泛在网感知延伸层的关键技术及IPv6技术在其中的应用及现状分析

cslehe

#111723#1. 泛在收集基础观点
Ubiquitous（无所不在）源自拉丁语，意为存在于任何处所。1991年Xerox试验室的盘算机迷信家 Mark Weiser初次提出“泛在盘算”（Ubiquitous Computing）的观点，描写了任何人不管何时、何地都能够通过适合的终端装备与收集停止衔接，获得特性化信息效劳。跟着IT技巧和通讯技巧的开展，通讯收集将不但仅要满意人与人之间的通讯需要，并且要进一步开展到人与呆板（或物体）以及呆板到呆板之间的通讯，并朝着无所不在的收集偏向演进。在将来异构的收集情况中，广域网、局域网、车域网、家域网、个域网等差别档次、多种收集技巧会相互互补、融会开展，并在微电子技巧、嵌入式技巧、短间隔通讯技巧、传感器技巧、智能标签技巧的支持下，终究促进“泛在信息社会的实现”。

泛在网是指基于团体和社会的需要，应用现有的和新的收集技巧，实现人与人、人与物、物与物之间按需停止的信息获得、通报、存储、认知、决议、应用等效劳，泛在网收集具有超强的情况感知、内容感知及智能性，为团体和社会供给泛在的、无所不含的信息效劳和利用。
“5C+5Any”是泛在收集的要害特点，5C分辨是：融会（Convergence），内容（Contents），盘算（Computing），通讯（Communication），衔接（Connectivity）。5Any分辨是：任何时光（Any time），任何所在（Anywhere），任何效劳（Any Service），任何收集（Any Network），任何工具（Any t）。整体意思是，通过底层全连通的、牢靠的、智能的收集，以及融会的IT技巧和通讯技巧，将通讯效劳扩大到教导、金融、智能建造、交通/物流、安康医疗、灾祸治理、保险效劳等行业，为人们供给更好的效劳。
2. 泛在网收集架构
泛在网的收集架构能够分别为感知 /延长层、收集层、利用层构成的三层系统构造
（1）泛在网的感知延长层通过传感器、二维条码、RFID标签、多媒体信息等信息收集终端实现物理天下各种目的的属性、标识、状况、范例、数目、强度等的各种信息获得，并通过收集、信息处置和旁边件等技巧将感知信息停止部分或全局地交互处置聚合等操纵从而构成为收集层供给物理天下的感知信息。感知延长层必需处理低功耗、低本钱和小型化的成绩，而且面向更敏感、更片面的感知才能偏向开展。
（2）泛在网的收集层包含接入网子层和中心网子层。接入网子层包含卫星至空中无线接入、有线宽带接入、无线宽带接入、2G/3G/超3G挪动接入等种种接入技巧。中心网子层包含现有的电信网、互联网、广电网、将来的下一代收集（如NGN/NGI）以及各个行业自建的行业公用收集。泛在收集既然作为一个收集，就须要一个同一的收集架构和协定基本，现在在中心层面能够斟酌与NGN/IMS融会，中心协定包含SIP和TCP/IP等，在接入层面须要斟酌多种有线和无线技巧的协同，如Wi-Fi，WAPI，2G，3G，LTE，UWB，ZigBee等。
（3）泛在网的利用层重要实现信息的处置、协同、同享、决议，包含利用支持子层和利用效劳子层。利用支持子层向行业效劳供给同一、牢固的一些收集支持效劳，特殊是为一些行业融会效劳供给支持，以便支撑差别行业之间的互通。利用效劳子层包含泛在网大众效劳、行业公用效劳等。营业和利用触及海量信息的智能处置、散布式盘算、旁边件、信息发明等多种技巧。
3. 泛在网感知延长层的要害技巧
泛在网感知延长层的要害技巧包含数据收集技巧、无线/有线传输技巧、组网技巧、信息处置技巧以及旁边件技巧，同时还触及感知延长层与收集层的互通技巧。
（1）数据收集技巧。重要用于收集物理天下中产生的物理变乱和数据，包含各种物理量、标识、音频、视频数据，能够应用传感器、RFID、一维码/二维码随时随地获得物体信息，通过量媒体技巧收集音、视频信息，通过定位技巧获得物体定位信息。
（2）无线/有线传输技巧。重要用于弥补和延长接入收集，使得收集可能把种种“物”接入到收集，现在，重要采取种种短间隔无线通讯技巧，包含 IEEE802.15.4，UWB，NFC，蓝牙技巧等。
（3）组网技巧。通过无线自构造收集技巧，将疏散的节点在必定范畴以内主动构成一个收集，实现各节点收集信息的同一处置，同一传递，或许经由节点之间的彼此“接洽”，协商传递各自的部份信息，终究实现信息牢靠、高效传递。
（4）信息处置技巧。实现海量信息的协同处置，供给智能、准确的多元化信息效劳。
（5）旁边件技巧。屏障底层软（操纵体系）、硬件差别，构建同一的开辟平台，封装通用的功效组件，为下层利用供给效劳。
（6）与收集层互通技巧。感知延长层能够采取两种差别的技巧线路，一种长短IP 技巧，如ZigBee协定，另一种是IP技巧。现在，收集层重要采取IP技巧组网，因而要实现采取非IP技巧的感知延长层与收集层的互联，必需通过网关装备实现协定互通。
4. IPv6技巧在泛在网感知延长层的利用
4.1 泛在网感知延长层IP技巧线路
从现在的技巧开展来看，泛在网感知延长层智能终真个组网技巧能够采取两种差别的技巧线路，一种长短IP技巧，如ZigBee工业同盟开辟的ZigBee协定;另一种是IETF和IPSO工业同盟提倡的将IP技巧向下延长利用到感知延长层。明显，采取IP技巧线路，将有助于实现端到真个营业安排和治理，并且无需协定转换便可实现与收集层IP承载的无缝衔接，简化收集构造。IP协定还存在以下特色顺应于泛在网的需要，包含：
（1）IP协定是由 IETF尺度化的开放协定，应用它不须要交额定的受权用度。
（2）IP协定是轻量级的协定。IP已经被以为是分量级的，然而近来很多小型的轻量级IP协定栈曾经胜利开辟，如uIP，Arv6，NSv6，uIPv6，IwIP等，可能满意感知延长层低功耗、低存储容量、低运算才能智能终真个特别需要。
（3）IP协定可扩大性强。如IPv6协定可能支撑宏大的地点空间，采取分层的地点构造可能支撑较大的收集范围。
（4）IP 协定可治理性强。IP收集存在一套完整成熟并被普遍承认的治理协定和机制。
（5）IP协定计划的硬朗性、机动性以及协定分层的理念架构，使其可能支撑几近全部的利用范例，包含近程装备把持等低数据传输速度的利用，IP电话等耽误敏感的利用，以及文件下载等大批数据传输的利用等。
（6）IP 协定与底层数据链路层协定有关。IP技巧采取了分层架构，使其可能任务在任何物理层面上，从有线到Wi-Fi到低功耗无线电等。
（7）IP 收集无所不在，几近全部的收集都供给有线或许是无线方法的IP接入。
因而，从技巧层面来看，在泛在网感知延长层采取IP技巧线路将可能更好的满意泛在网将来的开展须要。
4.2 IPv6技巧在泛在网感知延长层的利用
在泛在收集情况下，要实现“一物一地点，万物皆在线”，将须要大批的IP地点资本，就现在可用的IPv4地点资本量来看，远远没法满意感知智能终真个联网需要，特殊是在智能家电、视频监控、汽车通讯等利用的范围遍及以后，地点的需要会敏捷收缩。从现在可用的技巧来看，只有IPv6可能供给充足的地点资本，满意端到真个通讯和治理需要。 IPv6协定除存在4.1节描写的IP协定通用特征以外，还存在以下特色：
（1）即插即用。IPv6引入主动设置以及重设置技巧，对于 IP地点等信息实现主动增删更新设置，进步IPv6的易治理性。
（2）保险性。IPv6集成了IPSec，用于收集层的认证与加密，为用户供给端到端保险。
（3）效劳品质。新增流标志域，为源宿端疾速处置及时营业供给可能。
（4）挪动性。挪动IPv6加强了终真个挪动特征，为用户供给了永恒在线的效劳。
上述特征使得IPv6除满意泛在网宏大地点空间的需要以外，也能更好地满意泛在网智能终真个互联需要，然而须要对协定栈停止须要的简化，改良路由机制以满意低功耗、低存储容量、低运算才能的智能节点以及存在消耗的收集情况下的特别组网需要。
5. 利用于泛在收集感知/延长层的IPv6技巧尺度化近况
现在，IETF重要有6lowPAN，ROLL任务组和6lowAPP担任研讨感知延长层的IPv6利用和低功耗路由相干协定。
（1）6lowPAN（IPv6 over Low Power WPAN）任务组的研讨重点为适配层、路由、包头紧缩、分片、IPv6、收集接入和收集治理等技巧。该任务组已实现两个RFC：《概述、假定、成绩陈说和目的》（RFC4919）;《基于IEEE802.15.4的IPv6报文传递》（RFC4944）。
（2）ROLL（Routing Over Low Power and Lossy Networks）任务组重要研讨低功率消耗收集的路由成绩。该任务组已实现两个RFC：《市区低功率消耗收集情况下的路由需要》（RFC5548）;《低功率消耗收集情况下产业路由需要》（RFC5673）。
（3）6lowAPP重要研讨基于资本束缚的节点和收集利用，如无线嵌入式收集利用。现在，6lowAPP还不是IETF的一个任务组，在IETF75 “BarBOF”集会中明白了5个研讨范畴，包含利用协定、营业发明、传输、保险和数据表述。
建立于2008年9月的IPSO工业同盟，也鼎力提倡将泛在网感知延长层融会到IP技巧系统中。IPSO同盟的目的是供给给用户更多的有关智能物体和产业范畴以及市场方面的信息。该同盟将供给案例研讨和白皮书，跟踪IETF和别的尺度构造的尺度，构造演示和互操纵性测试等任务。IPSO开端任务的第一个目的是，在IEEE 802.15.4尺度上实现IPv6的互操纵性。现在，已宣布了4个相干的白皮书，包含IP技巧利用于智能物体、轻量级的操纵体系、6LoWPAN收集尺度以及街坊发明机制。
6. 停止语
在将来的泛在收集情况中，收集将不再是主动地满意用户的需要，而是要自动感知用户场景的变更，并停止信息交互，为用户供给特性化的效劳。依据现阶段技巧和营业的开展情形，将来几年，泛在网将处于泛在物联阶段，即以满意物物通讯需要目的为主。因而，能够联合终端装备对地点的大批需要，以简化收集构造和端到真个营业治理为动身点，斟酌在绝对关闭的物联网中利用IPv6技巧，实现智能物体的泛在互联，同时动员全部IPv6工业的成熟，为下一代互联网大范围安排IPv6技巧奠基基本。
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