集團重點及聯合項目《IPv6無線傳感器網絡的應用研究》開題報告

1、集團重點/聯合科研項目 “IPv6無線傳感器網絡的應用研究”開題報告一、項目編號：2010_LH_01 二、項目名稱：IPv6無線傳感器網絡的應用研究三、聯合研究項目組：聯合項目組成員單位成員單位負責人負責人聯系方式（手機和郵箱）深圳公司（牽頭單位）XX（協(xié)助單位）XX（協(xié)助單位）Xx公司（協(xié)助單位）四、課題背景和意義： 1、課題背景下一代Internet協(xié)議-IPv6能夠提供海量地址，與IPv4相比，IPv6還具有地址空間編址管理、分組處理效率高、對移動性、安全性以及QOS的支持等諸多明顯優(yōu)勢。1) IPv6可以解決海量地址的需求IPv6可以提供大量IP地址，解決大量終端的IP接入需求， I

2、Pv6的重要應用領域是移動通信網和固定寬帶，可以滿足海量移動終端的數據和基于IP多媒體業(yè)務的需求。2) IPv6簡化網絡結構，提高服務質量引入IPv6，網絡將變得更加簡化，將能為用戶提供更高效的服務質量。接入層主要完成多種不同類型的用戶的接入，同時為了實現用戶的可管理、可運營，接入設備還應支持多種方式的用戶認證和計費，并可根據用戶的不同需求提供相應的服務（如CAR、Qos等），同時為了保證網絡的安全性，接入設備還提供了安全防護功能，IPv6的引入可以從根本上解決此類問題，3) 基于IPv6的無線傳感器網絡將公司業(yè)務發(fā)展重點2009年11月3日，溫家寶總理發(fā)表了題為讓科技引領中國可持續(xù)發(fā)展的講話

3、。溫總理指出，搶占五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)制高點，要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發(fā)。中國移動總裁王建宙多次提及，物聯網將會成為中國移動未來的發(fā)展重點。物聯網是由大量無線傳感器構成的，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新型網絡。 無線傳感器與IPv6具有天然結合的優(yōu)勢，又是目前的研究應用熱點。4) IPv6無線傳感器網絡是一種新興的網絡形態(tài)它把IPv6技術融入無線傳感器網絡，不僅能解決無線傳感器網絡間、無線傳感器網絡與Internet間的互連互通問題，同時解決了無線傳感器網絡固有的缺點，如需要數量

4、巨大的地址資源、需要實現有效地址管理機制、缺乏應有的安全機制等問題。2、項目的意義通過本次項目，以寬帶接入為目標，大力拓展IPv6相關應用，可以推動基于IPv6的多種技術的成熟，加速基于IPv6業(yè)務的試商用，為公司業(yè)務的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。1) 有助于將來開拓潛在市場和拓展新型業(yè)務有助于公司開拓IPv6無線傳感器網絡在移動通信領域潛在的市場和新型業(yè)務。該業(yè)務可以廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、數字城管、數字水務、公車追蹤、敏感車輛如運鈔車警車等監(jiān)控、犯人及犯罪行為監(jiān)控、森林防火、海洋監(jiān)控、敏感文件追蹤、物流監(jiān)控管理、車輛管理、手機票務、學生監(jiān)控等領域或行業(yè)；通過開拓新型業(yè)務，可為中國移動公司實現

5、數據業(yè)務收入增加、集團客戶信息化業(yè)務收入增加、客戶增加以及客戶捆綁等。2) 有利于業(yè)務應用的開發(fā)和部署基于IPv6的永久在線特性，為點對點應用提供了理想的環(huán)境，例如互聯網電話（VoIP）和多媒體文件交換。由于IPv6提供了真正的點對點通訊，之間不需經過地址轉換設備（NAT/NAPT）轉換為公網IP，有利于點對點類應用的開發(fā)和部署。3) 提高網絡的安全性。隨著IP網絡的發(fā)展，網絡安全性也愈發(fā)重要，特別對于公眾網來說，網絡的安全將會直接影響到網絡的穩(wěn)定性，同時也直接影響到公眾網絡所能夠為用戶提供的SLA，IPV6在安全方面具有先天優(yōu)勢，其本身天生對IP包的頭部進行了加密。利用IPv6先天優(yōu)勢，基于

6、IPv6的接入設備可易于實現用戶隔離和控制、防火墻等一系列功能，以提高公眾網絡的安全。4) Ipv6傳感器網絡可實現端到端應用基于Zigbee協(xié)議的傳統(tǒng)無線傳感器網絡無法實現諸如遠程監(jiān)控等端到端的IP應用；而基于IPv6的無線傳感器網絡可以使得無線傳感器易于接入其它基于IP技術的網絡及下一代互聯網，實現端到端應用。五、課題研究內容：本課題主要研究包括下列內容：1. 無線傳感器網絡應用的制約因素無線傳感器網絡技術的實際應用過程中，主要存在著以下制約因素：(1)成本：傳感器網絡節(jié)點的成本是制約其大規(guī)模廣泛應用的重要因素，需根據具體應用的要求均衡成本、數據精度及能量供應時間。(2)能耗：大部分的應用

7、領域需要網絡采用一次性獨立供電系統(tǒng)，因此要求網絡工作能耗低，延長網絡的生命周期，這是擴大應用的重要因素。(3)移動性：在某些特定應用中，節(jié)點或網關需要移動，導致在網絡快速自組上存在困難，該因素也是影響其應用的主要問題之一。(4)規(guī)?；瘧茫簩τ诖笠?guī)模的無線傳感器網絡，節(jié)點數目眾多，需要使用IPv6進行編址。這樣就產生了一系列的通信、協(xié)議以及網絡穩(wěn)定性的問題和研究內容。此外還有微型化、定位性能、硬件安全等方面的制約因素，總體而言，影響無線傳感器網絡實際應用的因素很多，而且也與應用場景有關，需要在項目研究中，總結這些制約因素，并提出克服這些因素的解決方法，使無線傳感器網絡可以應用到更多的領域。2.

8、 基于IPv6無線傳感器網絡的網絡通信協(xié)議族構建重點研究針對特定應用場景的Ipv6無線傳感器網絡的網絡通信協(xié)議族的優(yōu)化策略，以及具體通信協(xié)議棧實現的裁剪適配策略。協(xié)議族構建主要集中在網絡層和傳輸層。(1)網絡層協(xié)議：即路由協(xié)議的研究，路由協(xié)議分為平面和集群兩種，平面協(xié)議節(jié)點地位平等，簡單易擴展，但缺乏管理；集群路由即分簇為簇首和簇成員，便于管理和維護，研究的熱點是集成兩種路由方式的優(yōu)點。(2)傳輸層協(xié)議：研究提供網絡可靠的數據傳輸和錯誤恢復機制。3. 應用層支撐技術Ipv6無線傳感器網絡中的涉及兩類重要的應用支撐技術：時間同步和節(jié)點定位(1)時間同步：針對網絡時間同步要求較高情況的應用，例如基

9、于TDMA的MAC協(xié)議和特殊敏感時間監(jiān)測應用，要求網絡時間同步。(2)定位技術：針對節(jié)點定位要求較高情況的應用，基于少數已知節(jié)點的位置，研究以最少的硬件資源、最低的成本和能耗定位節(jié)點位置的技術。4. 傳感器節(jié)點的拓撲部署在Ipv6無線傳感器網絡的部署中,節(jié)點間的檢測區(qū)域會出現交疊,導致在某些區(qū)域存在大量的冗余節(jié)點,既浪費節(jié)點的有限能量,又占用了網絡信道;另一方面在其它部分區(qū)域會出現盲點,使該區(qū)域不能被節(jié)點檢測到,使網絡的可信度和可靠性降低。無線傳感器網絡不僅需要考慮覆蓋問題,還必須保證節(jié)點間的連通性。由于節(jié)點部署后可能面臨不可預料的失效,僅僅保證1-連通不能有效地解決這個問題。針對上述問題,本

10、項目將對覆蓋部署模型和拓撲控制方法進行研究,具體工作體現在以下幾個方面: (1)對覆蓋控制算法問題進行研究,重點分析了區(qū)域覆蓋和柵欄覆蓋兩類問題,為后續(xù)的網絡拓撲結構優(yōu)化策略提供了依據。(2)考慮無線傳感器網絡的覆蓋控制優(yōu)化、感知模型的影響、約束條件以及節(jié)點利用率等方面因素,擬提出一種基于Voronoi圖的優(yōu)化解決方案,實現全覆蓋和至少2-連通性。感知范圍可以用數學思想抽象為包含每個節(jié)點的Voronoi多邊形集合,節(jié)點與Voronoi部分存在1對1的映射關系,求相應Voronoi圖面積的最大值,來估算網絡中所用節(jié)點的最小值,以減少網絡開銷。 (3)針對監(jiān)測區(qū)域中的邊界節(jié)點感知冗余問題,探討基于

11、邊界的覆蓋優(yōu)化方案。5. 路由算法無線網絡使用廣播的方法來進行路由，導致網絡中冗余信息過多，一條信息容易傳播到網絡中的所有節(jié)點，造成帶寬的能量的不必要浪費。在特定應用場景中，根據Ipv6的尋址方式，解決Ipv6無線傳感器網絡中路由算法研究需要解決最重要的任務有兩個：一是減少數據傳輸的范圍，二是減少對能量的浪費。針對第一個目標，主要是使用傳感器節(jié)點自身的地址信息作為參考，信息傳遞只瞄準目標所在的大概區(qū)域，這樣能夠有的放矢，有效降低數據擴散范圍。針對第二個目標，將在發(fā)送頻率，數據包大小，編碼方式等方面進行研究，如何在保證數據傳輸的前提下，盡量可能的降低路由對能量的消耗。6. 數據匯聚數據匯聚算法相

12、當重要，需要同時考慮效率和負載，并且避免網絡擁塞以及Head of the line問題,主要用于大規(guī)模無線傳感器組網。根據螞蟻的特點，擬采用蟻群算法（Swarming Algorithm）來進行數據匯聚。這種仿生學在網絡學科的應用，具備相當的創(chuàng)新性。7. IPv6無線傳感器網絡和中國移動網絡的結合以及應用場景通過對Ipv6無線傳感器網絡應用制約因素和關鍵技術的研究，結合中國移動現有網絡資源，整理IPv6無線傳感器網絡和物聯網在移動網絡的應用需求分析，并給出IPv6無線傳感器網絡與互聯網（特別是中國移動CNGI試商用網）的結合方案，包括和IPv6/IPv4、TD網絡可能的結合方案,以及相關的實

13、施策略及建議。六、研究成果：1. 完成IPv6無線傳感器網絡的應用研究研究報告一份以Pv6無線傳感器網絡的應用研究研究報告作為本課題的成果之一，該報告將以Ipv6無線傳感器網絡的關鍵技術和建設方案、IPv6無線傳感器網絡與中國移動現網結合的方案和策略等為主要內容。報告的大綱請見附件一。2. 專利通過本項目的研究，擬在IPv6無線傳感器網絡的路由算法方面，提交1項發(fā)明專利申請；3. 論文七、課題分工： 深圳分公司具體負責協(xié)助本項目的開展以及IPv6寬帶接入技術研究研究報告的編制工作。八、計劃進度： 第一階段：2009年12月2010年3月工作內容：進行資料收集、整理，確定研究報告整體框架； 第二

14、階段：2010年4月2010年6月工作內容：開展基于IPv6無線傳感器網絡在制約因素、拓撲部署、通信協(xié)議棧構建、路由優(yōu)化策略等方面的內容研究，以及中國移動開展此業(yè)務的需求分析，擬于提交專利申請1份。 第三階段：2010年7月2010年9月工作內容：深入開展本項目中關鍵技術和算法的研究，在IPv6無線傳感器網絡研發(fā)和演示平臺進行驗證；撰寫項目研究報告 第四階段：2010年10月2010年11月工作內容：完成項目研究報告，項目結題；附件一：研究報告大綱IPv6無線傳感器的應用研究的研究報告，大綱如下：1、項目概述2、IPv6傳感器網絡基本簡介2.1 IPv6及其相關技術2.2 無線傳感器網絡2.3 IPv6在無線傳感器網絡中的應用2.4 物聯網基本概念2.5 小結3、IPv6無線傳感器的國內外研究和發(fā)展現狀3.1 IPv6國內外研究和發(fā)展現狀3.2 無線傳感器網絡國內外研究和發(fā)展現狀3.3 物聯網研究熱點分析及其應用現狀3.4 小結4、IPv6無線傳感器應用場景分析4.1環(huán)境監(jiān)測4.2建筑結構監(jiān)測4.3醫(yī)療衛(wèi)生4.4智能交通4.5軍事領域4.6其它應用場景4.7 小結5、IPv6無線傳感器網絡應用應突破的關鍵技術5.1基于IPv6的網絡通信協(xié)議族構建5.2網絡管理5.3應用層支撐技術5.4傳感器節(jié)點的拓撲部署5.5傳感器