP/IP Stack and 6LoWPAN Stack Comparison

本節介紹傳統 TCP/IP Stack 與 6LoWPAN Stack 的差異，如 Fig 2.所示，根據[17]整 理，依照本文的架構再做細微修改。

 Physical 層與 Data Link 層：TCP/IP Stack 支援 IEEE 802.3 Ethernet 而 6LoWPAN 為

IEEE 802.15.4 Zigbee。

 Network 層：6LoWPAN Stack 相較於 TCP/IP Stack 多出了 6LoWAPN Adaptive 層，

用以將 6LoWPAN 格式的封包轉為 IPv6 封包，且 6LoWPAN Stack 並不支援 IPv4。

 Transport 層：因為 6LoWPAN 為有限制的環境，而 TCP 協定中的三方交握等需要

穩定的網路環境，因此，TCP 並不適合使用於 6LoWPAN Stack。

 Application 層：TCP/IP Stack 使用 HTTP 協定，和其他未列出之協定，如 FTP、RTP 等；6LoWPAN Stack 中，CoAP 於 2014 年六月制定完 RFC[8]，於本研究中，CoAP 協定已實作於本研究之 6LoWPAN Node 中，詳細說明將於 2.5 節闡述。

Fig. 2 TCP/IP Stack and 6LoWPAN Stack 比較[17]

2.4.2 SLIP (Serial Line Internet Protocol)

SLIP(Serial Line Internet Protocol)[20]並非是新的技術，早於 1988 年，RFC1055 即 制定完成，SLIP 的制定是為了使點對點傳送的 Serial Line 連接能夠使用 TCP/IP Stack 的協定，最早使用的 Modem 撥接網路即為使用 SLIP 協定的上網方式。於 Contiki 系統 中 SLIP 即被使用來將 6LoWPAN 封包轉為 IPv6 封包。