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應(yīng)用于泛在網(wǎng)絡(luò)感知/延伸層的IPv6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
作者:RFID世界網(wǎng) 收編
來源:物聯(lián)網(wǎng)在線
日期:2010-09-25 10:30:08
摘要:隨著IT技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)將不僅僅要滿足人與人之間的通信需求,而且要進(jìn)一步發(fā)展到人與機(jī)器(或物體)以及機(jī)器到機(jī)器之間的通信,并朝著無所不在的網(wǎng)絡(luò)方向演進(jìn)。
1 泛在網(wǎng)絡(luò)基本概念
Ubiquitous(無所不在)源自拉丁語,意為存在于任何地方。1991年Xerox實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Mark Weiser首次提出“泛在計(jì)算”(Ubiquitous Computing)的概念,描述了任何人無論何時(shí)、何地都可以通過合適的終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,獲取個(gè)性化信息服務(wù)。隨著IT技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)將不僅僅要滿足人與人之間的通信需求,而且要進(jìn)一步發(fā)展到人與機(jī)器(或物體)以及機(jī)器到機(jī)器之間的通信,并朝著無所不在的網(wǎng)絡(luò)方向演進(jìn)。在未來異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、車域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)等不同層次、多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會彼此互補(bǔ)、融合發(fā)展,并在微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、短距離通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能標(biāo)簽技術(shù)的支撐下,最終促成“泛在信息社會的實(shí)現(xiàn)”。
泛在網(wǎng)是指基于個(gè)人和社會的需求,利用現(xiàn)有的和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù),泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具備超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及智能性,為個(gè)人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。
“5C+5Any”是泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征,5C分別是:融合(Convergence),內(nèi)容(Contents),計(jì)算(Computing),通信(Communication),連接(Connectivity)。5Any分別是:任何時(shí)間(Any time),任何地點(diǎn)(Anywhere),任何服務(wù)(Any Service),任何網(wǎng)絡(luò)(Any Network),任何對象(Any Object)??傮w意思是,通過底層全連通的、可靠的、智能的網(wǎng)絡(luò),以及融合的IT技術(shù)和通信技術(shù),將通信服務(wù)擴(kuò)展到教育、金融、智能建筑、交通/物流、健康醫(yī)療、災(zāi)害管理、安全服務(wù)等行業(yè),為人們提供更好的服務(wù)。
2 泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以劃分為感知 /延伸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成的三層體系結(jié)構(gòu)
?。?)泛在網(wǎng)的感知延伸層通過傳感器、二維條碼、RFID標(biāo)簽、多媒體信息等信息采集終端實(shí)現(xiàn)物理世界各類目標(biāo)的屬性、標(biāo)識、狀態(tài)、類型、數(shù)量、強(qiáng)度等的各類信息獲取,并通過網(wǎng)絡(luò)、信息處理和中間件等技術(shù)將感知信息進(jìn)行局部或全局地交互處理聚合等操作從而形成為網(wǎng)絡(luò)層提供物理世界的感知信息。感知延伸層必須解決低功耗、低成本和小型化的問題,并且面向更敏感、更全面的感知能力方向發(fā)展。
?。?)泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)子層和核心網(wǎng)子層。接入網(wǎng)子層包括衛(wèi)星至地面無線接入、有線寬帶接入、無線寬帶接入、2G/3G/超3G移動接入等各種接入技術(shù)。核心網(wǎng)子層包括現(xiàn)有的電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、未來的下一代網(wǎng)絡(luò)(如NGN/NGI)以及各個(gè)行業(yè)自建的行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)。泛在網(wǎng)絡(luò)既然作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),就需要一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議基礎(chǔ),目前在核心層面可以考慮與NGN/IMS融合,核心協(xié)議包括SIP和TCP/IP等,在接入層面需要考慮多種有線和無線技術(shù)的協(xié)同,如Wi-Fi,WAPI,2G,3G,LTE,UWB,ZigBee等。
?。?)泛在網(wǎng)的應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)信息的處理、協(xié)同、共享、決策,包括應(yīng)用支撐子層和應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用支撐子層向行業(yè)服務(wù)提供統(tǒng)一、固定的一些網(wǎng)絡(luò)支撐服務(wù),特別是為一些行業(yè)融合服務(wù)提供支撐,以便支持不同行業(yè)之間的互通。應(yīng)用服務(wù)子層包括泛在網(wǎng)公眾服務(wù)、行業(yè)專用服務(wù)等。業(yè)務(wù)和應(yīng)用涉及海量信息的智能處理、分布式計(jì)算、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術(shù)。
3 泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)
泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線/有線傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)以及中間件技術(shù),同時(shí)還涉及感知延伸層與網(wǎng)絡(luò)層的互通技術(shù)。
?。?)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù),包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù),可以利用傳感器、RFID、一維碼/二維碼隨時(shí)隨地獲取物體信息,通過多媒體技術(shù)采集音、視頻信息,通過定位技術(shù)獲取物體定位信息。
(2)無線/有線傳輸技術(shù)。主要用于補(bǔ)充和延伸接入網(wǎng)絡(luò),使得網(wǎng)絡(luò)能夠把各種“物”接入到網(wǎng)絡(luò),目前,主要采用各種短距離無線通信技術(shù),包括 IEEE802.15.4,UWB,NFC,藍(lán)牙技術(shù)等。
?。?)組網(wǎng)技術(shù)。通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將分散的節(jié)點(diǎn)在一定范圍之內(nèi)自動組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)采集信息的統(tǒng)一處理,統(tǒng)一傳送,或者經(jīng)過節(jié)點(diǎn)之間的相互“聯(lián)系”,協(xié)商傳送各自的部分信息,最終實(shí)現(xiàn)信息可靠、高效傳送。
?。?)信息處理技術(shù)。實(shí)現(xiàn)海量信息的協(xié)同處理,提供智能、精確的多元化信息服務(wù)。
(5)中間件技術(shù)。屏蔽底層軟(操作系統(tǒng))、硬件差異,構(gòu)建統(tǒng)一的開發(fā)平臺,封裝通用的功能組件,為上層應(yīng)用提供服務(wù)。
?。?)與網(wǎng)絡(luò)層互通技術(shù)。感知延伸層可以采用兩種不同的技術(shù)路線,一種是非IP 技術(shù),如ZigBee協(xié)議,另一種是IP技術(shù)。目前,網(wǎng)絡(luò)層主要采用IP技術(shù)組網(wǎng),因此要實(shí)現(xiàn)采用非IP技術(shù)的感知延伸層與網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián),必須通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)議互通。
4 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應(yīng)用
4.1 泛在網(wǎng)感知延伸層IP技術(shù)路線
從目前的技術(shù)發(fā)展來看,泛在網(wǎng)感知延伸層智能終端的組網(wǎng)技術(shù)可以采用兩種不同的技術(shù)路線,一種是非IP技術(shù),如ZigBee產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟開發(fā)的ZigBee協(xié)議;另一種是IETF和IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟倡導(dǎo)的將IP技術(shù)向下延伸應(yīng)用到感知延伸層。顯然,采用IP技術(shù)路線,將有助于實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)部署和管理,而且無需協(xié)議轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)層IP承載的無縫連接,簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IP協(xié)議還具有以下特點(diǎn)適應(yīng)于泛在網(wǎng)的需求,包括:
?。?)IP協(xié)議是由 IETF標(biāo)準(zhǔn)化的開放協(xié)議,使用它不需要交額外的授權(quán)費(fèi)用。
?。?)IP協(xié)議是輕量級的協(xié)議。IP曾經(jīng)被認(rèn)為是重量級的,但是最近許多小型的輕量級IP協(xié)議棧已經(jīng)成功開發(fā),如uIP,Arv6,NSv6,uIPv6,IwIP等,能夠滿足感知延伸層低功耗、低存儲容量、低運(yùn)算能力智能終端的特殊需求。
?。?)IP協(xié)議可擴(kuò)展性強(qiáng)。如IPv6協(xié)議能夠支持巨大的地址空間,采用分層的地址結(jié)構(gòu)能夠支持較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
?。?)IP 協(xié)議可管理性強(qiáng)。IP網(wǎng)絡(luò)具有一套完全成熟并被廣泛認(rèn)可的管理協(xié)議和機(jī)制。
?。?)IP協(xié)議設(shè)計(jì)的健壯性、靈活性以及協(xié)議分層的理念架構(gòu),使其能夠支持幾乎所有的應(yīng)用類型,包括遠(yuǎn)程設(shè)備控制等低數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用,IP電話等延遲敏感的應(yīng)用,以及文件下載等大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用等。
?。?)IP 協(xié)議與底層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議無關(guān)。IP技術(shù)采用了分層架構(gòu),使其能夠工作在任何物理層面上,從有線到Wi-Fi到低功耗無線電等。
?。?)IP 網(wǎng)絡(luò)無所不在,幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)都提供有線或者是無線方式的IP接入。
因此,從技術(shù)層面來看,在泛在網(wǎng)感知延伸層采用IP技術(shù)路線將能夠更好的滿足泛在網(wǎng)未來的發(fā)展需要。
4.2 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應(yīng)用
在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,要實(shí)現(xiàn)“一物一地址,萬物皆在線”,將需要大量的IP地址資源,就目前可用的IPv4地址資源量來看,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足感知智能終端的聯(lián)網(wǎng)需求,特別是在智能家電、視頻監(jiān)控、汽車通信等應(yīng)用的規(guī)模普及之后,地址的需求會迅速膨脹。從目前可用的技術(shù)來看,只有IPv6能夠提供足夠的地址資源,滿足端到端的通信和管理需求。 IPv6協(xié)議除具有4.1節(jié)描述的IP協(xié)議通用特性之外,還具有如下特點(diǎn):
?。?)即插即用。IPv6引入自動配置以及重配置技術(shù),對于 IP地址等信息實(shí)現(xiàn)自動增刪更新配置,提高IPv6的易管理性。
?。?)安全性。IPv6集成了IPSec,用于網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密,為用戶提供端到端安全。
?。?)服務(wù)質(zhì)量。新增流標(biāo)記域,為源宿端快速處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供可能。
?。?)移動性。移動IPv6增強(qiáng)了終端的移動特性,為用戶提供了永久在線的服務(wù)。
上述特性使得IPv6除滿足泛在網(wǎng)巨大地址空間的需求之外,也能更好地滿足泛在網(wǎng)智能終端的互聯(lián)需求,但是需要對協(xié)議棧進(jìn)行必要的簡化,改進(jìn)路由機(jī)制以滿足低功耗、低存儲容量、低運(yùn)算能力的智能節(jié)點(diǎn)以及存在損耗的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的特殊組網(wǎng)需求。
5 應(yīng)用于泛在網(wǎng)絡(luò)感知/延伸層的IPv6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
目前,IETF主要有6lowPAN,ROLL工作組和6lowAPP負(fù)責(zé)研究感知延伸層的IPv6應(yīng)用和低功耗路由相關(guān)協(xié)議。
?。?)6lowPAN(IPv6 over Low Power WPAN)工作組的研究重點(diǎn)為適配層、路由、包頭壓縮、分片、IPv6、網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)。該工作組已完成兩個(gè)RFC:《概述、假設(shè)、問題陳述和目標(biāo)》(RFC4919);《基于IEEE802.15.4的IPv6報(bào)文傳送》(RFC4944)。
?。?)ROLL(Routing Over Low Power and Lossy Networks)工作組主要研究低功率損耗網(wǎng)絡(luò)的路由問題。該工作組已完成兩個(gè)RFC:《市區(qū)低功率損耗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由需求》(RFC5548);《低功率損耗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工業(yè)路由需求》(RFC5673)。
?。?)6lowAPP主要研究基于資源約束的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,如無線嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。目前,6lowAPP還不是IETF的一個(gè)工作組,在IETF75 “BarBOF”會議中明確了5個(gè)研究領(lǐng)域,包括應(yīng)用協(xié)議、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、傳輸、安全和數(shù)據(jù)表述。
成立于2008年9月的IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,也大力倡導(dǎo)將泛在網(wǎng)感知延伸層融合到IP技術(shù)體系中。IPSO聯(lián)盟的目標(biāo)是提供給用戶更多的有關(guān)智能物體和工業(yè)領(lǐng)域以及市場方面的信息。該聯(lián)盟將提供案例研究和白皮書,跟蹤IETF和其它標(biāo)準(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn),組織演示和互操作性測試等工作。IPSO開始工作的第一個(gè)目標(biāo)是,在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)IPv6的互操作性。目前,已發(fā)布了4個(gè)相關(guān)的白皮書,包括IP技術(shù)應(yīng)用于智能物體、輕量級的操作系統(tǒng)、6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以及鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
6 總結(jié)
在未來的泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)將不再是被動地滿足用戶的需求,而是要主動感知用戶場景的變化,并進(jìn)行信息交互,為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)。根據(jù)現(xiàn)階段技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展情況,未來幾年,泛在網(wǎng)將處于泛在物聯(lián)階段,即以滿足物物通信需求目標(biāo)為主。因此,可以結(jié)合終端設(shè)備對地址的大量需求,以簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和端到端的業(yè)務(wù)管理為出發(fā)點(diǎn),考慮在相對封閉的物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用IPv6技術(shù),實(shí)現(xiàn)智能物體的泛在互聯(lián),同時(shí)帶動整個(gè)IPv6產(chǎn)業(yè)的成熟,為下一代互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署IPv6技術(shù)奠定基礎(chǔ)。
Ubiquitous(無所不在)源自拉丁語,意為存在于任何地方。1991年Xerox實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Mark Weiser首次提出“泛在計(jì)算”(Ubiquitous Computing)的概念,描述了任何人無論何時(shí)、何地都可以通過合適的終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,獲取個(gè)性化信息服務(wù)。隨著IT技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)將不僅僅要滿足人與人之間的通信需求,而且要進(jìn)一步發(fā)展到人與機(jī)器(或物體)以及機(jī)器到機(jī)器之間的通信,并朝著無所不在的網(wǎng)絡(luò)方向演進(jìn)。在未來異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、車域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)等不同層次、多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會彼此互補(bǔ)、融合發(fā)展,并在微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、短距離通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能標(biāo)簽技術(shù)的支撐下,最終促成“泛在信息社會的實(shí)現(xiàn)”。
泛在網(wǎng)是指基于個(gè)人和社會的需求,利用現(xiàn)有的和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù),泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具備超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及智能性,為個(gè)人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。
“5C+5Any”是泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征,5C分別是:融合(Convergence),內(nèi)容(Contents),計(jì)算(Computing),通信(Communication),連接(Connectivity)。5Any分別是:任何時(shí)間(Any time),任何地點(diǎn)(Anywhere),任何服務(wù)(Any Service),任何網(wǎng)絡(luò)(Any Network),任何對象(Any Object)??傮w意思是,通過底層全連通的、可靠的、智能的網(wǎng)絡(luò),以及融合的IT技術(shù)和通信技術(shù),將通信服務(wù)擴(kuò)展到教育、金融、智能建筑、交通/物流、健康醫(yī)療、災(zāi)害管理、安全服務(wù)等行業(yè),為人們提供更好的服務(wù)。
2 泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以劃分為感知 /延伸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成的三層體系結(jié)構(gòu)
?。?)泛在網(wǎng)的感知延伸層通過傳感器、二維條碼、RFID標(biāo)簽、多媒體信息等信息采集終端實(shí)現(xiàn)物理世界各類目標(biāo)的屬性、標(biāo)識、狀態(tài)、類型、數(shù)量、強(qiáng)度等的各類信息獲取,并通過網(wǎng)絡(luò)、信息處理和中間件等技術(shù)將感知信息進(jìn)行局部或全局地交互處理聚合等操作從而形成為網(wǎng)絡(luò)層提供物理世界的感知信息。感知延伸層必須解決低功耗、低成本和小型化的問題,并且面向更敏感、更全面的感知能力方向發(fā)展。
?。?)泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)子層和核心網(wǎng)子層。接入網(wǎng)子層包括衛(wèi)星至地面無線接入、有線寬帶接入、無線寬帶接入、2G/3G/超3G移動接入等各種接入技術(shù)。核心網(wǎng)子層包括現(xiàn)有的電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、未來的下一代網(wǎng)絡(luò)(如NGN/NGI)以及各個(gè)行業(yè)自建的行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)。泛在網(wǎng)絡(luò)既然作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),就需要一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議基礎(chǔ),目前在核心層面可以考慮與NGN/IMS融合,核心協(xié)議包括SIP和TCP/IP等,在接入層面需要考慮多種有線和無線技術(shù)的協(xié)同,如Wi-Fi,WAPI,2G,3G,LTE,UWB,ZigBee等。
?。?)泛在網(wǎng)的應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)信息的處理、協(xié)同、共享、決策,包括應(yīng)用支撐子層和應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用支撐子層向行業(yè)服務(wù)提供統(tǒng)一、固定的一些網(wǎng)絡(luò)支撐服務(wù),特別是為一些行業(yè)融合服務(wù)提供支撐,以便支持不同行業(yè)之間的互通。應(yīng)用服務(wù)子層包括泛在網(wǎng)公眾服務(wù)、行業(yè)專用服務(wù)等。業(yè)務(wù)和應(yīng)用涉及海量信息的智能處理、分布式計(jì)算、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術(shù)。
3 泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)
泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線/有線傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)以及中間件技術(shù),同時(shí)還涉及感知延伸層與網(wǎng)絡(luò)層的互通技術(shù)。
?。?)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù),包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù),可以利用傳感器、RFID、一維碼/二維碼隨時(shí)隨地獲取物體信息,通過多媒體技術(shù)采集音、視頻信息,通過定位技術(shù)獲取物體定位信息。
(2)無線/有線傳輸技術(shù)。主要用于補(bǔ)充和延伸接入網(wǎng)絡(luò),使得網(wǎng)絡(luò)能夠把各種“物”接入到網(wǎng)絡(luò),目前,主要采用各種短距離無線通信技術(shù),包括 IEEE802.15.4,UWB,NFC,藍(lán)牙技術(shù)等。
?。?)組網(wǎng)技術(shù)。通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將分散的節(jié)點(diǎn)在一定范圍之內(nèi)自動組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)采集信息的統(tǒng)一處理,統(tǒng)一傳送,或者經(jīng)過節(jié)點(diǎn)之間的相互“聯(lián)系”,協(xié)商傳送各自的部分信息,最終實(shí)現(xiàn)信息可靠、高效傳送。
?。?)信息處理技術(shù)。實(shí)現(xiàn)海量信息的協(xié)同處理,提供智能、精確的多元化信息服務(wù)。
(5)中間件技術(shù)。屏蔽底層軟(操作系統(tǒng))、硬件差異,構(gòu)建統(tǒng)一的開發(fā)平臺,封裝通用的功能組件,為上層應(yīng)用提供服務(wù)。
?。?)與網(wǎng)絡(luò)層互通技術(shù)。感知延伸層可以采用兩種不同的技術(shù)路線,一種是非IP 技術(shù),如ZigBee協(xié)議,另一種是IP技術(shù)。目前,網(wǎng)絡(luò)層主要采用IP技術(shù)組網(wǎng),因此要實(shí)現(xiàn)采用非IP技術(shù)的感知延伸層與網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián),必須通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)議互通。
4 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應(yīng)用
4.1 泛在網(wǎng)感知延伸層IP技術(shù)路線
從目前的技術(shù)發(fā)展來看,泛在網(wǎng)感知延伸層智能終端的組網(wǎng)技術(shù)可以采用兩種不同的技術(shù)路線,一種是非IP技術(shù),如ZigBee產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟開發(fā)的ZigBee協(xié)議;另一種是IETF和IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟倡導(dǎo)的將IP技術(shù)向下延伸應(yīng)用到感知延伸層。顯然,采用IP技術(shù)路線,將有助于實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)部署和管理,而且無需協(xié)議轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)層IP承載的無縫連接,簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IP協(xié)議還具有以下特點(diǎn)適應(yīng)于泛在網(wǎng)的需求,包括:
?。?)IP協(xié)議是由 IETF標(biāo)準(zhǔn)化的開放協(xié)議,使用它不需要交額外的授權(quán)費(fèi)用。
?。?)IP協(xié)議是輕量級的協(xié)議。IP曾經(jīng)被認(rèn)為是重量級的,但是最近許多小型的輕量級IP協(xié)議棧已經(jīng)成功開發(fā),如uIP,Arv6,NSv6,uIPv6,IwIP等,能夠滿足感知延伸層低功耗、低存儲容量、低運(yùn)算能力智能終端的特殊需求。
?。?)IP協(xié)議可擴(kuò)展性強(qiáng)。如IPv6協(xié)議能夠支持巨大的地址空間,采用分層的地址結(jié)構(gòu)能夠支持較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
?。?)IP 協(xié)議可管理性強(qiáng)。IP網(wǎng)絡(luò)具有一套完全成熟并被廣泛認(rèn)可的管理協(xié)議和機(jī)制。
?。?)IP協(xié)議設(shè)計(jì)的健壯性、靈活性以及協(xié)議分層的理念架構(gòu),使其能夠支持幾乎所有的應(yīng)用類型,包括遠(yuǎn)程設(shè)備控制等低數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用,IP電話等延遲敏感的應(yīng)用,以及文件下載等大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用等。
?。?)IP 協(xié)議與底層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議無關(guān)。IP技術(shù)采用了分層架構(gòu),使其能夠工作在任何物理層面上,從有線到Wi-Fi到低功耗無線電等。
?。?)IP 網(wǎng)絡(luò)無所不在,幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)都提供有線或者是無線方式的IP接入。
因此,從技術(shù)層面來看,在泛在網(wǎng)感知延伸層采用IP技術(shù)路線將能夠更好的滿足泛在網(wǎng)未來的發(fā)展需要。
4.2 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應(yīng)用
在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,要實(shí)現(xiàn)“一物一地址,萬物皆在線”,將需要大量的IP地址資源,就目前可用的IPv4地址資源量來看,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足感知智能終端的聯(lián)網(wǎng)需求,特別是在智能家電、視頻監(jiān)控、汽車通信等應(yīng)用的規(guī)模普及之后,地址的需求會迅速膨脹。從目前可用的技術(shù)來看,只有IPv6能夠提供足夠的地址資源,滿足端到端的通信和管理需求。 IPv6協(xié)議除具有4.1節(jié)描述的IP協(xié)議通用特性之外,還具有如下特點(diǎn):
?。?)即插即用。IPv6引入自動配置以及重配置技術(shù),對于 IP地址等信息實(shí)現(xiàn)自動增刪更新配置,提高IPv6的易管理性。
?。?)安全性。IPv6集成了IPSec,用于網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密,為用戶提供端到端安全。
?。?)服務(wù)質(zhì)量。新增流標(biāo)記域,為源宿端快速處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供可能。
?。?)移動性。移動IPv6增強(qiáng)了終端的移動特性,為用戶提供了永久在線的服務(wù)。
上述特性使得IPv6除滿足泛在網(wǎng)巨大地址空間的需求之外,也能更好地滿足泛在網(wǎng)智能終端的互聯(lián)需求,但是需要對協(xié)議棧進(jìn)行必要的簡化,改進(jìn)路由機(jī)制以滿足低功耗、低存儲容量、低運(yùn)算能力的智能節(jié)點(diǎn)以及存在損耗的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的特殊組網(wǎng)需求。
5 應(yīng)用于泛在網(wǎng)絡(luò)感知/延伸層的IPv6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
目前,IETF主要有6lowPAN,ROLL工作組和6lowAPP負(fù)責(zé)研究感知延伸層的IPv6應(yīng)用和低功耗路由相關(guān)協(xié)議。
?。?)6lowPAN(IPv6 over Low Power WPAN)工作組的研究重點(diǎn)為適配層、路由、包頭壓縮、分片、IPv6、網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)。該工作組已完成兩個(gè)RFC:《概述、假設(shè)、問題陳述和目標(biāo)》(RFC4919);《基于IEEE802.15.4的IPv6報(bào)文傳送》(RFC4944)。
?。?)ROLL(Routing Over Low Power and Lossy Networks)工作組主要研究低功率損耗網(wǎng)絡(luò)的路由問題。該工作組已完成兩個(gè)RFC:《市區(qū)低功率損耗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由需求》(RFC5548);《低功率損耗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工業(yè)路由需求》(RFC5673)。
?。?)6lowAPP主要研究基于資源約束的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,如無線嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。目前,6lowAPP還不是IETF的一個(gè)工作組,在IETF75 “BarBOF”會議中明確了5個(gè)研究領(lǐng)域,包括應(yīng)用協(xié)議、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、傳輸、安全和數(shù)據(jù)表述。
成立于2008年9月的IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,也大力倡導(dǎo)將泛在網(wǎng)感知延伸層融合到IP技術(shù)體系中。IPSO聯(lián)盟的目標(biāo)是提供給用戶更多的有關(guān)智能物體和工業(yè)領(lǐng)域以及市場方面的信息。該聯(lián)盟將提供案例研究和白皮書,跟蹤IETF和其它標(biāo)準(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn),組織演示和互操作性測試等工作。IPSO開始工作的第一個(gè)目標(biāo)是,在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)IPv6的互操作性。目前,已發(fā)布了4個(gè)相關(guān)的白皮書,包括IP技術(shù)應(yīng)用于智能物體、輕量級的操作系統(tǒng)、6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以及鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
6 總結(jié)
在未來的泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)將不再是被動地滿足用戶的需求,而是要主動感知用戶場景的變化,并進(jìn)行信息交互,為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)。根據(jù)現(xiàn)階段技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展情況,未來幾年,泛在網(wǎng)將處于泛在物聯(lián)階段,即以滿足物物通信需求目標(biāo)為主。因此,可以結(jié)合終端設(shè)備對地址的大量需求,以簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和端到端的業(yè)務(wù)管理為出發(fā)點(diǎn),考慮在相對封閉的物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用IPv6技術(shù),實(shí)現(xiàn)智能物體的泛在互聯(lián),同時(shí)帶動整個(gè)IPv6產(chǎn)業(yè)的成熟,為下一代互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署IPv6技術(shù)奠定基礎(chǔ)。