物联网与IPv6

摘　要：物联网由大量的终端设备组成，它对标识终端的IP地址需求非常大。该文介绍了物联网的概念、现有体系结构和采用的关键技术，阐述了IPv6的特性和优势，总结了IPv6技术不仅能够满足物联网的地址需求，还能够满足物联网对节点移动性、基于流的服务质量保障的需求。 　　　　　　　　

关键词：物联网；关键技术； IPv6
1.物联网概述
　　物联网是全球通信领域中一种重要的发展趋势，它将推动信息产业进入第三次浪潮，并最终成为引领未来通信发展的主要动力。自从美国提出"智慧地球"的理念后，世界各国家纷纷在物联网领域加快研究开发和工程化、规模化应用的步伐，都将物联网的发展计划升级为国家战略，美国的"智慧地球"、日本的"I-Japan"、韩国的"U-Korea"、欧盟的"欧洲数字计划"、中国的"感知中国"等。物联网还被誉为"危机时代的救世主"，在当前经济危机尚未消退的时期，许多国家将发展物联网视为新的经济增长点。
1.1  物联网概念
　　物联网的概念最早是由麻省理工大学提出的。早期物联网只是基于RFID技术的物流网络，随着技术的发展和应用的需要，物联网的内涵发生了很大的变化。现在大部分人认可的是物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把物与物、人与物进行的智能化连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单来讲就是通过一些关键技术，用互联网将世界上的物体都连接起来，使世界上的物体都可以上网。
1.2  物联网的体系结构
　　物联网的体系结构可以划分为感知层、网络层、应用层。
　　感知层是整个物联网的基础，它主要是通过传感器、RFID、GPS、二维条形码等关键技术实现信息采集、物体识别。它是物联网的感觉器官，相当于人的五官和皮肤等神经末梢。
　　网络层主要是通过各种有线、无线通信网络实现信息数据的快速、可靠、安全传输和信息的处理。它是物联网的神经系统，相当于人的神经系统，即自下而上的传输感知信息，又自上而下的传输控制指令。
　　应用层是物联网重要的组成部分，主要是对采集后的信息进行数据集成、存储、智能分析等，进而实现智能应用。应用层分为应用支撑子层和应用服务子层，应用支撑子层主要用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享和互通。应用服务子层负责为用户提供智能交通、智能物流、智能家居、环境监测、智能电力等各种服务。
1.3  物联网的关键技术
　　物联网关键技术包括RFID技术、传感网络技术、智能技术和纳米技术。
　　射频识别（RFID）技术，俗称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，无须识别系统与目标之间建立机械或光学接触，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，以RFID为基础，结合网络技术、数据库技术、中间件技术，可构成一个由大量阅读器和移动的标签组成连接互联网的物联网。
　　传感网络是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。从技术上讲，传感网即随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。借助内置的传感器感知测量周围的热、力、光、电、声、位移等信号，为网络的传输、分析、处理提供原始数据。随着技术的不断发展，传感器正逐步向微型化，智能化发展。
　　智能技术
　　物联网就是要赋予物体智能，可以实现人与物体的交流，甚至是物体与物体的对话。智能技术就是在物体中植入智能系统，是物体具备智能性，能够主动或者被动的实现与用户的沟通。
　　纳米技术
　　纳米技术是研究结构尺寸在0.1-100nm范围内材料的性质和应用。物联网使用传感器探测物体物理状态，纳米技术就意味着物联网中越来越小的物体能够进行交互和连接。
2. 物联网对IP地址的需求
　　物联网的不断发展，最终将自然而然的融入到人们的日常生活，实现人人、时时、处处、事事的信息通信服务。物联网的终端是多种多样的，小型化、智能化和低成本是物联网的必然需求，此外物联网是任何物体都需要在网络中被寻址，所以物体就需要一个地址，整个网络需要庞大的地址空间来支撑。
　　目前全球因特网都采用的是TCP/IP协议簇，IP是TCP/IP协议簇中网络层的协议。IPv4是IP协议的第四版，是广泛使用，构成现今互联网的技术基石的协议。随着网络技术的不断发展，IPv4弊端日益明显，2011年2月3日，管理全球网址的IANA（The Internet Assigned Numbers Authority）组织宣布已分配完毕所有的IPv4地址。IPv4地址枯竭，中国将受到巨大影响，互联网发达国家依然拥有相对充裕的地址库存，但是中国库存量很少，加之中国互联网用户不断增加的势头迅猛，即将出现较严重的网址稀缺问题。
3. IPv6概述
　　IPv6是IETE设计用来替代IPv4协议的，IPv6产生的最根本、最直接的原因就是解决IPv4协议的不足，在IPv4协议的基础上进行优化，满足发展需要。
3.1  IPv6地址空间
　　IPv6中IP的地址长度为128比特，地址范围从0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000到ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff，有2约（3.410）个地址，按世界人口60亿计算，每人将拥有5.7个IP地址。IPv6从根本上解决了地址紧缺的问题，这种强大的地址空间完全可以满足物联网的需要，每件物品都可以直接编址，确保了物联网中端到端连接的可能性。
3.2  简化的报头和扩展性
　　IPv6的报头由一个基本首部和多个扩展首部构成，IPv6报头的长度固定不变，不需要消耗过多的内存容量，采用更合理的分段方法，更方便与采用硬件来实现转发，使路由加快数据处理速度，提高了转发效率，从而提高网络的整体吞吐量。
3.3  IPv6的安全性
　　IPSec是一套用于保护IP通信安全的此协议，它的主要功能是在网络层对数据分组提供加密和鉴别等安全服务。在IPv4中，IPSec为可选项，在IPv6协议簇中它是强制的一部分。IPv6内置的安全报头使端到端、网络到网络的通信加密和验证更加容易实现。通过提供的唯一地址与嵌入式安全，IPv6能够提供访问控制、数据完整性和机密性等端到端服务的同时，减少了对网络的影响。
3.4  IPv6的联网方式
　　IPv6是即插即用的联网方式。IPv6的内置地址自动配置功能使大量的IP物联网终端不需要任何手动配置 就可以轻松的发现网络，获得新的，全球唯一的IPv6地址。这也满足了移动互联网上语音、视频、数据等服务对即插即用自动配置和地址重新编号的需求。
3.5  IPv6的移动性
　　物联网应用中除了需要物与物之间在任何时间以任何方式互联以外，还需要能在任何地点进行互联，各种移动终端要求在网间切换时不必脱离现有连接可自由移动。IPv6内置自动配置获取转换地址，无需代理，它的移动性能够支持满足物联网移动应用。
3.6  Ipv6的服务保障
　　基于IPv4的Internet在设计之初，采用的是尽力而为（Best Effort）的服务质量传输，这种服务质量（QOS）是无保证的。随着网络多媒体等业务的增加，对传输延时和延时抖动有了严格要求。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。属于同一传输流的需要特别处理和需要服务质量的数据包，可以通过流标签标记。增强的QOS不仅能够满足物联网应用中的实时性、优先级等需求，还可以根据传感器数据传输需求的特点，对待不同服务，合理的分配带宽。
4.结束语
　　基于互联网的物联网应用正在迅猛发展，从物联网系统中的传感器终端，到接入层设备，到骨干传感网络，到智能应用服务器，再到各类客户端，IPv6带来的巨大地址空间和端到端的通信特性为物联网的发展创造了良好的通信网络条件和能力拓展。IPv6具有很多适合物联网大规模应用的特性，必将成为物联网应用的基础网络技术。
　　参考文献
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