基于IPv6的物联网

2010-05-0712:35

物联网利用传感器、二维码、RFID等传感技术随时随地获取物体的信息,通过各种传感网络与通信网络的融合,将物体的信息实时准确地传递出去,并利用云计算,模糊识别等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。物联网是实现物与物之间、人与物之间互联的信息网络,能够提供以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。物联网应用将电子化、信息化渗透到各行各业,在机器之间、机器与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互,并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会,是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界。

当前,基于Internet的各种物联网应用正在迅猛地发展,由此带来的物联网终端接入量急剧膨胀。而与此情景截然不同的是,Internet当前使用的IP协议版本IPv4正因为各种自身的缺陷而举步维艰。在IPv4面临的一系列问题中,IP地址即将耗尽无疑是最为严重的。有预测表明,以目前互联网的发展速度,特别是因物联网发展带来的巨大地址需求量增加来计算,所有IPv4地址将在2011~2012年间分配耗尽,这无疑从通信基础上限制了物联网的发展。尽管依靠网络地址转换、应用网关这类地址复用技术能暂时缓解地址危机,但其需要维护一些中间连接状态,为物体间的交互制造了性能上的瓶颈和互联上的障碍。

为了彻底解决IPv4存在的问题,国际互联网工程任务组从1995年开始,着手研究开发下一代IP协议,即IPv6。IPv6具有长达128位的地址空间,可以彻底解决IPv4地址不足的问题,除此之外,IPv6还采用分级地址模式、高效IP包头、主机地址自动配置、服务质量、内置认证和加密等许多新技术。从物联网系统中的传感器终端,到接入层设备,到骨干传输网络,到智能应用服务器,再到各类客户端,IPv6带来的巨大的地址空间和端到端通信特性为物联网的发展创造了良好的网络通信条件和能力拓展。

一、扩展的编址丰富互联需求

IPv6采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供IP地址,解决IP地址耗尽危机,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。

对于IPv4,网络地址转换(NAT)机制的引入是为了在不同的网络区段之间共享和重新使用相同的地址空间。这种机制在暂时缓解了IPv4地址紧缺问题的同时,却为网络设备与应用程序增加了处理地址转换的负担。由于IPv6的地址空间大大增加,也就无需再进行地址转换,减少了物联网终端接入骨干网络的层次,NAT部署带来的问题与系统开销也随之解决,这增加了物联网的互通效率。

IPv6还引入了任播地址(Anycast),送往一个任播地址的包将被传送至该地址标识的接口之一。利用任播地址与家乡代理通信的模式,能有效地满足物联网应用中移动性需求。

二、自动配置便于即插即用

随着移动互联网络上语音、视频、数据等服务的发展,对即插即用自动配置和地址重新编号的需求已经变得日益重要。IPv6的内置地址自动配置功能使大量IP物联网终端不用任何手动配置就可以轻松发现网络,并获得新的、全球唯一的IPv6地址。这使利用因特网的物联网设备实现了即插即用。

电视机、冰箱、DVD播放器和移动电话都使用IP地址的时候,IPv6的自动配置功能将成为一项关键角色,在大规模节点组成的传感器网络应用中具有特殊优点。特别是终端在不同网络间移动和使用不同的网络接入点时,用户不会希望依靠有状态的DHCP来配置设备。IPv6无状态自动配置为移动性提供了有力的支持。

三、简化的报头格式提供高效的传输

由于IPv6的数据包远远超过64K字节,应用程序可以利用最大传输单元,获得更快、更可靠的数据传输。同时在设计上改进了选路结构,采用简化的报头定长结构和更合理的分段方法,更方便与采用硬件来实现转发,使路由器加快数据包处理速度,提高了转发效率,从而提高网络的整体吞吐量。

从另一个方面看,轻装的IPv6数据包封装能在低处理消耗下传输更多的用户数据,降低数量庞大的传感器的能耗开销。

四、强制的安全机制保障端到端的传输安全

在IPv4中IPSec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端到端、网络到网络的通信加密、验证实施变得更加容易。通过提供全球唯一地址与嵌入式安全,IPv6能够在提供诸如访问控制、机密性与数据完整性等端到端安全服务的同时,减少对网络性能的影响。

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。

五、增强的移动IP支持满足物联网移动应用

物联网应用中除了需要物物间在任何时间以任何方式进行互联以外,还需要能在任何地点进行互联,包含移动终端在网间切换时能不必脱离其现有连接即可自由移动,这是一种日益重要的网络功能。与IPv4不同的是,IPv6的移动性是使用内置自动配置获取转交地址,因而无需外地代理。此外,这种内联机制使通信节点能够与移动节点直接通信,从而避免了在IPv4中所要求的三角路由选择的额外系统开销。其结果是,在IPv6中,移动IP结构的效率大为提高。

当移动终端移动到外地时,可以通过地址自动配置得到一个漫游地址,并且用此地址与网络上的节点进行通信。利用移动IPv6和家乡代理,移动终端可以在保持已有的通信连接不被中断的情况下,在不同的网络间进行漫游,同时还能保持自身的可达性。

六、增强的QoS服务保证传输服务质量

IPv6报头中的业务级别和流标记通过路由器的配置可以实现优先级控制和QoS保障。属于同一传输流,且需要特别处理或需要服务质量的数据包,可以通过流标签标记。增强的QoS服务一方面能满足物联网应用中的实时性、优先级等服务质量需求,另外还可以根据传感器数据传输需求特点,实行差异化服务,合理分配网络带宽。

进入3G时代后,接入网络的智能手机、智能家电、传感器终端等的数量越来越多;另外随着物联网逐渐向云计算、泛在网发展,每一个终端都可能成为服务器,这些发展更加需要借助IPv6优势来解决问题和拓展能力。中国电信在推进下一代互联网建设的同时,从终端研制、网络设计、软件研发等方面全面推进IPv6与物联网应用的融合,借助IPv6提升物联网基础通信能力,利用IPv6特性拓展物联网技术和应用能力。中国电信在IPv6物联网推进过程中分享成果,充分利用新技术手段提高生产服务水平和市场竞争力,推动产业链的合作共赢,为我国实现下一代互联网演进具有重要的指导意义,对于物联网产业的发展具有积极推进作用和参考价值。

(来源:    作者:)

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