IPv6技术在物联网中的应用

贾美英

（太原生态工程学校，山西 太原 030025）

一、物联网概念及技术架构

物联网，简言之就是物与物相互连而形成的网络，但又不是单纯的物物相连，它除了各种实物之外，还有为实时采集这些实物的状态和信息的各种传感器，这些传感器与物相互联结在一起，并与互联网相结合而形成一个巨大的全新的网络，这个网络主要的作用是要实现物与物之间的信息传递，使人可以通过这个网络识别、控制和管理这些物。

历史的研究中习惯将物联网技术架构分为三层：分别是感知层、网络层和应用层。感知层主要是由各种不同的传感器所组成，以能够使控制者通过网络识别各种物的信息，所以感知层也可称为传感器网络。网络层与互联网的网络层有相似之处，但又不同。相似之处在于，二者都是要将低层传来的信息通过网络发送出去，不同之处在于，物联网的网络层所传递的信息是从传感器传来的各种物的信号，不同于互联网在网络层中传递的是数据包信息。应用层则提供了一个人与物交互的接口与平台，人不能够直接识别网络层传来的物的信息，通过应用层，可将这些机器的物的信息转化成人可以识别和理解的信息，这样，人就得以操作和管理物联网中的各个物件。当然，这需要与具体产业相结合，才能完美地体现出物联网的作用与价值。如已有的机场安保工作、下水道管线状态的监控等成功案例。

笔者认为，物联网与互联网是不同的，但其内在又存在密不可分的联系，所以物联网应用的发展离不开对互联网的研究与分析。下面，笔者将对这二者之间的关系进行分析，以找出发展物联网的可行之路。

二、物联网与互联网的关系

首先，物联网只有立足于互联网，才能较好较快地发展，因为如果为了发展物联网而重新进行专门的网络搭建，不仅费时费力，而且还会浪费现有的资源。我们知道，物联网中的第一个层次是由大量传感器组成的“传感器网络”，这一点与互联网中具有大量的终端是非常类似的，我们对这些终端收集处理信息的方法与技术完全可以借鉴，这可以省掉大量的人力与财力。

其次，传感器所收集到的信息在传输时也要经过类似互联网的路由、数据重组、纠错等相似的环节。我们完全可以以互联网为基础，在现有的数据传输技术上辅以相应的针对性技术，以实现物联网数据的传递，这样比单独研究物联网网络层数据传输要有效多。

最后，是数据传输的质量问题。我们可以借鉴互联网对传输质量控制的方法，但又必须有所改变，如一台基于物联网的手术对数据传输的实时性、完整性等要求要高得多，所以，以互联网为基础，发展物联网自身特有的技术是必不可少的。

三、物联网的困境

物联网从提出概念到起步发展走过了一段年头，在这个过程中，研究取得了很多的成果，从开始的不明确到现在完整定义的提出，发展出很多具有实际意义的理论与想法，在实践上也取得了一些成果，但这些成果还只是局限于一些特定的领域，离最终的全球互联的普及还为时尚早。当然，不能否定的是物联网现在正处于一个高速发展的黄金时期，从各国政府及研究机构对其的重视当中可见一斑。物联网高速发展对技术的需求与起步阶段技术的不成熟、不完善形成了鲜明的对立，如果这些关键性技术不解决，必然会导致物联网的发展停滞不前。以下是当前物联网发展中所面临的一些关键性问题:

1.地址分配与规划

在物联网中，为了能够准确收集物的信息，必然要部署大量的传感器，如收集温度的、感知压力的、识别大小和形状的等等。它的数量要远远超出网络中物的数量，这样一群数量庞大的传感器，要识别哪些信息是哪一个传感器传来的，同时也为了要对这些传感器进行控制、管理等行为，必然要为这些传感器分配一个地址，这个地址的需求量远远超出了我们的想象，而以互联网为基础的IPv4地址体系，其地址空间已严重不足，趋于饱和，互联网本身对地址的需求已快不能满足，要应对物联网对地址的海量需求是根本不可能的，所以，必须要找到妥善的办法首先把这个问题解决了，否则物联网就不可能进行大规模的发展。

2.物联网路由

在互联网中，节点与终端固然数量众多，每一时刻所发生的数据量也极其庞大，但经过多年的研究与发展，目前互联网中的数据传输路由问题还不成其致命伤，而且当中的很多经验都可以在物联网路由中使用。但有一点是物联网路由所特有的问题，那就是大量节点的移动，如一列高速运行的地铁，为了监控其状态，它所布设的结点数量要比现在所知的互联网中节点群的移动规模要大得多，而互联网在诞生之初对移动性的支持就几乎没有考虑，虽然现在由于手机、移动电脑之类的移动设备对网络的需求而引起网络技术的不断进步，但设计之初的硬伤是不可能从根本上解决节点的问题的，尤其是物联网中这种由大量节点所组成的节点群和节点层的移动。如果照搬套用现在互联网的技术，很快就会使网络陷入彻底的瘫痪状态。所以，在这点上一定要有新的技术支持，否则物联网发展就会局限在某些特定的区域。

3.服务质量

在服务质量方面，也是物联网发展所必须解决的一个难题，因为物联网虽然以互联网为基础，也可以沿用很多互联网的技术与经验，但它必竟不同于互联网，有其自身所特有的特点与需求，对于这些特定的需求，只有发展新的技术去解决，才能使物联网的发展具有强大的生命力，从而在更广阔的空间发展。

基于以上分析，笔者认为要使物联网可以快速地发展，就应该在现有互联网的基础之上发展物联网特有的技术，最终可能使物联网发展出自己的特色，形成自身独特的领域，为我们的生活带来翻天覆地的变化。

我们知道，因为IPv4本身的不足，导致现在的互联网发展受到了前所未有的挑战与限制。为了从根本上解决IPv4所不能解决的问题，世界上各国科学家早在多年前就开始着手研究新一代的地址技术IPv6，现在研究已取得了很多项突破性进展，也从理论开始走向实际。从分析IPv6可以看出，IPv6技术所带来的不仅是对互联网络的贡献，很多方面也能很好地解决目前物联网发展的各项难题，为物联网的发展创造良好的网络通信条件和能力拓展。下面将对IPv6当中的一些关键性技术进行解析。

四、IPv6对物联网的关键性支持

1.IPv6地址技术的革命

在地址技术上，IPv6可以说是天翻地覆的变化，它由128位2进制组成，其地址空间的庞大可以说是近乎无限的，不仅解决了互联网地址匮乏的困境，也给物联网的发展带来了决定性的影响，这185亿亿个地址足以满足物联网对地址的庞大需求，不仅如此，因为地址足够，再不用采用传统的NAT转换，这使得网络可以把更多的资源用于数据传输而不是转换地址。

另外，由于IPv6全新的地址架构既不能也不需再去架设专门的DHCP服务器，因为对于这么庞大的地址分配，很难有这样高性能的服务器，因此，IPv6中对地址分配采取一种全新的地址分配方式，称之为无状态地址分配。简言之，就是设备连入网络中后，通过网络的自动配置功能获得一个唯一的地址，这样可以简化分配过程，降低网络资源的消耗，提高主网络的通信效率。

2.IPv6移动技术的革新

传统的IPv4对于移动设备的支持采用一种称之为MIPv4的方法，对于较少节点的移动还可以勉强应付，对于物联网中大量节点的移动将会显得力不从心，尤其是三角路由问题，将会很快让网络陷入死锁之中。在MIPv6中，采取一种全自动的方式，当节点发生移动情况时，通过接入路由器所公布的接入地址，可以快速生成新的设备地址，设备也可以不与网络断开，只需向家乡代理进行一次注册即可，这样网络的通信能力将大幅提升。所以，MIPv6对物联网的移动应用提供了强有力的支持。

3.IPv6服务质量的提升

未来物联网的发展必然会呈现多样化的网络业务，不同的网络业务也对网络提出了不同的服务质量要求。而在物联网中，节点数据众多，这些节点在进行数据传送的过程中常常会有短时间内大量数据突然产生并发送的情况，所以应当做到对服务质量的精细化控制，这方面可以考虑动态提高应用的服务质量等级。

互联网发展到现在，也越来越多地要求高质量的网络服务，所以IPv6中增强了Qos服务，而这一点上也正好可以满足物联网应用中的实时性、优先级等服务质量需求。另外，因传感器的作用不同，在数据传输上也有不同的特点，根据这一点，还可以实行差异化服务，合理分配网络带宽。

IPv6中不能不提到的就是流标签技术，它采用20位2进制进行描述，并采用特定的编码方法，这个流标签可以被通信结点识别，采用这种技术还可以将同一业务流的包都具有相同的流标签，这样就可以通过流标签来调整流的转发优先级，最终可以实现根据网络应用对服务质量的不同要求动态地进行不同服务质量等级的分配。

IPv6具有的很多特性都适合物联网的大规模应用，就整体而言，使用IPv6不仅能够满足物联网的地址需求，而且还能满足物联网对节点移动性、节点冗余、基于流的服务质量保障的需求，很有希望成为物联网应用的基础网络技术。