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物联网与IPv6

木马童年 2019-6-10 10:25 3 0

  摘要:本文介绍了物联网的基本情况,指出了物联网通信技术发展的瓶颈问题,最后分析IPv6在解决未来物联网通信技术中扮演的重要角色和关键技术。中国论文网 https://www.xzbu.com/8/view-3244792.htm  关键词: ...

  摘要:本文介绍了物联网的基本情况,指出了物联网通信技术发展的瓶颈问题,最后分析IPv6在解决未来物联网通信技术中扮演的重要角色和关键技术。中国论文网 https://www.xzbu.com/8/view-3244792.htm  关键词:物联网;IPv6;地址分配

中图分类号:TP391.44 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 06-0112-01

一、引言

物联网,又称泛在网、感知网,通过传感技术将现实世界的信息互联,使物物联通。其概念包含了两层含义:一、物联网的核心和基础是互联网和传感器,从某种意义上我们可以将它视为互联网的延伸和扩展;二、其用户端可以包括现实世界中的任何物体和信息。整个物联网的概念涵盖了从网络到终端,从应用到服务、从数据采集到智能控制等多方位的技术。

二、物联网的网络环境

根据互联网的层次理论,我们把物联网的架构划分为三层,包括能够全面感知物品信息的感知层、负责通信联络的网络层和最终的应用层。这三个层次为物联网的全方位感知、可靠传送、智能处理提供了重要保障。网络层和应用层所需数据信息全部来源于感知层,这就要求感知层提供的信息必须全面、可靠,数据信息的采集和转换目前主要利用传感器及其互联网络、射频识别技术RFID、GPS短信、红外感应等作为执行设备。

由于感知终端上的采集设备由不同的厂家提供,缺乏统一的协议,因此采集得到的数据也只适用于自家话桑麻,规范集成管理就成了天方夜谭,对应用层的构建提供了大大的障碍。造成这种局面的根本是网络层通信标准的不一致,应用程序的开发都是小作坊式的私营模式。节点之间的码号寻址需求提到了最高层,从国际和国内两个方面看,IPv4地址不足已无论论述。基于这方面的需求,物联网和IPv6产生了广泛的联系。

三、物联网IPv6协议的相关技术

(一)IPv6的扩展编址技术

IPv6的诞生与IPv4的耗竭有直接关系。IPv6采用128bit地址长度,前64位用来表示该地址所属的子网络,称为地址前缀,后64位用来在子网中标识节点,称为接口地址。这样IPv6按照地址位数严格划分地址,而不是像IPv4那样用子网掩码来区分子网号和主机号。同一子网下可以标识264个节点,几乎可以不受限制地提供IP地址,解决IP地址耗尽危机。使每件物品都可以直接编址,从而确保了端到端连接的可能性。

128bit的地址长度提供了海量编址,那么接来下的问题就是如何高效率地分配这些海量地址?IPv6提供了无状态地址分配的方案。这个方案中,网络侧不参与地址的分配过程,终端设备连接到网络中后,通过算法自动生成接口地址,加上前缀地址(FE80),形成节点的本地链路地址,该地址只在相邻地之间通信有效。网络地址转换(NAT)机制引入IPv4的目的很明确,就是为了提高网络区段和地址空间的重复使用率。这种机制无异于画饼充饥,虽然暂时缓解了IPv4地址紧缺的问题,却为网络设备与应用程序增加了处理地址转换的负担,并非解决问题的根本方法。这样,网络侧无需保存节点的地址状态,也不需要维护地址的更新周期,大大简化了地址的分配过程,节省了资源。

(二)IPv6的报头压缩技术

IPv6为了更可靠、更安全地传输数据,双管齐下,软硬兼施。IPv6提供了远远大于64KB的数据包容量,并简化了报头定长结构,采用了较之以前更加合理的分段方式,这样就能大大地提高路由器转发数据的效率。不仅如此,轻装的IPv6数据包封装还可以在低消耗的同时传输更多的数据,从而减少感知层的感知设备的数量,降低开销和能耗。

我们简要分析一下报头压缩技术,报头占整个包长的很大一部分,而报头里面又存在大量的重复信息。在使用IPv6协议的网络中,有很多信息域可以缩减甚至省略。不包含扩展头的IPv6报头一共有40个字节,但是在网络的感知层,IPv6报头中的很多信息可以压缩或者干脆省略,IPv6报头中的各个信息域的压缩方法如下:

(1)Version(4位):版本号,取值为6,此项可以省略。

(2)Traffic Class(8位):流类型,可以采用压缩编码技术进行压缩。

(3)Flow label(20位):流标识,可以采用压缩编码技术进行压缩。

(4)Payload Length(16位):载荷长度,因为IP头长度可以通过MAC头中的载荷长度字段计算得到,故可省略。

(5)Next Header(8位):下一个头,可以采用压缩编码技术进行压缩。

(6)Hop Limit(8位):跳极限,惟一的不可压缩信息。

(7)Source Address(128位):源地址,可以省略掉前缀或者IID。

(8)Destination Address(128位):目标地址,可以省略掉前缀或者IID。

对IPv6报头进行无状态压缩,可以采用6LowPan制定的LOWPAN_HC1和LOWPAN_IPHC算法。其中HC1算法用于使用本地链路地址(Link-local Address)的网络,节点的IPv6地址前缀固定(FE80::/10),IID可以由MAC层的地址计算而来,但是这种算法不可用于LOWPAN网络与Internet互访的应用,原因是无法有效压缩全局的可路由地址和广播地址。LOWPAN_IPHC算法的提出主要是为了解决这个问题,目前LOWPAN_IPHC算法正在IETF 6LowPan进行最后的修订。

(三)IPv6的强制传输机制

作为安全联网的长期方向,IPSec通过端对端的安全性来提供主动的保护以防止VPN与互联网的相互攻击。IPSec在IPv4中为可选项,而在IPv6协议族中则是强制的一部分。IPv6内置的安全扩展包头使网络层的数据传输、加密解密变得更加容易。IPv6通过提供全球唯一地址与嵌入式安全,无论从宏观还是围观的角度,都提供了安全服务的同时,同时又顾全了对网络性能。

IPv6安全机制加强了网络层对安全的责任,从网络层保障物联网通道的安全性,同时协议栈中的安全体系为VPN等安全应用提高了互操作性。

四、结束语

目前由于物联网没有形成统一的感知标准,所以难以大规模互通。IP协议作为互联网的统一标准,肩负着保障物联网长期可持续发展的历史使命,成为了物联网标准研究和技术应用的一种方向。IPv6的诸多特性表明,它将为未来物联网的大规模应用提供基础。物联网的IPv6技术不断地推陈出新、自我修补,期待着未来会有越来越多的网络应用采用IPv6协议,从真正意义上实现世界的联通。美国总统奥巴马提出“物联网经济促进论”,温家宝总理将“感知中国”的中心定在无锡,我们有理由相信,未来物联网的产业规模将远远超越互联网。

参考文献:

[1]陈仲华.IPv6技术在物联网中的应用[J].电信科学,2010,4

[2]梅方权.智慧地球与感知中国-物联网的发展分析[J].农业网络信息,2009,12

[3]黄鹏,杨云志.“物联网”推动RFID技术和通信网络的发展[J].2010,3

[4]Martin Peter Michael.Architectural Solutions for Mobile RFID Services for the Internet of Things,2008

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