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| GB/T 30269.303-2018 |
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信息技术 传感器网络 第303部分：通信与信息交换：基于IP的无线传感器网络网络层规范
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GB/T 30269.303-2018
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有效
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| 标准编号 | GB/T 30269.303-2018 (GB/T30269.303-2018) | | 中文名称 | 信息技术 传感器网络 第303部分：通信与信息交换：基于IP的无线传感器网络网络层规范 | | 英文名称 | Information technology -- Sensor networks -- Part 303: Communication and information exchange: Network layer specification for wireless sensor networks based on IP protocol | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L79 | | 国际标准分类 | 35.110 | | 字数估计 | 139,164 | | 发布日期 | 2018-06-07 | | 实施日期 | 2019-01-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2018年第9号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 30269.303-2018
Information technology--Sensor networks--Part 303: Communication and information exchange: Network layer specification for wireless sensor networks based on IP protocol
ICS 35.110
L79
中华人民共和国国家标准
信息技术 传感器网络
第303部分:通信与信息交换:
基于IP的无线传感器网络网络层规范
2018-06-07发布
2019-01-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 缩略语 3
5 总体描述 4
5.1 概述 4
5.2 协议栈结构 5
6 适配层 6
6.1 概述 6
6.2 帧格式 6
6.3 常量 12
6.4 功能描述 12
7 网络层 24
7.1 概述 24
7.2 服务规范 24
7.3 帧格式 62
7.4 命令帧 68
7.5 常量和NIB属性 107
7.6 功能描述 112
参考文献 136
前言
GB/T 30269《信息技术 传感器网络》分为以下部分:
---第1部分:参考体系结构和通用技术要求;
---第2部分:术语;
---第301部分:通信与信息交换:低速无线传感器网络网络层和应用支持子层规范;
---第302部分:通信与信息交换:高可靠性无线传感器网络媒体访问控制和物理层规范;
---第303部分:通信与信息交换:基于IP的无线传感器网络网络层规范;
---第401部分:协同信息处理:支撑协同信息处理的服务及接口;
---第501部分:标识:传感节点标识符编制规则;
---第502部分:标识:传感节点标识符解析;
---第503部分:标识:传感节点标识符注册规程;
---第504部分:标识:传感节点标识符管理规范;
---第601部分:信息安全:通用技术规范;
---第602部分:信息安全:低速率无线传感器网络网络层和应用支持子层安全规范;
---第603部分:信息安全:网络传输安全规范;
---第701部分:传感器接口:信号接口;
---第702部分:传感器接口:数据接口;
---第801部分:测试:通用要求;
---第802部分:测试:低速无线传感器网络媒体访问控制和物理层;
---第803部分:测试:低速无线传感器网络网络层和应用支持子层;
---第804部分:测试:传感器接口测试规范;
---第805部分:测试:传感器网关测试规范;
---第806部分:测试:传感节点标识符解析一致性测试规范;
---第807部分:测试:低速率无线传感器网络网络层和应用支持子层安全测评规范;
---第901部分:网关:通用技术要求;
---第902部分:网关:远程管理技术要求;
---第903部分:网关:逻辑功能接口技术规范;
---第1001部分:中间件:传感器网络节点接口。
本部分为GB/T 30269的第303部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本部分由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口。
本部分起草单位:重庆邮电大学、中国电子技术标准化研究院、深圳市海思半导体有限公司、深圳赛
西信息技术有限公司、中国电力科学研究院、安徽大学。
本部分主要起草人:魏旻、王恒、卓兰、刘培、苏静茹、姜彤、仝杰、赵博、王平、王浩、余晖、胡艳军。
信息技术 传感器网络
第303部分:通信与信息交换:
基于IP的无线传感器网络网络层规范
1 范围
GB/T 30269的本部分定义了基于IP协议的无线传感器网络的网络拓扑、协议栈结构、网络层及
其适配层协议和服务。
本部分适用于基于IP技术的无线传感器网络的设计和开发。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 15629.11-2003 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 第
11部分:无线局域网媒体访问控制和物理层规范
GB/T 15629.15-2010 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求
第15部分:低速无线个域网(WPAN)媒体访问控制和物理层规范
GB/T 30269.301-2014 信息技术 传感器网络 第301部分:通信与信息交换:低速无线传感
器网络网络层和应用支持子层规范
tion)
RFC3232 分配值:RFC1700被在线数据库取代(Assignednumbers:RFC1700isreplacedby
RFC4944 IPv6消息报文在IEEE802.15.4 网络上的传输:概述、假定前提、问题陈述、目标
ment,andgoals)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
安全等级 securitylevel
信息传输中提供保护应用的指示。
3.2
包 packet
同一时间经过物理媒体,以一定格式发出的一组位。
3.3
断开连接 disconnection
用来取消连接的一种服务。
3.4
度数 degree
节点周围一跳范围内的邻居节点数。
3.5
服务数据单元 servicedataunit
通过服务接入点传输的信息单元。
3.6
一个用于个域网中起主要控制作用的协调器。
注:在一个短程无线网络中,一般宜有一个个域网协调器。
3.7
加密 encryption
把信息转换成另一种表达形式,并且需要特权信息才能恢复原始表达。
3.8
保密性 confidentiality
保证信息只透露给目标客户。
3.9
连接 connection
用来在无线个域网络中创建成员隶属关系的一种服务。
3.10
密钥 key
用于限制未授权用户访问信息内容的特权信息。
注:密钥一般用于保护信息不暴露和/或不被篡改。
3.11
全功能设备 fulfunctiondevice
可以作为中心协调器来使用的设备。
3.12
设备 device
一个可以执行短程无线网络访问控制和作为物理层无线接口的实体。
注:设备可以是一个简化功能设备(RFD)或全功能设备(FFD)。
3.13
协议数据单元 protocoldataunit
两层实体之间交换的数据单元。
3.14
邻居发现 neighbordiscovery
用于同一链路上的节点发现彼此的存在,确定彼此的 MAC层地址,发现路由器,以及维护通向激
活状态邻居的路径的可达性信息。
3.15
网状网络 meshnetwork
一种网络拓扑结构,任何设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和
接收信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ADL:适配层(AdaptationLayer)
AP:访问控制点(AccessPoint)
APL:应用层(ApplicationLayer)
CID:文本标识符(ContextIdentifier)
IP:网际网路通讯协定(InternetProtocol)
ServiceAccessPoint)
FFD:全功能设备(FulFunctionDevice)
NFB:负反馈(NegativeFeedback)
NLDE:网络层数据实体(Network-LayerDataEntity)
NLDE-SAP:网络层数据实体-服务接入点 (Network-LayerDataEntity-ServiceAccessPoint)
NWL:网络层(NetworkLayer)
PHY:物理层(PhysicalLayer)
PIB:PAN信息库(PANInformationBase)
andLossyNetworks)
RS:路由器请求(RouterSolicitation)
SCH:调度头(SchedulingHeader)
5 总体描述
5.1 概述
5.1规定了无线传感器网络对形成网络拓扑提供的支持,并详细地描述了网状网络和树形网络组
成的混合网络,其中无线传感器网络根据支持协议的不同分成了两个对等子网:IPv4/IPv6无线传感器
网络。每个子网可以是一种分布式混合网络结构。在网络运行中,每个路由节点均有消息报文转发功
能。节点完成信息采集后通过路由器转发网关,通过网关接入IPv4/IPv6骨干网。基于IP协议的无线
传感器网络的网络拓扑如图1所示。
图1 基于IP的无线传感器网络拓扑示意图
图1定义了以下4类逻辑功能设备:
a) 网关:负责无线传感器网与IPv4/IPv6骨干网的协议转换与数据映射;
b) 协调器:网络组织的管理者,一个网络只有一个协调器,负责管理其网络中的其他节点(路由
器和子节点);
c) 路由节点:实现数据中转;
d) 终端节点:终端节点是将传感器或执行器接入无线传感器网络的设备。
注:节点泛指路由节点和终端节点。客户端即用户端,是指与服务器相对应,为客户提供本地服务的程序。
IPv4/IPv6骨干网可以是以太网、GB 15629.11-2003定义的网络或是其他标准定义的网络。
IPv4/IPv6骨干网和客户端不在本标准定义范围。
无线传感器网络的协议栈结构是基于OSI模型。每一层都分别为相邻的上一层提供一系列特定
服务(如:物理层为媒体访问控制层提供服务),主要包括数据实体提供数据传输服务和管理实体提供除
数据传输之外的其他各种服务。每一服务实体都通过SAP向其邻居的上一层提供一个接口,每一
SAP都支持不同的服务原语以实现不同的功能要求。
适配层定义了无状态地址自动配置、分片重组、头部压缩、确定性支持等功能。网络层定义了路由
机制及算法,邻居发现服务及网络和设备维护。
5.2 协议栈结构
无线传感器网络协议栈由各层及其模块组成,如图2所示。
图2 协议栈结构
无线传感器网络的物理层和 MAC层应符合 GB/T 15629.15-2010的要求。
无线传感器网络的适配层是在网络层定义的一个中间层,向上提供 MAC层对IP协议访问的支
持,其主要负责无状态地址自动配置、分片重组及网络层报头的压缩和确定性支持。
无线传感器网络的网络层支持节点之间在网络层的路由发现和维护、邻居发现和相关邻居信息的
保存、节点间数据传输机制,以及网络管理和设备的维护等。
6 适配层
6.1 概述
适配层为面向IPv6协议的无线传感器网络的 MAC层提供服务,是网络层中定义的一个中间层,
其向上提供 MAC层对IPv6协议的访问支持,向下实现控制网络构建、拓扑、分片重组、头部压缩、确定
性支持等。适配层帧格式主要针对IPv6协议进行描述。
6.2 帧格式
6.2.1 通用帧格式
适配层帧为MPDU的载荷部分,每个适配层帧由帧头和载荷两个基本部分组成。适配层帧头封装
采用堆栈形式进行,堆栈中按照不同功能需求,由具有不同帧头类型和帧头字段的帧头构成。
适配层通用帧格式包括适配层封装的帧头堆栈和适配层净荷两部分。其中,适配层帧头包括帧头
类型字段和对应的帧头字段。而适配层封装的帧头堆栈被描述为特定顺序字段,按照一定排列顺序,依
次为 Mesh头部、广播头部、分片头部和调度头。如图3所示。
八位位组:1 8/2 1 1 1 3/4 1 2
Mesh头
帧头类型字段
Mesh头
广播头
帧头类型字段
广播头
分片头
帧头类型字段
分片头
调度头
帧头类型字段
调度头
图3 通用适配层帧格式
6.2.2 帧头类型
适配层帧头类型字段为8位,各帧头类型由对应类型字段决定。如表1所示。
表1 帧头类型表
类型字段(8位) 帧头类型 字段含义描述
00xxxxxx NALP
非传感网帧。紧随位不为传感网封装的一部分,任何消息报文值
为00xxxxxx的传感网节点将丢弃这个包。其他希望与传感网节
点共处的非传感网协议,应立即紧随 GB/T 15629.15-2010头
部,包括一个匹配该类型字段的八位位组
01000001 IPv6 后续头部为非压缩的IPv6头部,见6.2.7.2
01000010 HC1 后续头部为采用 HC1压缩的IPv6头部,HC1压缩见6.2.7.3
01010000 BC0 后续头部为支持 Mesh广播/多播的BC0头部。BC0头部见6.2.4
01111111 ESC
后续头部为附加的消息报文字段,消息报文值的单一8位字段。
其允许消息报文值大于127
10xxxxxx Mesh 后续头部为 Mesh网状头部,见6.2.3
11000xxx FRAG1 后续头部为第一个分片头部,见6.2.7.5或6.2.7.9
11100xxx FRAGN 后续头部为后续分片头部,见6.2.7.5或6.2.7.9
01000000~01111111 IPHC IPv6压......
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