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“高萌预警”图解Wi-SUN节点入网流程

2020/04/14

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  Wi-SUN(WirelessSmart Ubiquitous Network)技术基于IEEE 802.15.4g、IEEE 802和IETF IPv6标准的开放规范。Wi-SUN FAN是一种网状网络协议,具有自组网功能和自我修复(self-healing)功能。今天我们主要探讨一下WI-SUN网络中,一个Node的入网流程。


  首先我们明确一下WI-SUN网络中的三种角色,分别是:

  ·Board Router,边缘主节点。

  ·Router Node,具有中继功能的Node。

  ·Leaf Node,没有中继功能的Node。

  后文中我们用Node代指Router Node和Leaf Node。


  如果一个节点要入网,有两个大的步骤,一个是通过广播帧、配置帧等加入这个PAN,二是通过DIO、DAO、DIS等消息选择合适的父节点,加入拓扑。下面主要从这两个步骤解析一个新的Node是如何一步一步加入一个WI-SUN网络的。


  这里首先介绍第一步,

  一个新Node如何加入一个PAN:

  它分为:发送获取广播帧,身份验证,获取配置帧,入网几个步骤(profile中分解为4个状态)。


  在此之前我们先介绍Wi-SUN的链路层中与加入PAN有关的4种帧,分别是:

  ·PA:广播帧,Board Router和在网的Node会发送广播帧,该帧提供了Node从一个或从几个PAN中选择一个进行安全连接所需的最少信息,该帧是明文发送。

  ·PAS:广播请求帧,未入网的Node请求PA的帧,该帧是明文发送。

  ·PC:配置帧,Board Router和在网的Node会发送配置帧,该帧提供了跳频计划列表、组密匙等信息,该帧是加密发送。

  ·PCS:配置请求帧,收到广播帧后但还未入网的Node请求PC的帧,该帧是明文发送。


  步骤1:首先一个新的Node上电后,处于无网络状态,该Node没有关于可用邻居或PAN的信息(也没有信道跳频时间表等等)。为了发现可用的PAN,节点发送PAN广播请求帧(PAS)并侦听PAN广播帧(PA)。

  步骤2:周围已经在网的Node收到这个节点的广播请求帧(PAS)后,便以最快频次发送广播帧(PA)。

  步骤3:新的Node收到广播帧(PA)后,从广播帧中提取数据以此判断自己是否要加入该PAN,其中包含网络名称、路由方式等与自己的设置是否一致。如果收到多个PAN的广播帧,该节点还要计算一个Cost值,选取最优的PAN加入。

  步骤4:一旦选定了某一个PAN,该Node就会开始于这个PAN进行身份验证并获取密匙集,如果无法通过验证,将会恢复到步骤1的无网络状态。注意在这个时候该Node已经可以开始发该PAN的广播帧了。

  步骤5:在通过验证并获取密匙集之后,该新Node开始发送配置请求帧(PCS),向周围Node请求配置帧(PC)。

  步骤6:收到PC帧并成功解密后,该Node就获取了该PAN的所有配置,至此该Node就已经成为了这个PAN中的一员。它将会承担起发送PA帧和PC帧的任务,如果监听到有PAS或者PCS帧,那么它需要以最快频次发送对应的PA或者PC帧。

  至此,该Node已经成为了这个PAN中的一员,但是它的拓扑还未形成,换句话说,这个Node还没有父节点,那么该Node的路由又是如何形成的呢?


  请期待下一章


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