CC2650 - 6LoWPAN 生态 (1)

嗨大家好 今天我给大家讲 CC2650DK-6LoWPAN 生态系统 首先我们用 谷歌 nest 作为今天这个话题的引入点 当年谷歌收购 nest 花费 32 亿美金 那谷歌到底看中了nest 什么样的技术实力 或者说产品特性 考虑去收购它 其实更多的可以说 谷歌在收购 nest 之后 就开始部署 6LoWPAN 生态系统 我们今天的议程主要有五个方面 首先是 6LoWPAN 的概述和它的优势 第二 谷歌 Thread 和华为 liteOS 的生态部署 第三部分 RESTful 框架的风格 第四部分 6LoWPAN技术分析 第五部分是关于 6LoWPAN 的一些题外话 首先我们来看一下 6LoWPAN 的概述 它是一个低速率的无线个人局域网 LR-WPAN 它是为短距离低速率低功耗无线通信而设计的网络 可以广泛用于智能制造和工业控制等领域 IETF 组织于2004年11月正式成立 IPV6 over LR-WPAN 的工作组 把这个工作组简称 6LoWPAN 也不能说这个工作组 应该说这个IPV6 Over LR-WPAN 是简称为 6LoWPAN 这个工作组呢着手 主要是着手定制 基于 IPV6 的低速无线个人局域网络的标准 及 IPV6 over IEEE 802.15.4 旨在将 IPV6 引入以 802.15.4 为底层标准的无线个域网 目前 IEEE 802.15.4 只规定了物理层 PHY 和媒体访问层 访问控制层 MAC 层的标准 没有涉及到网络层以上的规范 而 IE802.15.4 设备密度很大 迫切的需要实现网络化 同时为了满足不同设备制造商 设备间的互联和互操作性 需要制定统一的网络层标准 IPV6 以其规模空前的地址空间 以及开放性对 WPAN 产生了极大的吸引力 让我们来看一下典型的 6LoWPAN 的拓扑 那这一幅图是来自 TI 官方 6LoWPAN 部分的介绍 我们可以看到我们的 Node 网络里面 这些节点是在 IPV6 的地址部署下 它组成了一个个人的局域网 那我们这个网络就称为 6LoWPAN network 它通过 EDGE Router 那这个可能说每个厂商的叫法不同 有的叫 BR Router 有的叫 EDGE TI 用这种方法来叫它的 这里 IPV4 或者 IPV6 都是可以的 这个就实现到互联网的互联互通 那什么云端等等这样一个结构 那我们来看一下 6LoWPAN 的优势 我为什么要使用 6LoWPAN 首先它是无缝互联的 IPV6 其次即插即用 RESTful 架构这个也决定了它的优秀性 MQTT/CoAP 通用的接入标准 这个是 MQTT 是 IBM 在很多年以前 就发布的一个这样的消息 消息的协议 然后发现资源和服务 发布订阅机制 还有更重要的就是 IETF 国际互联网工程任务组的这样一个通用的标准 继续看 6LoWPAN 的优势 那这幅图也是在 TI 官方的 6LoWPAN 的主页上看到的 开放式 IP 标准 开放标准 包括 TCP UDP HTTP COAP MQTT 和 WebSocket WebSocket 这个也是非常优秀的 然后针对我们这种物联网的末端 是非常适合的 然后端到端的 IP 可寻址节点 无需网关 路由将 6LoWPAN 网络连接到ip 然后他的网状路由可以扩展到一千个节点 自愈能力 mesh 网络 还能够自主休眠 多重 PHY 支持 然后在 TI 这一块 可能说它针对它的无线做了更多的适配 可以多个通信平台之间的使用 那么以太网 wifi802.15.4 Sub-1GHz 的这样一个 ISM 的使用 IP 级别的互操作性 那我们来说接着说一下 RESTful 的构架 那 RESTful 架构是目前最流行的一种 互联网软件架构 它结构清晰 符合标准 易于理解 扩展方便 所以正得到越来越多网站的采用 REST 我看到的英文缩写 它这个词翻译过来的意思是 表现层状态转化即资源的表现层状态转化 如果一个架构符合 REST 原则 我们就称它为 RESTful 架构 而 RESTful 架构的总的来讲就这三点 每一个 URL 代表一种资源 客户端和服务器之间 传递这种资源的某种表现层 通过 PUT/PUSH/GET/DELETE 动作 对服务器端资源进行操作 接着看 IP 如何实现无缝互联 那么 IPV6 以及上面的应用层 然后下面 802.15.4 802.11 wifi Bluetooth 加密的无线 mesh 网络用于互联网产品 我们一点一点看一下 建立在经过验证的现有技术上 也就是说我们这个不是凭空创造出来的 是在已有的现成的技术上 进行了一个高度的应用的总结 第二个 使用 6LoWPAN 与生俱来的 IPV6 那我们就 IPV6 下一代网络的主流 运行在现有的 802.15.4 的芯片上 就说我们不需要 再去开发新的 IC 来支持我们这个协议栈 我们在现有的 其实就是我们经常说的这个 ZigBee 芯片 其实它的底层就是 802.15.4 然后新的安全架构 那我们可以说安全 是物联网发展的一个重中之重的工作 第五点 简单安全的添加删除产品 比如说我的节点可以很方便的添加或删除 这个非常有用 每个网络容量 250 个以上的节点 那这个是比较保守的说法 专为极低功耗的操作 比如说我们可以适用于我们的 低功耗的网络传感网络 最后一点也是非常重要的 关键的基础设施可靠 因为我们是基于 IP 的 那我们现在的世界上这种 IP 的设备已经非常非常的先进和非常非常的可靠 概述 基于 IPV6 轻量级的低延时的 它不是一个全新的标准 现有的 IEEE 和 IETF 标准集 运行在现有的 802.15.4 的产品上 那我们的设备上的节点 可以直接的寻址 灵活的网络充分点到点的所有设备的连接 P2P 的 无单点故障 也就是说我们其中一个节点故障了 那不至于让整个网络瘫痪掉 那也是我们基本的 mesh 网络的特征 低成本的桥接到其他的 IP 网络 也就是说我们的这种 边界路由实现成本很低 同时它可以支持低功耗的睡眠设备 那我们这里引用了 THREAD 也就是谷歌 THREAD 文档中的几个图片 可能说在这个 在我这个胶片中会有很多这样的提示 我们可以看一下它这个 THREAD 的结构 首先底下的 802.15.4 的 MAC 层 上面就是 6LoWPAN 的适配层 然后上面是一个距离向量的路由 距离矢量的路由 那我们再上面就是 UDP 还有 DTLS 我们可以看到对应的这边对应的标准 互联网工作组 已经发展很多年了 像你看到的这些 RFC 的文档都有很多年头了 只不过说在 6LoWPAN 上 去体现出来它的实现它的价值 好我们来看一下应用层 我们的应用提供应用程序所需的基本服务 也就是说我们的应用是依赖于这两个基本的服务 第一 UDP 的消息和应答 组播的通信 那组播这个概念非常重要 就是说我们这个网络的优秀的特性 我们看一下这边的图 然后通过 IP 服务允许使用多个的应用层 也就是说反正我是基于 IP 的 那我的应用上 更多的支持你 COAP HTTP MQTT 等等 而这些应用层不使用 IP 服务将需要适配层 那如果说你没有这个 IP 服务的话 那你就要更多的适配层 工作量会很大 那我们接着来看一下这个网络结构 那这个这幅图也是引用 THREAD 的 THREAD Router 先看看 Router 这样的 End device 还有 Leader Boarder Router 就是我们的边界路由 那我们可以看到这个网络 也是通过这个 去和我们的传统的云之类的服务器进行沟通 那我们看 6LoWPAN 这样一个网络需要主要用来解决哪些问题 下面的几幅图是引自华为的 liteOS 的 那个官方的文档 那同时在这里也是非常适合的 因为这个 liteOS 其实就是 6LoWPAN 更上层的一些综合整合 首先它是一个互联互通的 部署分散 无线覆盖不够 还要解决互通性能 能耗 安全 配置 还有远程操作 我们看到 针对 Home 的公共设施 企业的个人以及我们的车 不同厂家的设备之间基本不可互通 那么其实现行的 Homekit ZigBee Bluetooth 等等 这样的一些现有的协议栈 不容易进行交流 那我们是用规范说话还是用代码说话 其实这个显而易见的 我们的互联网能发展到今天 更多的可能说对于我们的编程人员来讲的话 就是更多的是代码 而不是说需要去看某规范 那我们的 ZigBee Homekit 等等 这些就相当于规范的一种体现 其次我们可以解决 软件开发低功耗的软件开发 我们看到现在低功耗的需求也比较多 比如说公共的仪表 资产跟踪 电子锁 烟雾/二氧化碳的检测 灌溉 安防 传感 消费类电子等等 它是面向 IoT 终端的软件平台 然后就是 LiteOS 的一个结构 我可以在这里看一下 看它运行在哪些设备上 上面的 APP 那 LiteOS 解决了下面的问题 体积小 connectivity 互通互操作 超低功耗 安全简易的配置 和远程控制 它提供了一个轻量级的完整软件栈 基于开源 其实他完全就是 Contiki 的变种 基本上是一样的 因为互联网工作组的标准是统一的 所以说 LiteOS 这东西呢 就跟我们所讲的 6LoWPAN 是同样的东西 只不过华为可能说做了一些其他的事情 进行了一个高度的整合 那么看一下 LiteOS 的一个网络架构 我们看到 M2M 的 Gateway 网关 主要有三类设备 ZigBee 的设备 蓝牙的设备 还有 AllJoyn 这个高通的 他们制定的一个针对 wifi 的这样一个协议 也是也打造了自己的一个生态 我们看到这些设备最后还是到云端 我们主要是一个 gateway 第三方设备的介入 最终是统一到 IP 的 Mesh 自组网 然后看到互通互操作的设计是如何去实现的 那我们可以看这一部分 完完全全的就是 6loWPAN 的结构 同样对于 BT 和 wifi 只要把底层抽象出来 直接上层也是 COAP UDP RPL 基于 IPV6 的 那我们可以看它在 APP 上面 有 APP Plugin 插件 那么这个插件主要用于支持 BLE 和 ZigBee 的这样的一个设备应用的接入 LiteOS 还自带了 BLE 和 ZigBee 的协议栈 所以也是比较优秀的 然后设计原则是遵循现有标准和重用开源组件