基于Contiki和有源RFID的设备管理系统的实现_1.docx
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1、基于Contiki和有源RFID的设备管理系统的实现0引言随着物联网技术的不断发展,物联网成为了继互联网之后网络技术发展的又一次高潮,物联网技术正在实现网络技术的最后一公里人与物的连接、物与物的连接。在物联网发展的技术框架下又有WSN和RFID两种主要技术,并出现了许多将这两种技术融合的方式1,通过结合两种技术的优点,可以提高融合系统在特定应用下的功能2。在众多应用领域中,实现人对大量物品管理和监测是非常重要的一种应用需求。本文采用WSN节点和RFID阅读器融合的方式1实现了一种设备管理系统,将Contiki无线传感器网络协议栈和国家军用2.45G空中接口协议6(国军标)相融合,实现了具有RF
2、ID标签收集功能的网络节点,以及基于LWIP和Contiki操作系统的边缘路由器和基于国军标的RFID标签。1系统总体设计该系统分为边缘路由器、阅读器节点、RFID标签三大部分,如图1所示。边缘路由器有自己对外的IPv4地址和对内部网的IPv6地址,内部网络是以边缘路由器为根的簇状网络,边缘路由器负责IPv4协议到IPv6协议的转换以及数据的汇聚和传输。内部IPv6簇状网络是一个多跳网络,阅读器节点可以作为中继节点或者末端节点。阅读器节点和标签之间的通信遵循国军标。用户通过Web中间件访问本系统。2边缘路由器设计2.1硬件设计和Contiki操作系统的移植边缘路由器硬件结构如图2所示,分为三部
3、分:LPC4337的主处理器、以太网控制器和支持802.15.4的CC2520射频模块。本系统使用eclipse和gcc编译器搭建的开发环境,边缘路由器、阅读器节点和RFID标签三者的开发可以同时在Contiki源码目录下进行。由于LPC4337处理器并没有得到Contiki系统的支持,所以必须将Contiki系统移植到边缘路由器平台。Contiki系统组成如图3。Contiki系统移植4需要准备启动文件、链接脚本、底层驱动库文件和用于工程管理的makefile文件。图4所示为移植系统的存储布局。在FLASH中,从开始依次是中断向量表、代码段、只读数据段、初始化数据段。启动程序将初始化数据段搬
4、移到SRAM1的相应位置,SRAM1开始部分空间保留给栈,将未初始化数据段BSS的存储内容清0。所有程序段的起始地址在链接脚本中指定。2.2LWIP协议栈和Contiki协议栈的融合边缘路由器的主要功能是完成IPv4到IPv6的协议转换。本系统使用LWIP协议栈接入外界网络,Contiki协议栈运行IPv6,使用代理服务器的方式完成协议转换。图5所示为边缘路由器协议栈,右边部分为Contiki协议栈,左边部分为LWIP协议栈。Contiki协议栈的组成由下往上依次为802.15.4射频物理层、Contikiradiodutycycle层、802.15.4链路层、6LoWPAN适配层、IP层(I
5、Pv6)、TCP/UDP/ICMPv6层,最后是上层基于ICMPv6的RPL路由协议和其他应用。LWIP协议栈是支持以太网链路层的标准TCP/IP协议栈。Contikiradiodutycycle层是Contiki操作系统中为了实现节点的低功耗而加入的一层,由于边缘路由器需要较高的处理能力并且是电源供电,所以边缘路由器协议中的这一层是关闭的。6LoWPAN5适配层完成IPv6包头的压缩和解压以及数据包的分片和重组。应用层的代理服务器负责协议的转换。客户与代理服务器通过TCP连接,代理服务器与网络中的节点在约定的端口上使用UDP通信。用户连接代理服务器,使用获取网络节点命令获取网络中可达节点的I
6、P地址,随后用户可以发起对指定节点的访问。代理服务器接收用户带有指定访问节点IP地址的数据,根据目的节点地址进行数据的转发。用户与代理服务器使用本系统定义的命令格式。如图6所示命令格式,服务码字段一个字节,用来表示当前服务,不同服务期内的命令不能交叠;类型字段一个字节,表示当前的命令类型,不同的命令类型会决定在传输地址之后是否携带附加的命令;地址个数表示在命令扩展部分开始有几个地址。2.3边缘路由器的工作过程边缘路由器和阅读器节点之间通过RPL协议组网,多个Contiki线程通过消息传递的方式相互协作构成边缘路由器代理服务器。使用LWIP的rawAPI和lwtcpserver_process线
7、程构成代理服务器的数据接收和初步解析部分。udp_server_process构成了代理服务器的数据解析与分发部分。边缘路由器和节点之间通过udp通信,udp_server_process作为网络中唯一的udp服务器运行在边缘路由器中。工作过程如图7所示。只有当边缘路由器和节点组网完成后用户才能通过代理服务器获得关于网络节点的有效数据。当udp_server_process接收到网络汇聚到的数据包后,通过lwtcpserver_process将数据返回给访问客户端。lwip_process线程用来维持LWIP的正常工作。3阅读器节点的设计阅读器节点硬件使用CC2538SOC芯片,更方便电池供电
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- 基于 Contiki 有源 RFID 设备管理 系统 实现 _1
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