如何統一家庭內部異構網絡？6LoWPAN是個好選擇
Part 01
6LoWPAN是什么
為了使低速無線設備接入互聯網， 通常需要增加一個中間節點，中間節點通過應用層程序，進行數據翻譯和轉發。隨著萬物互聯時代的到來，家庭智能硬件越來越多，通過這種方式，數據需要層層拆封，翻譯，組裝，轉發，導致中間節點負荷過高，數據轉發效率很低，且在不同異構網絡間（比如Wi-Fi、ZigBee、BLE）通信時，中間節點需要支持多種協議，開發難度較大。隨著IPv6的普及，基于低速無線局域網構建IPv6協議棧的6LoWPAN技術應用成為一種趨勢，此方案中，每一個低速設備分配一個唯一的IP地址，在數據傳輸階段，中間節點僅變成一個網絡通道，不再依賴應用層程序，不再需要關心應用層數據，只需要在網絡層進行報文的路由和轉發，從而使得家庭內部異構網絡的鏈路層之上完全統一起來。
圖1 異構網絡拓撲圖之間加入中間節點
6LoWPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network)， 是一種基于IPv6的低功耗無線個域網標準，即IPv6 over IEEE 802.15.4。它是IETF互聯網領域的一個工作組的名稱。6LoWPAN是一個網絡層協議，定義了封裝和報頭壓縮機制，允許通過IEEE 802.15.4的低速網絡，發送和接收較大IPv6數據報文。
Part 02
6LoWPAN方案有哪些優勢
? 數據可達性及傳輸效率高：每一個BLE設備都有一個唯一的IP，支持端到端IP尋址，只需要一個路由器即可將數據通過中間節點多跳轉發到目標節點；并且不是每一幀數據都到應用層，轉發效率更高。
? 支持跨域互訪、更多的地址空間和無狀態自動地址配置：因為IPv6的應用，可在全網直接定位，無需NAT轉換，不同網段間通信可直接互訪；并且有了海量的地址空間，滿足了部署大規模、高密度低速個域網設備的條件；另外無需路由分配，即可無狀態的自動分配地址。
? 普及性、適用性：IP網絡應用廣泛且IP網絡協議棧架構受到廣泛的認可，對于網絡層及以上的開發者，不再需要關心具體鏈路層的協議，而單純當做一個IP設備來進行管理，開發簡單且開發效率更高。
? 支持低功耗：在6LowPAN網絡中，葉子節點可以睡眠進入低功耗。
? 靈活度大：其為物理層提供了全面的支持，在不同頻帶和物理媒介上構建網絡提供足夠的自由度。
Part 03
基于BLE之上的構建6LoWPAN的原理
BLE網絡作為一種低速無線個域網，BLE設備接入互聯網以及BLE網絡與其他異構網絡之間通信，一直是業界廣泛關注的問題。下面，小編就以6LowPAN技術在BLE網絡的應用為例，來說明6LowPAN的原理。
圖2 基于BLE的6LoWPAN端到端數據通信協議模型
如圖2，BLE設備與網關建立鏈路層及L2CAP連接之后的端到端數據通信協議模型，對于一個節點，與網關建立連接之后，發送數據時應用層將構建一個普通的IP數據包，發送到網絡層，網絡層收到數據后，將其路由到一個虛擬網絡設備（B）進行6LoWPAN分片、封裝，然后一個個轉發到藍牙協議棧，進行L2CAP封裝，最后通過BLE鏈路層發送出去。
接收數據時，BLE鏈路收到數據，移除L2TP頭，然后路由到虛擬網絡設備（B）進行6LoWPAN解封、組裝，恢復出IPv6原始報文，然后轉發到標準IP網絡層。
Part 04
● Linux系統上如何基于BLE構建6LoWPAN ●
由于Linux 內核早期就已經支持藍牙協議棧，3.2內核主線版本加入了對6LowPAN的支持，然后隨著藍牙4.0發布之后，低功耗藍牙BLE的誕生，藍牙4.2發布，BLE開始支持6LoWPAN，所以在linux系統上，基于BLE構建6LoWPAN變得十分容易。
本節，作者將使用兩臺ubuntu PC+兩個BLE藍牙dongle，手把手帶大家學習如何在linux系統上，基于BLE構建6LoWPAN，最后通過BLE鏈路，完成兩個BLE設備之間的IP報文的交換，以此驗證6LoWPAN是否成功構建。
注意：本實驗中，Ubuntu版本使用14.04，其中內核版本使用3.8.4；BLE藍牙dongle使用CSR8510 BT5.0版本。
4.1 BLE從機配置
1）、確認系統上藍牙驅動安裝成功
圖3 從機上藍牙設備詳細信息
2）、加載支持BLE的6lowpan內核模塊
注：若系統中不存在此內核模塊，請重新配置并編譯內核。
3）、開啟6lowpan功能，并讓藍牙設備多路復用支持此新協議
4）、作為從機，開啟廣播通告，周期的向周圍廣告廣播數據
4.2 BLE主機配置
1）、確認系統上藍牙驅動安裝成功
圖4 主機上藍牙設備詳細信息
2）、加載支持BLE的6lowpan內核
3）、開啟6lowpan功能，并讓藍牙設備多路復用支持此新協議
4.3 BLE主機掃描并連接從設備
1）、掃描設備，獲取從設備的mac地址
2）、連接從設備
其中1，是藍牙地址類型，1表示公共地址；2表示隨機地址。
8C:88:2B:42:3F:17是第一步中獲取的從設備MAC地址。
3）、如何判斷設備連接成功
一旦6lowpan建立成功，則在主從機上敲ifconfig命令，將會發現系統多出一個名為bt0的虛擬網絡設備。
如下所示：
從機網口
圖5 從機上bt0虛擬網絡設備信息
主機網口
圖6 主機上bt0虛擬網絡設備信息
4.4 從機使用ping命令，驗證兩個BLE之間的IPv6連通性
圖7 主從機之間ping6通信
可見，主從機之間已經可以通過BLE鏈路交換IPv6的報文；由此可知，在linux系統上，基于BLE構建6LoWPAN是成功的。
4.5 連接成功/失敗的內核日志
在執行連接操作時候，通過tail -f /var/log/syslog 進行內核日志查看。
4.6 BLE主機主動斷開連接
Part 05
總結
綜上，在linux系統上，基于BLE構建6LoWPAN十分容易，基于其他低速無線局域網構建6LoWPAN原理相同。所以在多個異構網絡之間，通過構建6LoWPAN，讓家庭內部異構網絡之間的鏈路層之上完全統一起來，具有很強的可操作性。相信隨著萬物互聯的到來，隨著IPv6的普及，6LoWPAN在家庭網絡中的重要性將會更加顯現，應用性會更加廣泛。
