IPv6技術在物聯網中的應用

賈美英

（太原生態工程學校，山西 太原 030025）

一、物聯網概念及技術架構

物聯網，簡言之就是物與物相互連而形成的網絡，但又不是單純的物物相連，它除了各種實物之外，還有為實時采集這些實物的狀態和信息的各種傳感器，這些傳感器與物相互聯結在一起，并與互聯網相結合而形成一個巨大的全新的網絡，這個網絡主要的作用是要實現物與物之間的信息傳遞，使人可以通過這個網絡識別、控制和管理這些物。

歷史的研究中習慣將物聯網技術架構分為三層：分別是感知層、網絡層和應用層。感知層主要是由各種不同的傳感器所組成，以能夠使控制者通過網絡識別各種物的信息，所以感知層也可稱為傳感器網絡。網絡層與互聯網的網絡層有相似之處，但又不同。相似之處在于，二者都是要將低層傳來的信息通過網絡發送出去，不同之處在于，物聯網的網絡層所傳遞的信息是從傳感器傳來的各種物的信號，不同于互聯網在網絡層中傳遞的是數據包信息。應用層則提供了一個人與物交互的接口與平臺，人不能夠直接識別網絡層傳來的物的信息，通過應用層，可將這些機器的物的信息轉化成人可以識別和理解的信息，這樣，人就得以操作和管理物聯網中的各個物件。當然，這需要與具體產業相結合，才能完美地體現出物聯網的作用與價值。如已有的機場安保工作、下水道管線狀態的監控等成功案例。

筆者認為，物聯網與互聯網是不同的，但其內在又存在密不可分的聯系，所以物聯網應用的發展離不開對互聯網的研究與分析。下面，筆者將對這二者之間的關系進行分析，以找出發展物聯網的可行之路。

二、物聯網與互聯網的關系

首先，物聯網只有立足于互聯網，才能較好較快地發展，因為如果為了發展物聯網而重新進行專門的網絡搭建，不僅費時費力，而且還會浪費現有的資源。我們知道，物聯網中的第一個層次是由大量傳感器組成的“傳感器網絡”，這一點與互聯網中具有大量的終端是非常類似的，我們對這些終端收集處理信息的方法與技術完全可以借鑒，這可以省掉大量的人力與財力。

其次，傳感器所收集到的信息在傳輸時也要經過類似互聯網的路由、數據重組、糾錯等相似的環節。我們完全可以以互聯網為基礎，在現有的數據傳輸技術上輔以相應的針對性技術，以實現物聯網數據的傳遞，這樣比單獨研究物聯網網絡層數據傳輸要有效多。

最后，是數據傳輸的質量問題。我們可以借鑒互聯網對傳輸質量控制的方法，但又必須有所改變，如一臺基于物聯網的手術對數據傳輸的實時性、完整性等要求要高得多，所以，以互聯網為基礎，發展物聯網自身特有的技術是必不可少的。

三、物聯網的困境

物聯網從提出概念到起步發展走過了一段年頭，在這個過程中，研究取得了很多的成果，從開始的不明確到現在完整定義的提出，發展出很多具有實際意義的理論與想法，在實踐上也取得了一些成果，但這些成果還只是局限于一些特定的領域，離最終的全球互聯的普及還為時尚早。當然，不能否定的是物聯網現在正處于一個高速發展的黃金時期，從各國政府及研究機構對其的重視當中可見一斑。物聯網高速發展對技術的需求與起步階段技術的不成熟、不完善形成了鮮明的對立，如果這些關鍵性技術不解決，必然會導致物聯網的發展停滯不前。以下是當前物聯網發展中所面臨的一些關鍵性問題:

1.地址分配與規劃

在物聯網中，為了能夠準確收集物的信息，必然要部署大量的傳感器，如收集溫度的、感知壓力的、識別大小和形狀的等等。它的數量要遠遠超出網絡中物的數量，這樣一群數量龐大的傳感器，要識別哪些信息是哪一個傳感器傳來的，同時也為了要對這些傳感器進行控制、管理等行為，必然要為這些傳感器分配一個地址，這個地址的需求量遠遠超出了我們的想象，而以互聯網為基礎的IPv4地址體系，其地址空間已嚴重不足，趨于飽和，互聯網本身對地址的需求已快不能滿足，要應對物聯網對地址的海量需求是根本不可能的，所以，必須要找到妥善的辦法首先把這個問題解決了，否則物聯網就不可能進行大規模的發展。

2.物聯網路由

在互聯網中，節點與終端固然數量眾多，每一時刻所發生的數據量也極其龐大，但經過多年的研究與發展，目前互聯網中的數據傳輸路由問題還不成其致命傷，而且當中的很多經驗都可以在物聯網路由中使用。但有一點是物聯網路由所特有的問題，那就是大量節點的移動，如一列高速運行的地鐵，為了監控其狀態，它所布設的結點數量要比現在所知的互聯網中節點群的移動規模要大得多，而互聯網在誕生之初對移動性的支持就幾乎沒有考慮，雖然現在由于手機、移動電腦之類的移動設備對網絡的需求而引起網絡技術的不斷進步，但設計之初的硬傷是不可能從根本上解決節點的問題的，尤其是物聯網中這種由大量節點所組成的節點群和節點層的移動。如果照搬套用現在互聯網的技術，很快就會使網絡陷入徹底的癱瘓狀態。所以，在這點上一定要有新的技術支持，否則物聯網發展就會局限在某些特定的區域。

3.服務質量

在服務質量方面，也是物聯網發展所必須解決的一個難題，因為物聯網雖然以互聯網為基礎，也可以沿用很多互聯網的技術與經驗，但它必竟不同于互聯網，有其自身所特有的特點與需求，對于這些特定的需求，只有發展新的技術去解決，才能使物聯網的發展具有強大的生命力，從而在更廣闊的空間發展。

基于以上分析，筆者認為要使物聯網可以快速地發展，就應該在現有互聯網的基礎之上發展物聯網特有的技術，最終可能使物聯網發展出自己的特色，形成自身獨特的領域，為我們的生活帶來翻天覆地的變化。

我們知道，因為IPv4本身的不足，導致現在的互聯網發展受到了前所未有的挑戰與限制。為了從根本上解決IPv4所不能解決的問題，世界上各國科學家早在多年前就開始著手研究新一代的地址技術IPv6，現在研究已取得了很多項突破性進展，也從理論開始走向實際。從分析IPv6可以看出，IPv6技術所帶來的不僅是對互聯網絡的貢獻，很多方面也能很好地解決目前物聯網發展的各項難題，為物聯網的發展創造良好的網絡通信條件和能力拓展。下面將對IPv6當中的一些關鍵性技術進行解析。

四、IPv6對物聯網的關鍵性支持

1.IPv6地址技術的革命

在地址技術上，IPv6可以說是天翻地覆的變化，它由128位2進制組成，其地址空間的龐大可以說是近乎無限的，不僅解決了互聯網地址匱乏的困境，也給物聯網的發展帶來了決定性的影響，這185億億個地址足以滿足物聯網對地址的龐大需求，不僅如此，因為地址足夠，再不用采用傳統的NAT轉換，這使得網絡可以把更多的資源用于數據傳輸而不是轉換地址。

另外，由于IPv6全新的地址架構既不能也不需再去架設專門的DHCP服務器，因為對于這么龐大的地址分配，很難有這樣高性能的服務器，因此，IPv6中對地址分配采取一種全新的地址分配方式，稱之為無狀態地址分配。簡言之，就是設備連入網絡中后，通過網絡的自動配置功能獲得一個唯一的地址，這樣可以簡化分配過程，降低網絡資源的消耗，提高主網絡的通信效率。

2.IPv6移動技術的革新

傳統的IPv4對于移動設備的支持采用一種稱之為MIPv4的方法，對于較少節點的移動還可以勉強應付，對于物聯網中大量節點的移動將會顯得力不從心，尤其是三角路由問題，將會很快讓網絡陷入死鎖之中。在MIPv6中，采取一種全自動的方式，當節點發生移動情況時，通過接入路由器所公布的接入地址，可以快速生成新的設備地址，設備也可以不與網絡斷開，只需向家鄉代理進行一次注冊即可，這樣網絡的通信能力將大幅提升。所以，MIPv6對物聯網的移動應用提供了強有力的支持。

3.IPv6服務質量的提升

未來物聯網的發展必然會呈現多樣化的網絡業務，不同的網絡業務也對網絡提出了不同的服務質量要求。而在物聯網中，節點數據眾多，這些節點在進行數據傳送的過程中常常會有短時間內大量數據突然產生并發送的情況，所以應當做到對服務質量的精細化控制，這方面可以考慮動態提高應用的服務質量等級。

互聯網發展到現在，也越來越多地要求高質量的網絡服務，所以IPv6中增強了Qos服務，而這一點上也正好可以滿足物聯網應用中的實時性、優先級等服務質量需求。另外，因傳感器的作用不同，在數據傳輸上也有不同的特點，根據這一點，還可以實行差異化服務，合理分配網絡帶寬。

IPv6中不能不提到的就是流標簽技術，它采用20位2進制進行描述，并采用特定的編碼方法，這個流標簽可以被通信結點識別，采用這種技術還可以將同一業務流的包都具有相同的流標簽，這樣就可以通過流標簽來調整流的轉發優先級，最終可以實現根據網絡應用對服務質量的不同要求動態地進行不同服務質量等級的分配。

IPv6具有的很多特性都適合物聯網的大規模應用，就整體而言，使用IPv6不僅能夠滿足物聯網的地址需求，而且還能滿足物聯網對節點移動性、節點冗余、基于流的服務質量保障的需求，很有希望成為物聯網應用的基礎網絡技術。