7、contiki系统开发-通过边界路由器PING终端设备的节点-学习（在OpenWrt上实现6lowpan边缘路由器）

本文介绍如何在OpenWrt系统下配置并实现6lowpan边缘路由器功能，通过添加必要的支持使得无线传感器网络能够接入IPv6互联网。

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该博文讲的还是很不错的：

【转自网友“不忘初心”，原网站延迟较严重，就直接贴过来了】

一些概念：

1、OpenWrt是一个功能强大的开源路由器linux系统。用户可以很方便的对其进行定制，优化。在国内外已经建立起了一个很活跃的生态圈。据说国内很火的极路由就是基于OpenWrt系统制作的。 https://openwrt.org/。
2、6lowpan是当前无线传感器网络研究的热门领域，通过对IPv6数据包头进行压缩、解压缩，以及在IP层从添加适用于无线自组网的路由协议RPL。实现了在无线传感器网络中也能直接使用IPv6协议。目前支持6lowpan协议比较好的开源系统有contiki-os和tinyos。在本文中使用的是contki-os。
3、边缘路由器是啥概念？边缘路由器是指将局域网汇接到广域互联网的一种路由设备。具体可参见百度百科：边缘路由器。在本文中实现的是将跑OpenWrt的路由器增加对6lowpan的支持，使其成为6lowpan网络的边缘路由器，最终实现传感器网络节点能够直接通过IPv6访问到互联网。本文仅从应用上说明应该如何做，对于原理性的东西不做深入分析，感兴趣的读者需要自行查找相关知识。

硬件列表：

1、TP-link的路由器，型号为703N。

图上看到的黑色天线是后来DIY上去的。硬件也改为8M的FLASH和64M的RAM。我安装（刷机）的是OpenWrt官方编译的固件点此下载。由于我需要安装Python，8M的FLASH还是不够，因此我通过USB hub连接了一个U盘，把需要安装的软件都装在U盘上了。

运行contiki系统的USB小板。

这个小板上面的两个芯片分别是CC2530无线单片机、CP210x USB转串口芯片。小板上预留了下载口，方便用户升级调试程序。同时提供了一个复位按键和两个用户按键。另外我们也为这个小板提供的抓包固件，可以用于捕获分析802.15.4的空中数据包，这个功能以后会另外介绍。

开始折腾：

1、制作无线传感器网络的根节点固件

首先到contiki官方下载最新稳定版源码，我下载的是2.7版本。官方代码是在linux下开发编译的，这里我将其代码移植到IAR for 8051编译器下，移植到IAR下有个好处就是可以直接仿真调试。contiki支持多个cpu平台，我使用的cc2530平台。移植完成后添加border-router.c 和 slip-bridge.c 文件。为当前工程添加边缘路由器功能支持，添加完成后，该节点将成为6lowpan网络中的根节点，接管其他所有无线传感器网络中向外部请求的IP数据包，并通过串口方式传递给外部处理器（我们这里是OpenWrt系统）。嫌移植麻烦或者不熟悉的朋友建议下载contiki官方提供好的虚拟机（ubuntu）镜像（下载），然后参考官方提供的编译方法在linux系统下编译CC2530目标平台的代码，同样可以生成相同功能的固件。

将程序烧写至USB小板。此时将小板连接至电脑USB口，并打开串口调试助手（57600 8n1），应该可以看到如下信息了：

节点开始不停的打印 “?P” 用来向上级cpu请求网络地址的前缀信息。

2 、为OpenWrt增加IPv6支持和6lowpan支持

先路由器连接上网络，把USB无线小板也连接到路由器上

通过ssh登录到路由：

我们通过opkg 安装所需的软件包：

opkg update

opkkg install kmod-usb-serial-cp210x kmod-ipv6 kmod-tun tunslip6

安装完毕应该就能在 /dev/ 目录下看到ttyUSB0这个设备了，说明USB小板已经成功被系统识别为串口了。

以上安装的 tunslip6 程序，就是用来打通6lowpan无线传感器网络与真实广域网的桥梁。运行时，该程序创建一个虚拟网卡tun0，并打开串口利用slip协议与USB小板通信。说到这里，其实也很容易理解了，tunslip6做的事情实际上很简单： tun0 ip packet<—–>serial data packet。把从根节点发过来的数据包进行解包，写入到tun网卡。如果tun网卡接收到了外界的数据包，则把该数据包发送到串口上。 tunslip6的源码。

以上是简单的原理分析。在shell上运行如下命令：

tunslip6 aaaa::1/64 -s /dev/ttyUSB0 -B 57600

指定网络前缀及串口、波特率。成功运行后，USB小板会自动被分配到aaaa::/64的网络地址前缀。结合小板的64位mac地址形成小板的全球唯一128位IPv6地址。此时shell被tunslip6占用了，不能继续输入。打开另一个终端，输入ifconfig，查看tun网卡是否成功生成：

tun0 Link encap:UNSPEC HWaddr 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
inet6 addr: aaaa::1/64 Scope:Global
UP POINTOPOINT RUNNING NOARP MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:2 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:500
RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:152 (152.0 B)

已经成功了！由于小板的mac地址固化成0×0000000000000001了。结合刚才已经设置的aaaa::/64前缀，则小板的IPv6地址应该是 aaaa::200:0:0:1 这里多了一个2是IPv6协议规定的，暂不管他，知道地址就行了。ping一下吧！

可以看到，已经能ping通这个节点了。当然，因为根节点已经建立了无线网络了，如果这时候加入一个新的节点，也是能够在OpenWrt上直接ping通的。

3、继续改进

以上的tunslip6程序实际上不太好：1、不能指定信道及其他无线传感网的网络参数，2、运行中遇到错误会立即退出，更好的实现应该是做成daemon形式在后台运行，遇到错误自动继续尝试重启服务，尽最大可能保证系统的稳定。鉴于以上几点缺点，我写了个简单的Python脚本，对tunslip6进行了简单的处理。规避了以上提到的 2的缺点，至于指定信道等参数的功能，以后在增加吧。该脚本是把自身变成系统的daemon进程，并调用tunslip6这个应用，监测其是否因为错误退出，若退出则继续调用，直到成功。

# -*- coding: utf-8 -*-
 
import subprocess, sys, os, time
 
def run():
    shellCmd = "tunslip6 aaaa::1/64 -s /dev/ttyUSB0 -B 57600"
    while True:
    '''
    执行命令行，并等待tunslip6退出。实际上tunslip6没有遇到错误之前是不会退出的。
    如果退出，则继续执行命令直到不再退出。
    '''
        try:
            subprocess.Popen(shellCmd, shell=True).wait()
            time.sleep(5)
        except Exception,e:
            pass
 
if __name__ == "__main__":
    try: 
        pid = os.fork() 
        if pid > 0:
            sys.exit(0) 
    except OSError, e: 
         sys.exit(1)
 
    os.chdir("/") 
    os.setsid() 
    os.umask(0) 
 
    try: 
        pid = os.fork() 
        if pid > 0:
            sys.exit(0) 
    except OSError, e:
        sys.exit(1) 
 
    # start the daemon main loop
    run()

如果以上脚本设置为开机启动，那么边缘路由器的功能就能系统启动而驱动了。

最后一个问题：无线网里的设备怎么访问外部的ipv6网络？

要让无线节点也能直接访问互联网，其实仅仅按照前面的方法搭建起边缘路由器是不够的，有细心的读者会发现我设置tunslip6的时候用的前缀是aaaa:: 其实这个前缀是我随便填的，因为我这里的网络没有ipv6的环境，无法在路由上获得ipv6地址。因此我的路由没有访问ipv6网络的能力，6lowpan网络也就更不可能访问到了。如果有ipv6网络支持，并且通过网络管理员获得了一个全球唯一可识别的地址前缀，那么把这个前缀设置给tunslip6应该就可以使无线传感网的节点获得访问互联网的能力了。