CC2650DK之6LoWPAN生态系统(上)

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

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