物聯(lián)網(wǎng)與IPv6

1、物聯(lián)網(wǎng)與IPv6摘要：物聯(lián)網(wǎng)由大量的終端設(shè)備組成，它對(duì)標(biāo)識(shí)終端的IP地址需求非常大。該文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)和采用的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了IPv6的特性和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)了IPv6技術(shù)不僅能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的地址需求，還能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、基于流的服務(wù)質(zhì)量保障的需求。 關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)； IPv61.物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)是全球通信領(lǐng)域中一種重要的發(fā)展趨勢(shì)，它將推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)入第三次浪潮，并最終成為引領(lǐng)未來通信發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。自從美?guó)提出智慧地球的理念后，世界各國(guó)家紛紛在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域加快研究開發(fā)和工程化、規(guī)?；瘧?yīng)用的步伐，都將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展計(jì)劃升級(jí)為國(guó)家戰(zhàn)略，美國(guó)的智慧地球、日本的I-Jap

2、an、韓國(guó)的U-Korea、歐盟的歐洲數(shù)字計(jì)劃、中國(guó)的感知中國(guó)等。物聯(lián)網(wǎng)還被譽(yù)為危機(jī)時(shí)代的救世主，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)危機(jī)尚未消退的時(shí)期，許多國(guó)家將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)視為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。1.1物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是由麻省理工大學(xué)提出的。早期物聯(lián)網(wǎng)只是基于RFID技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵發(fā)生了很大的變化?，F(xiàn)在大部分人認(rèn)可的是物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物與物、人與物進(jìn)行的智能化連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單來講就是通過一些關(guān)鍵技術(shù)，用互聯(lián)網(wǎng)將世界上的物體

3、都連接起來，使世界上的物體都可以上網(wǎng)。1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，它主要是通過傳感器、RFID、GPS、二維條形碼等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息采集、物體識(shí)別。它是物聯(lián)網(wǎng)的感覺器官，相當(dāng)于人的五官和皮膚等神經(jīng)末梢。網(wǎng)絡(luò)層主要是通過各種有線、無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速、可靠、安全傳輸和信息的處理。它是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)，即自下而上的傳輸感知信息，又自上而下的傳輸控制指令。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分，主要是對(duì)采集后的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、存儲(chǔ)、智能分析等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用。應(yīng)用層分為應(yīng)用支撐子層和應(yīng)用服務(wù)子層，應(yīng)用支撐子

4、層主要用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享和互通。應(yīng)用服務(wù)子層負(fù)責(zé)為用戶提供智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能電力等各種服務(wù)。1.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)和納米技術(shù)。射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無須識(shí)別系統(tǒng)與目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，以RFID為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)，可構(gòu)成一個(gè)由大量閱讀器和移動(dòng)的標(biāo)簽組成連接互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)。傳感網(wǎng)絡(luò)是以感知為

5、目的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。從技術(shù)上講，傳感網(wǎng)即隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。借助內(nèi)置的傳感器感知測(cè)量周圍的熱、力、光、電、聲、位移等信號(hào)，為網(wǎng)絡(luò)的傳輸、分析、處理提供原始數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器正逐步向微型化，智能化發(fā)展。智能技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)就是要賦予物體智能，可以實(shí)現(xiàn)人與物體的交流，甚至是物體與物體的對(duì)話。智能技術(shù)就是在物體中植入智能系統(tǒng)，是物體具備智能性，能夠主動(dòng)或者被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通。納米技術(shù)納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1-100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)使用傳感器探測(cè)物體物理狀態(tài)，納米技術(shù)就

6、意味著物聯(lián)網(wǎng)中越來越小的物體能夠進(jìn)行交互和連接。2. 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)IP地址的需求物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，最終將自然而然的融入到人們的日常生活，實(shí)現(xiàn)人人、時(shí)時(shí)、處處、事事的信息通信服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的終端是多種多樣的，小型化、智能化和低成本是物聯(lián)網(wǎng)的必然需求，此外物聯(lián)網(wǎng)是任何物體都需要在網(wǎng)絡(luò)中被尋址，所以物體就需要一個(gè)地址，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要龐大的地址空間來支撐。目前全球因特網(wǎng)都采用的是TCP/IP協(xié)議簇，IP是TCP/IP協(xié)議簇中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。IPv4是IP協(xié)議的第四版，是廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基石的協(xié)議。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，IPv4弊端日益明顯，2011年2月3日，管理全球網(wǎng)址的IANA（The In

7、ternet Assigned Numbers Authority）組織宣布已分配完畢所有的IPv4地址。IPv4地址枯竭，中國(guó)將受到巨大影響，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)國(guó)家依然擁有相對(duì)充裕的地址庫(kù)存，但是中國(guó)庫(kù)存量很少，加之中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)用戶不斷增加的勢(shì)頭迅猛，即將出現(xiàn)較嚴(yán)重的網(wǎng)址稀缺問題。3. IPv6概述IPv6是IETE設(shè)計(jì)用來替代IPv4協(xié)議的，IPv6產(chǎn)生的最根本、最直接的原因就是解決IPv4協(xié)議的不足，在IPv4協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，滿足發(fā)展需要。3.1IPv6地址空間IPv6中IP的地址長(zhǎng)度為128比特，地址范圍從0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000到ff

8、ff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff，有2約（3.410）個(gè)地址，按世界人口60億計(jì)算，每人將擁有5.7個(gè)IP地址。IPv6從根本上解決了地址緊缺的問題，這種強(qiáng)大的地址空間完全可以滿足物聯(lián)網(wǎng)的需要，每件物品都可以直接編址，確保了物聯(lián)網(wǎng)中端到端連接的可能性。3.2簡(jiǎn)化的報(bào)頭和擴(kuò)展性IPv6的報(bào)頭由一個(gè)基本首部和多個(gè)擴(kuò)展首部構(gòu)成，IPv6報(bào)頭的長(zhǎng)度固定不變，不需要消耗過多的內(nèi)存容量，采用更合理的分段方法，更方便與采用硬件來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，使路由加快數(shù)據(jù)處理速度，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量。3.3IPv6的安全性IPSec是一套用于保護(hù)IP通信安全的此協(xié)

9、議，它的主要功能是在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)數(shù)據(jù)分組提供加密和鑒別等安全服務(wù)。在IPv4中，IPSec為可選項(xiàng)，在IPv6協(xié)議簇中它是強(qiáng)制的一部分。IPv6內(nèi)置的安全報(bào)頭使端到端、網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的通信加密和驗(yàn)證更加容易實(shí)現(xiàn)。通過提供的唯一地址與嵌入式安全，IPv6能夠提供訪問控制、數(shù)據(jù)完整性和機(jī)密性等端到端服務(wù)的同時(shí)，減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。3.4IPv6的聯(lián)網(wǎng)方式IPv6是即插即用的聯(lián)網(wǎng)方式。IPv6的內(nèi)置地址自動(dòng)配置功能使大量的IP物聯(lián)網(wǎng)終端不需要任何手動(dòng)配置就可以輕松的發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，獲得新的，全球唯一的IPv6地址。這也滿足了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等服務(wù)對(duì)即插即用自動(dòng)配置和地址重新編號(hào)的需求。3.5IPv6的

10、移動(dòng)性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中除了需要物與物之間在任何時(shí)間以任何方式互聯(lián)以外，還需要能在任何地點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián)，各種移動(dòng)終端要求在網(wǎng)間切換時(shí)不必脫離現(xiàn)有連接可自由移動(dòng)。IPv6內(nèi)置自動(dòng)配置獲取轉(zhuǎn)換地址，無需代理，它的移動(dòng)性能夠支持滿足物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用。3.6Ipv6的服務(wù)保障基于IPv4的Internet在設(shè)計(jì)之初，采用的是盡力而為（Best Effort）的服務(wù)質(zhì)量傳輸，這種服務(wù)質(zhì)量（QOS）是無保證的。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體等業(yè)務(wù)的增加，對(duì)傳輸延時(shí)和延時(shí)抖動(dòng)有了嚴(yán)格要求。IPv6報(bào)頭中的業(yè)務(wù)級(jí)別和流標(biāo)記通過路由器的配置可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制和QOS保障。屬于同一傳輸流的需要特別處理和需要服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)包，可以通過流標(biāo)簽標(biāo)記。增強(qiáng)的QOS不僅能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性、優(yōu)先級(jí)等需求，還可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)傳輸需求的特點(diǎn)，對(duì)待不同服務(wù)，合理的分配帶寬。4.結(jié)束語(yǔ)基于互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正在迅猛發(fā)展，從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的傳感器終端，到接入層設(shè)備，到骨干傳感網(wǎng)絡(luò)，到智能應(yīng)用服務(wù)器，再到各類客戶端，IPv6帶來的巨大地址空間和端到端的通信特性為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的通信網(wǎng)絡(luò)條件和能力拓展。IPv6具有很多適合物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的特性，必將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用