基于6LoWPAN的IPv6智慧校園關(guān)健技術(shù)研究

胡銳 芮忠

【摘要】??? “智慧校園”是指在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，把教學(xué)、管理、科研、學(xué)習(xí)通過多種應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系在一起的的智慧化的網(wǎng)絡(luò)校園。智慧校園主要通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算平臺、虛擬化等最前沿的信息技術(shù)，將學(xué)校物理設(shè)備和學(xué)校師生進(jìn)行結(jié)合，對校園教學(xué)、科研、管理、一卡通等應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行高度整合并對信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，給管理層提供決策分析。

【關(guān)鍵詞】??? 6LoWPAN??? IPv6??? 智慧校園

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)作為智慧校園網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)，但傳統(tǒng)的 IPv4 地址不足以支持大量傳感節(jié)點(diǎn)的地址分配，基于IPv6的低速無線個(gè)域網(wǎng)（6LoWPAN）標(biāo)準(zhǔn)是一種適配無線傳輸標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4 和 IPv6 協(xié)議的技術(shù)，可使傳感節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立IPv6地址，能夠直接與 IP 網(wǎng)絡(luò)通信，利用 IP 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)多種多樣應(yīng)用，適合無處不在的傳感網(wǎng)絡(luò)。

分析了 IPv6 應(yīng)用于智慧校園網(wǎng)絡(luò)所面臨的一些問題并提出了相應(yīng)的解決措施，具體包括提出了一種基于6LoWPAN 的物聯(lián)網(wǎng)尋址策略和在此基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)的 IPv6 報(bào)頭壓縮算法并通過仿真軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于6LoWPAN的IPv6智慧校園系統(tǒng)。

二、相關(guān)技術(shù)

2.1 IPv6 介紹[1]

IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的縮寫，是 IETF用于設(shè)計(jì)、替代 IPv4 的下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議。IPv6地址長度比原 IPv4 增加了 96 位（二進(jìn)制位），是 IPv4 地址長度的 4 倍，大大豐富了地址資源。該協(xié)議的出現(xiàn)和成功應(yīng)用，有效地解決了 IPv4 的設(shè)計(jì)缺陷，重建了端到端的通信，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和減少了路由表?xiàng)l數(shù)增加可用性等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)[2]

6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)是一種類似于ZigBee協(xié)議的新型網(wǎng)絡(luò)，利用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，性能較 ZigBee 更好可以運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)接口層，能夠與以IP為基礎(chǔ)的系統(tǒng)相連接， 通過6LoWPAN 實(shí)現(xiàn) TCP/IP協(xié)議的分層數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)通信。

6LoWPAN采用的適配層技術(shù)使得 6LoWPAN節(jié)點(diǎn)能夠應(yīng)用 IPv6技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換等，其架構(gòu)由低功耗無線局域網(wǎng)（LoWPAN）組成，這些LoWPAN是IPv6的末梢網(wǎng)絡(luò)，分為簡單LoWPAN、擴(kuò)展 LoWPAN和自組織LoWPAN 三種網(wǎng)絡(luò)。

三、智慧校園關(guān)健技術(shù)研究

基于 TCP/IP 通信協(xié)議架構(gòu)的 IPv4 尋址技術(shù)廣泛應(yīng)用于高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)中，IPv4 亦能較好運(yùn)行在物聯(lián)網(wǎng)上，這看上去是很符合目前我國高校校園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的尋址方案，但由于布局在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)通常數(shù)量巨大驚人，而 IPv4 的地址容量已經(jīng)有枯竭的趨勢，并且目前通常使用的 DHCP 的接入地址分配方式對網(wǎng)絡(luò)中的硬件資源有著過高的要求，這使得像 DHCP 這樣的地址分配方式難以應(yīng)用在具有海量傳感器節(jié)點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，由此很多互聯(lián)網(wǎng)學(xué)者和專家認(rèn)為 IPv6 協(xié)議更適合運(yùn)行在下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上。

與 IPv4 相比，IPv6 具備了更大的地址空間、更好的可擴(kuò)展性、更高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸、更好的安全管理架構(gòu)和更好的移動(dòng)支持，更適合物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展需求。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的感知層負(fù)責(zé)對感知信息的過濾、提取和收集，主要包含著大量的傳感器終端節(jié)點(diǎn)，這些傳感器終端節(jié)點(diǎn)組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并且該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線低速個(gè)域網(wǎng)。

無線低速個(gè)域網(wǎng)靠 IEEE802.15.4協(xié)議完成通信，不過，由于 IPv6 報(bào)文和 IEEE802.15.4 報(bào)文無論在報(bào)文格式還是在使用環(huán)境上都有明顯的不同，所以 IEEE802.15.4 網(wǎng)絡(luò)并不能支持 IPv6 協(xié)議在其上直接運(yùn)行，IEEE802.15.4 協(xié)議和 IPv6 協(xié)議是兩種類型不同的協(xié)議，他們之間要想要實(shí)現(xiàn)通信，則應(yīng)該通過適配作用來解決他們之間的異構(gòu)性。

6LoWPA就是這樣一種適配技術(shù)它可以使 IEEE802.15.4 通信協(xié)議和 IPv6 協(xié)議這兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間互相通信，使得IPv6 協(xié)議能夠運(yùn)行在 IEEE802.15.4 網(wǎng)絡(luò)中，保證了 IPv6 對物聯(lián)網(wǎng)中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的 IP 地址具有全球唯一性。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]杜紅林.IPv6雙棧技術(shù)在校園網(wǎng)中過渡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以貴州師范大學(xué)校園網(wǎng)為例[J].信息技術(shù)與信息化，2019（05）：97-100

[2]龔成瑩，何輝，馬應(yīng)蓮，梁金榮，劉陽.基于6LoWPAN的無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)[J].無線電工程，2018，48（07）：531-535.

胡 銳（1986-），男，漢族，安徽六安人，工程師，碩士研究生，工作單位：蘇州科技大學(xué)，職務(wù)：教師，研究方向：大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)

基金項(xiàng)目 本文為江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2018年度智慧校園專項(xiàng)課題“（課題編號：2018-R-66953）的階段性研究成果。