物联网基础设施与服务发现协议解析

### 物联网基础设施与服务发现协议解析 #### 1. 物联网业务层概述 物联网涵盖了智能建筑或家庭、智能生活、智能交通和智能工业等多个领域。在物联网体系中，业务层起着至关重要的作用。它负责对所有物联网活动和服务进行全面管理，利用从网络层接收的数据构建各种组件，如业务模型、图表和流程图等。同时，业务层还承担着设计、分析、实施、评估和监控物联网系统需求的职责，具备运用大数据分析支持决策活动的能力，并通过比较实际输出与预期输出，来提升服务质量。 #### 2. 物联网协议架构分类 物联网生态系统各层通信所使用的各种协议可进行如下分类： | 协议类别 | 具体协议 | | ---- | ---- | | 基础设施协议 | RPL、6LoWPAN、IPv4/IPv6、IEEE 802.15.4、LTE - A、EPCglobal、Z - Wave | | 服务发现协议 | mDNS、DDS、CoAP、AMQP、MQTT、MQTT - SN、XMPP、HTTP REST、DNS - SD | | 应用层协议 | 之前章节已涵盖 | #### 3. 基础设施协议详解 ##### 3.1 RPL 路由协议 RPL（Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks）是一种用于低功耗有损网络的 IPv6 协议。低功耗有损网络包括无线个人区域网络（WPANs）、低功率线通信（PLC）网络和无线传感器网络（WSNs），这些网络具有优化和节能、支持非单播通信流量模式以及在帧大小受限的链路层上运行路由协议的能力。 RPL 旨在通过在有损网络上构建高度健壮的拓扑来满足最小路由需求，支持多点到点、点到多点和点到点等多种流量模型。网络中的设备连接方式确保无循环，通过构建以单一目的地为路由的目的地导向无环图（DODAG）来实现。每个 DODAG 节点知道其父节点，但不了解其子节点。RPL 会维护从每个节点到根节点和首选父节点的至少一条路径，以提高性能。 RPL 使用四种重要的控制消息来维护路由拓扑和更新路由信息，具体如下： | 序号 | 消息名称 | 描述 | | ---- | ---- | ---- | | 1 | DODAG 信息对象（DIO） | 用于保持节点的当前等级，根据特定指标确定每个节点到根节点的距离，并选择首选父路径 | | 2 | 目的地广告对象（DAO） | 用于向节点的选定父节点单播目的地信息，帮助 RPL 维护上下行流量 | | 3 | DODAG 信息请求（DIS） | 特定节点用于从另一个可达相邻节点获取 DIO 消息 | | 4 | DAO 确认（DAO - ACk） | 作为对 DAO 消息的响应，由 DAO 接收节点（如 DAO 父节点或 DODAG 根节点）发送 | DODAG 的形成过程为：根节点通过 DIO 消息向所有低功耗有损网络（LLN）级别发送其位置信息，各层路由器为每个节点注册父路径和参与路径，节点传播其 DIO 消息，逐步构建 DODAG。构建完成后，路由器为每个节点获取的首选父节点将被设置为通往根节点的默认路径。根节点还可在其 DIO 消息中存储其他路由器 DIO 获得的目的地前缀以实现上行路由，路由器通过向根节点单播 DAO 消息来支持下行路由。 RPL 路由器有非存储和存储两种操作模式。在非存储模式下，RPL 路由消息基于 IP 源路由向下层移动；在存储模式下，下行路由基于目的地 IPv6 地址。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(DODAG 根节点):::process -->|DIO 消息| B(路由器 1):::process B -->|DIO 消息| C(节点 1):::process B -->|DIO 消息| D(节点 2):::process C -->|DIO 消息| E(子节点 1):::process D -->|DIO 消息| F(子节点 2):::process C -->|DAO 消息| B D -->|DAO 消息| B B -->|DAO 消息| A ``` ##### 3.2 IEEE 802.15.4 协议 IEEE 802.15.4 协议为低速率无线个人区域网络指定了介质访问控制（MAC）和物理层子层。该协议具有低功耗、低数据速率、低成本和高