IEEE 802.15.4 開發者指南¶

簡介¶

IEEE 802.15.4 工作組專注於標準化底層兩層：媒體訪問控制 (MAC) 和物理訪問 (PHY)。上層主要有兩種選擇：

ZigBee - ZigBee 聯盟的專有協議
6LoWPAN - 基於低速率個人區域網路的 IPv6 網路

Linux-wpan 的目標是提供 IEEE 802.15.4 和 6LoWPAN 協議的完整實現。 IEEE 802.15.4 是一組協議，用於組織低速率無線個人區域網路。

該協議棧由三個主要部分組成

IEEE 802.15.4 層；我們選擇使用普通的 Berkeley 套接字 API，通用 Linux 網路堆疊來傳輸 IEEE 802.15.4 資料訊息，以及透過 netlink 的特殊協議來進行配置/管理
MAC - 提供對共享通道的訪問和可靠的資料傳遞
PHY - 表示裝置驅動程式

套接字 API¶

int sd = socket(PF_IEEE802154, SOCK_DGRAM, 0);

地址族、套接字地址等在 include/net/af_ieee802154.h 標頭或使用者空間包中的特殊標頭中定義（請參閱 https://linux-wpan.org/wpan-tools.html 或 git 樹 https://github.com/linux-wpan/wpan-tools）。

6LoWPAN Linux 實現¶

IEEE 802.15.4 標準規定 MTU 為 127 位元組，一旦啟用安全性，在鏈路吞吐量為 250 kbps 或更低的無線鏈路上，實際 MAC 負載約為 80 個八位位元組。[RFC4944] 6LoWPAN 適配格式被指定用於在這樣的受限鏈路上承載 IPv6 資料報，同時考慮到無線感測器網路等應用中預期的有限頻寬、記憶體或能量資源。[RFC4944] 定義了網格定址標頭以支援子 IP 轉發、分片標頭以支援 IPv6 最小 MTU 要求 [RFC2460] 和 IPv6 資料報的無狀態標頭壓縮（LOWPAN_HC1 和 LOWPAN_HC2），以將相對較大的 IPv6 和 UDP 標頭減少到（在最佳情況下）幾個位元組。

2011 年 9 月釋出了標準更新 - [RFC6282]。它棄用了 HC1 和 HC2 壓縮，並定義了 IPHC 編碼格式，該格式在此 Linux 實現中使用。

與 6lowpan 相關的所有程式碼都可以在檔案中找到：net/6lowpan/* 和 net/ieee802154/6lowpan/*

要設定 6LoWPAN 介面，您需要：1. 新增 IEEE802.15.4 介面並設定通道和 PAN ID； 2. 透過以下命令新增 6lowpan 介面：# ip link add link wpan0 name lowpan0 type lowpan 3. 啟動“lowpan0”介面

驅動程式¶

與 WiFi 一樣，有幾種型別的裝置實現 IEEE 802.15.4。 1) ‘HardMAC’。 MAC 層在裝置本身中實現，裝置匯出管理（例如 MLME）和資料 API。 2) ‘SoftMAC’ 或僅是無線電。這些型別的裝置只是無線電收發器，可能帶有一些加速功能，例如自動 CRC 計算和比較、自動 ACK 處理、地址匹配等。

每種型別的裝置都需要不同的方法才能連線到 Linux 核心。

HardMAC¶

請參閱標頭 include/net/ieee802154_netdev.h。您必須實現 Linux net_device，其中 .type = ARPHRD_IEEE802154。資料透過普通的 sk_buffs 與套接字系列程式碼交換。在 skb 接收時，skb->cb 必須包含額外的資訊，如 struct ieee802154_mac_cb 中所述。在資料包傳輸期間，skb->cb 用於為裝置的 header_ops->create 函式提供額外的資料。請注意，此資料稍後可能會被覆蓋（當套接字程式碼將 skb 提交到 qdisc 時），因此如果您稍後需要 cb 中的某些內容，您應該自己將資訊儲存在 skb->data 中。

要連線 MLME 介面，您必須使用指向 struct ieee802154_mlme_ops 例項的指標填充您的 net_device 的 ml_priv 欄位。欄位 assoc_req、assoc_resp、disassoc_req、start_req 和 scan_req 是可選的。所有其他欄位都是必需的。

SoftMAC¶

MAC 是 IEEE 802.15.4 Linux 堆疊中的中間層。目前，它為驅動程式註冊和從屬介面的管理提供了一個介面。

注意：目前僅支援監視器裝置型別 - 它是用於網路嗅探器（例如 WireShark）的 IEEE 802.15.4 堆疊介面。

此層即將擴充套件。

請參閱標頭 include/net/mac802154.h 和 drivers/net/ieee802154/ 中的多個驅動程式。

偽造驅動程式¶

此外，還有一個驅動程式可用，它使用 SoftMAC（fakelb - IEEE 802.15.4 迴環驅動程式）介面模擬真實裝置。此選項提供了一種無需使用真實硬體即可測試和除錯堆疊的可能性。

裝置驅動程式 API¶

include/net/mac802154.h 定義了以下函式

struct ieee802154_dev *ieee802154_alloc_device(size_t priv_size, struct ieee802154_ops *ops)¶

IEEE 802.15.4 相容裝置的分配。

void ieee802154_free_device(struct ieee802154_dev *dev)¶

釋放已分配的裝置。

int ieee802154_register_device(struct ieee802154_dev *dev)¶

在系統中註冊 PHY。

void ieee802154_unregister_device(struct ieee802154_dev *dev)¶

釋放已註冊的 PHY。

void ieee802154_rx_irqsafe(struct ieee802154_hw *hw, struct sk_buff *skb, u8 lqi)¶

告訴 802.15.4 模組 skb 中有一個新的接收幀，其中包含來自硬體裝置的 RF 鏈路質量指示符 (LQI)。

void ieee802154_xmit_complete(struct ieee802154_hw *hw, struct sk_buff *skb, bool ifs_handling)¶

告訴 802.15.4 模組 skb 中的幀正在或將要透過硬體裝置傳輸

裝置驅動程式必須至少在 IEEE 802.15.4 操作結構中實現以下回調

struct ieee802154_ops {
     ...
     int     (*start)(struct ieee802154_hw *hw);
     void    (*stop)(struct ieee802154_hw *hw);
     ...
     int     (*xmit_async)(struct ieee802154_hw *hw, struct sk_buff *skb);
     int     (*ed)(struct ieee802154_hw *hw, u8 *level);
     int     (*set_channel)(struct ieee802154_hw *hw, u8 page, u8 channel);
     ...
};

int start(struct ieee802154_hw *hw)¶

802.15.4 模組為硬體裝置初始化呼叫的處理程式。

void stop(struct ieee802154_hw *hw)¶

802.15.4 模組為硬體裝置清理呼叫的處理程式。

int xmit_async(struct ieee802154_hw *hw, struct sk_buff *skb)¶

802.15.4 模組為 skb 中要透過硬體裝置傳輸的每個幀呼叫的處理程式。

int ed(struct ieee802154_hw *hw, u8 *level)¶

802.15.4 模組為來自硬體裝置的能量檢測呼叫的處理程式。

int set_channel(struct ieee802154_hw *hw, u8 page, u8 channel)¶

設定無線電以偵聽硬體裝置的特定通道。

此外，還應填寫 IEEE 802.15.4 裝置操作結構。

Linux 核心

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