IPV6及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

-.zIPV6及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用摘要近幾年，我國明確提出了要大力開展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，規(guī)劃引導(dǎo)下一代網(wǎng)絡(luò)開展。促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的融合開展，業(yè)已成為了我國信息網(wǎng)絡(luò)建立工作的重點(diǎn)之一。而伴隨著科學(xué)技術(shù)的開展以及現(xiàn)代化新應(yīng)用的相繼產(chǎn)生，陳舊的IPv4協(xié)議很難適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的日益開展與進(jìn)步，跟不上時代的開展的趨勢，地址資源日益減少、路由表使用量增大、質(zhì)量效勞不到位等缺乏都使我們開場把目光轉(zhuǎn)向新技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個無線傳感網(wǎng)絡(luò)，這個無線傳感網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。而本文介紹的就是基于IPv6技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，，它把IPv6技術(shù)融入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用分層構(gòu)造構(gòu)建開發(fā)式的網(wǎng)絡(luò)體系，不僅能解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)間、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet間的互連互通問題，同時解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的缺點(diǎn)，如需要數(shù)量巨大的地址資源、需要實現(xiàn)有效地址管理機(jī)制、缺乏應(yīng)有的平安機(jī)制等問題。文章就IPv6技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的應(yīng)用，概述了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及重點(diǎn)解決問題。關(guān)鍵詞：IPV6；物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感引言IPv6是以IETF為設(shè)計根底的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議升級版，作為下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有地址資源豐富、地址自動配置、平安性高以及移動性好等優(yōu)點(diǎn)，它是下一代IP協(xié)議開展的一個客觀趨勢，相對IPv4，具有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入及信息資源共享、地址資源豐富、易開發(fā)等方面的明顯優(yōu)勢。由于6LowPAN技術(shù)支持IPv6與無線傳感網(wǎng)的無縫連接，因此其特別適合應(yīng)用于嵌入式IPv6這一領(lǐng)域，并且還可以通過IPv6協(xié)議接入下一代互聯(lián)網(wǎng)，使人們與周圍環(huán)境更嚴(yán)密地結(jié)合，實現(xiàn)IPv6協(xié)議所倡導(dǎo)的“無處不在的IP〞理念。隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入開展，基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要開展方向。1IPv6核心技術(shù)就IP地址數(shù)量而言，相比之下最顯著的特點(diǎn)就是IPv6是由128位數(shù)字組成的它有相對更寬裕的地址空間，另外在主機(jī)接口處可以提供不痛種類的地址配置，主要包含：全球地址、全球單播地址、區(qū)域地址、鏈路本地地址、地區(qū)本地地址、播送地址、多播群地址、任播地址、移動地址、家鄉(xiāng)地址、轉(zhuǎn)交地址等。IPv6的第二個優(yōu)勢是它可以支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式。其中無狀態(tài)地址自動配置方式是：在地址節(jié)點(diǎn)配置時運(yùn)用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制得到一個局部連接地址。在此地址獲取之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在全自動的狀態(tài)下，得到一個獨(dú)一無二的路由IP。除此之外，IPv6獨(dú)特性可以從以下幾點(diǎn)表現(xiàn)出來。1.1靈活的路由機(jī)制通常的路由算法是：首先在目的地址緩存中查找與發(fā)送報文目的地址匹配的記錄，找不到再在前綴列表中查找與之匹配的記錄，還找不到再看是否有默認(rèn)路由；其中之一匹配成功，得到下一跳地址，如果都不成功，目的地址設(shè)為下一跳地址。再查找鄰居表，如果有與下一跳地址匹配的記錄，用該記錄中的MAC地址發(fā)送報文；否則，調(diào)用地址解析程序解析下一跳IP地址對應(yīng)的MAC地址，解析成功，更新鄰居表，發(fā)送報文，解析失敗，返回錯誤。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)只有一個接口，為簡化下一跳的選擇過程，做如下處理：前綴表中按照前綴長度遞減排序，并加上鏈路本地前綴和默認(rèn)路由，默認(rèn)路由前綴長度設(shè)置為0，是表中的最后一條記錄。這樣在選擇下一跳時，可順序查找前綴表，第一個找到的就是最長前綴匹配，即使在真正的前綴中找不到匹配的下一跳，最后一條記錄是默認(rèn)路由，肯定能匹配成功。刪去目的地址緩存及其匹配過程。目的地址緩存的目的是提高低一跳選擇的效率，在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上的前綴記錄實際上只有三條記錄：鏈路本地地址前綴對應(yīng)的記錄；全球地址前綴對應(yīng)的記錄；默認(rèn)路由。如果還使用目的地址緩存，不僅消耗內(nèi)存空間和代碼空間，而且實際的查詢效率也得不到有效提高。IPV6的優(yōu)點(diǎn)之一就是提供靈活的路由機(jī)制。由于分配IPV4網(wǎng)絡(luò)ID所用的方式，要求位于INTERNET中樞上的路由器維護(hù)大型路由表。這些路由器必須知道所有的路由，以便轉(zhuǎn)發(fā)可能定向到TNTERNET上的任何節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。通過其聚合地址能力，IPV6支持靈活的尋址方式，大大減小了路由表的規(guī)模。在這一新的尋址構(gòu)造中，中間路由器必須只跟蹤其網(wǎng)絡(luò)的本地局部，以便適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)發(fā)消息。鄰居發(fā)現(xiàn)提供以下一些功能：〔1〕路由器發(fā)現(xiàn)。這允許主機(jī)標(biāo)識本地路由器?！?〕地址解析。這允許節(jié)點(diǎn)為相應(yīng)的下一躍點(diǎn)地，址解析鏈路層地址〔替代地址解析協(xié)議〕。地址自動配置。這允許主機(jī)自動配置站點(diǎn)－本地地址和全局地址。鄰居發(fā)現(xiàn)將INTERNET控制消息協(xié)議用于IPV6消息。〔3〕路由器廣告。在偽定期的根底上或響應(yīng)路由器請求由路由器發(fā)送。IPV6路由器使用路由器廣告來公布其可用性、地址前綴和其他參數(shù)?！?〕路由器請求。由主機(jī)發(fā)送，用于請求鏈路上的路由器立即發(fā)送路由器廣告?！?〕鄰居請求。由節(jié)點(diǎn)發(fā)送，以用于地址解析、重復(fù)地址檢測，或用于確認(rèn)鄰居是否仍可?！?〕鄰居廣告。由節(jié)點(diǎn)發(fā)送，以響應(yīng)鄰居請求或通知鄰居鏈路層地址中發(fā)生了更改?！?〕重定向。由路由器發(fā)送，從而為*一發(fā)送節(jié)點(diǎn)指示指向特定目標(biāo)的更好的下一躍點(diǎn)地址。1.2平安機(jī)制IPv4中存在一系列的平安性漏洞，應(yīng)用程序只能通過本身的私有性和認(rèn)證性操作機(jī)制完成平安性操作，而IPv6協(xié)議給出了兩個備選項用于解決這個問題：一個是“平安性操作〞選項，另一個是“IPv6加密平安頭部〞選項。由于不同的用戶或不同應(yīng)用環(huán)境有不同的平安性操作，IPv6協(xié)議允許分別或組合使用這兩個備選項，以提供不同優(yōu)先級別的網(wǎng)絡(luò)效勞性能。實現(xiàn)端到端的平安性，從而從根本上保證了互聯(lián)網(wǎng)通信的平安性。雖然在現(xiàn)階段處在IPv4和IPv6的并存階段，由此還存在密鑰統(tǒng)一管理認(rèn)可的問題，網(wǎng)絡(luò)中可以忽略IPSec加密功能，但純IPv6網(wǎng)絡(luò)中最終將實現(xiàn)全網(wǎng)的IPSec。這對物聯(lián)網(wǎng)中原先基于IPv4架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容審計類信息平安產(chǎn)品將是致命的，產(chǎn)品針對網(wǎng)絡(luò)通路進(jìn)展內(nèi)容審計的功能將失效；對于網(wǎng)絡(luò)控制類產(chǎn)品而言，現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)，如DPI等基于內(nèi)容分析控制的能力也將被削弱。在這種情況下，信息平安產(chǎn)品可能會更多地向端設(shè)備的形式進(jìn)展轉(zhuǎn)變，通過結(jié)合各類平安信息進(jìn)展綜合研判，來實現(xiàn)其平安功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)中IPv6效勞的增加，IPv6網(wǎng)絡(luò)逐步擴(kuò)展，將進(jìn)入IPv4/IPv6共存期。為解決好IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)互訪的問題，目前業(yè)界常用的過渡技術(shù)有：雙協(xié)議棧方式〔DualStack〕、協(xié)議轉(zhuǎn)換〔NAT－PT〕、隧道〔Tunnel〕等[4]。雙協(xié)議棧技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上同時部署IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以同時支持兩種協(xié)議。雙棧策略的優(yōu)點(diǎn)是概念清晰，易于理解，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相對簡單，同時在IPv6邏輯網(wǎng)絡(luò)中可以充分發(fā)揮IPv6協(xié)議的所有優(yōu)點(diǎn)。但是雙棧策略也存在如下缺點(diǎn)：對信息平安設(shè)備的要求較高，要求其不但支持IPv4路由協(xié)議，而且支持IPv6路由協(xié)議，這就要求其維護(hù)大量的協(xié)議和數(shù)據(jù)。協(xié)議轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議翻譯。其優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)展IPv4、IPv6節(jié)點(diǎn)的升級改造，缺點(diǎn)是IPv4節(jié)點(diǎn)IPv6節(jié)點(diǎn)的實現(xiàn)方法比擬復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)展協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換的處理開銷較大。因此，該策略一般是在其他互通方式無法使用的情況下使用。隧道技術(shù)分為手動和自動配置兩種。手工配置由于人工工作量大，導(dǎo)致效率低下，并且容易出現(xiàn)過失，只在大網(wǎng)之間進(jìn)展IPv6互連且隧道的數(shù)目不多時，才會考慮采用。手工方式管理和配置隧道方式，逐漸被多種不同實現(xiàn)機(jī)制的自動配置隧道方式所代替。以上這些復(fù)雜的過渡技術(shù)直接導(dǎo)致了IPv6物聯(lián)網(wǎng)信息平安產(chǎn)品在協(xié)議棧分析、產(chǎn)品架構(gòu)等方面必須進(jìn)展大量開發(fā)升級。因此，IPv4和IPv6共存的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，信息平安產(chǎn)品必須針對過渡技術(shù)進(jìn)展研發(fā)，信息平安產(chǎn)品升級換代不可防止。通過以上的研究分析，IPV6簡化了協(xié)議報頭，并且引入了兩個新的擴(kuò)展報頭AH和ESP。它們幫助IPV6解決了身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性和**性的問題，使IPV6極大地提高了物聯(lián)網(wǎng)傳輸承載層的平安，這是一大進(jìn)步。但是，這些平安機(jī)制對于當(dāng)前的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平安體系造成了很大的沖擊。這些原理和特征發(fā)生明顯變化所引發(fā)的平安問題直接影響到信息平安產(chǎn)品的開展方向。IPV4和IPV6數(shù)據(jù)包格式的比擬:表1IPV4數(shù)據(jù)包格式長度效勞類型版本數(shù)據(jù)包長度數(shù)據(jù)包ID分段移植分段標(biāo)志協(xié)議生存期校驗和源IPV4地址目的IPV4地址IP選項(需要時添加pedding)表2IPV6數(shù)據(jù)包格式效勞類型版本流標(biāo)簽下一報頭跳數(shù)上線凈荷長度源IPV6地址目的IPV6地址IPv6報頭采用128bit地址長度，這是IPv4與IPv6最主要的區(qū)別。IPv6幾乎可以不受限制地提供IP地址，從而確保了端到端連接的可能性。由于地址*圍巨大，IPv6地址在類型方面也發(fā)生了變化，對應(yīng)于IPv4的播送地址已不再有效，有效類型為：單播、組播和任意點(diǎn)播〔RFC2373〕。IPv6地址的變化導(dǎo)致了信息平安產(chǎn)品在尋址原理和實現(xiàn)方法方面都需要進(jìn)展開展變更。為防止由于地址*圍擴(kuò)大而造成的尋址困難的問題，機(jī)制上需要借助更多的特殊地址進(jìn)展輔助判斷。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)以及體系構(gòu)造在“物聯(lián)網(wǎng)〞報告中，有物聯(lián)網(wǎng)的四個關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)：智能技術(shù)——思考事物；RFID——標(biāo)簽事物；納米技術(shù)——微縮事物；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——感知事物。智能技術(shù)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器的“感覺器官〞通過物質(zhì)世界來感知，分別有電、熱、聲、光等一些信號，功能是分別負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、傳輸以及處理信息。近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛開展，過去傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)逐步不能夠適應(yīng)信貸的智能化了，正在不斷的向網(wǎng)絡(luò)化，信息化以及微型化和嵌入式WEB傳感器方面開展。射頻識別技術(shù)的RFID，它是目前市場關(guān)注的最正確技術(shù)。它是在20世紀(jì)90年代的視乎廣泛興起的一種自動識別技術(shù)，它是當(dāng)前仍然比擬先進(jìn)的非接觸性識別技術(shù)。它是通過射頻信號自動識別來獲取所需要的數(shù)據(jù)，它是由讀寫器、標(biāo)簽以及業(yè)務(wù)、傳輸網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)構(gòu)成的。射頻識別技術(shù)的標(biāo)簽當(dāng)中存儲的是具有規(guī)*性的胡同通用的信息，并且通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形式來吧數(shù)據(jù)采集到中央信息系統(tǒng)當(dāng)中，以此來實現(xiàn)對各個物品的識別技術(shù)，并且通過開放型計算機(jī)的實現(xiàn)來實現(xiàn)共享和信息交換技術(shù)，對商品或物品是想的是透明式的管理模式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)〔WSN〕是集信息采集、信息處理、信息傳輸于一體的綜合智能信息系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。Ipv6傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，它把Ipv6技術(shù)融入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用分層構(gòu)造構(gòu)建開發(fā)式的網(wǎng)絡(luò)體系，不僅能解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)間、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet間的互連互通問題，同時解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的缺點(diǎn)，如需要數(shù)量巨大的地址資源、需要實現(xiàn)有效地址管理機(jī)制、缺乏應(yīng)有的平安機(jī)制等問題。下面就IPV6技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的應(yīng)用，概述了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及重點(diǎn)解決問題。2基于IPV6的無線傳感網(wǎng)絡(luò)IPV6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通主要有兩種：直接接入方式、網(wǎng)關(guān)接入方式。〔1〕直接接入方式采用移動終端直接與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信的方式進(jìn)展互聯(lián)，簡化了網(wǎng)絡(luò)接入的模型，不需要特殊的中間節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)，直接接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，成為網(wǎng)絡(luò)終端，實現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無縫融合。IPV6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的直接接入方式如下圖?！?〕網(wǎng)關(guān)接入方式IPV6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，將采集的數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議會聚到網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)處理，接入各種承載網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到效勞器，網(wǎng)關(guān)只需配置相應(yīng)的接入模塊即可。效勞器端對監(jiān)測信息進(jìn)展處理和分析，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。用戶終端通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議效勞器，獲取IPV6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息，實現(xiàn)對設(shè)備的、控制以及有效的管理網(wǎng)關(guān)接入方式如下圖。IPV6根本協(xié)議棧核心協(xié)議的最根本功能：IPV6根本描述協(xié)議、ND鄰居發(fā)現(xiàn)〕協(xié)議、ICMPV6〔因特網(wǎng)控制報文〕協(xié)議和IPV6地址的自動配置協(xié)議等。IPV6根本描述協(xié)議：IPV6數(shù)據(jù)包的發(fā)送、接收、處理等根本功能。ND〔鄰居發(fā)現(xiàn)〕協(xié)議：鄰居發(fā)現(xiàn)的地址解析功能，實現(xiàn)鄰居請求和鄰居通告。CMPV6〔因特網(wǎng)控制報文〕協(xié)議：主要實現(xiàn)控制報文的消息處理，以及對網(wǎng)絡(luò)診斷功能的回應(yīng)請求和回應(yīng)答復(fù)。IPV6地址自動配置協(xié)議：根據(jù)IPV6地址格式的要求，主要實現(xiàn)IPV6鏈路本地地址的配置和請求節(jié)點(diǎn)多播地址的配置。直接接入方式網(wǎng)關(guān)接入方式本文提出通信網(wǎng)絡(luò)采用有線網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相融合拓?fù)淠Ｐ?，如下圖。用現(xiàn)有專用光纖，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)自愈功能，且每個節(jié)點(diǎn)都是一個傳感器，可采集相關(guān)信息數(shù)據(jù)，同時充當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)路由器傳輸數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過接入節(jié)點(diǎn)〔ＡＰ〕接入有線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)通過專用光纖傳輸至中心監(jiān)控系統(tǒng)。ＡＰ節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同有線網(wǎng)絡(luò)交互的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，同時運(yùn)行無線網(wǎng)絡(luò)通信和有線網(wǎng)絡(luò)通信雙協(xié)議。網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序LWIPARPIP-Ethernet協(xié)議AdaptionLayerMACMACPHYPHY無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換在IPV6協(xié)議族中，有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸使用硬件地址〔MAC進(jìn)展識別設(shè)備，其中地址解析協(xié)議〔ARP〕完成IP地址和數(shù)據(jù)鏈路層使用的硬件地址之間的轉(zhuǎn)換，因此為了保證無線傳感器網(wǎng)關(guān)在有線網(wǎng)絡(luò)中的通信，必須要實現(xiàn)ARP協(xié)議功能。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)都還擁有自己唯一的MAC地址，參考TCP/IP下的實現(xiàn)機(jī)制，實現(xiàn)ZIGBEE協(xié)議中的適配層和ARP，實現(xiàn)IP地址到ZIGBEE無線傳感器節(jié)點(diǎn)地址的映射。協(xié)議轉(zhuǎn)化如上圖所示，完成數(shù)據(jù)在ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP有線網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換過程。物理層數(shù)據(jù)鏈路層是通過網(wǎng)橋或交換機(jī)在網(wǎng)段之間根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的信息〔MAC地址〕轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。如圖５所示。網(wǎng)關(guān)用來連接不同體系構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)。如圖6所示。IEEE802.15.4是2004年提出的無線標(biāo)準(zhǔn)的平安網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要定義物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)。802.15.4主要應(yīng)用于工業(yè)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和樓宇自動化領(lǐng)域，后期802.15.4的市場將轉(zhuǎn)向消費(fèi)者和家庭用戶，主要應(yīng)用于家庭自動化、平安和交互式玩具。802.15.4網(wǎng)絡(luò)另一個充滿魅力的應(yīng)用領(lǐng)域是精作農(nóng)業(yè)。針對巨大的中國市場和2008年國際奧林匹克運(yùn)動會，802.15.4技術(shù)產(chǎn)品將在中國的環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。利用該技術(shù)可以對污染源，特別是各工廠廢水，廢氣的排放口進(jìn)展實時監(jiān)測控制，在每個排放口安裝相應(yīng)感應(yīng)器，完成樣本的采集、分析和最終的流量測定。就目前的環(huán)境來說，污染源的數(shù)量大的驚人，僅地區(qū)的排污口就有幾萬個?；贗PV6的IEEE802.15.4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前研究的一個熱點(diǎn)。其中，設(shè)計適合傳感器節(jié)點(diǎn)的嵌入式IPV6協(xié)議棧是一個關(guān)鍵。數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)關(guān)802.15.4工作在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療〔ISM〕頻段，它定義了兩個物理層，即2.4GHZ頻段和868MHZ/915MHZ頻段物理層。免許可證的2.4GHZism頻段全世界都有，而868MHZ和915MHZ的ISM頻段分別只在歐洲和北美有。在802.15.4中，總共分配了27個具有3種速率的信道2.4GHZ波段為全球統(tǒng)一、無需申請的ISM頻段，有助于15.4設(shè)備的推廣和生產(chǎn)本錢的降低。2.4GHZ的物理層通過采用高階調(diào)制技術(shù)能夠提供250KB/S的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更短的通信時延和工作周期，從而更加省電。在868MHZ頻段有1個20KB/S〔或20Ksymbol/s〕的信道。為了滿足低功耗、低本錢的無線網(wǎng)絡(luò)要求，IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會在2000年12月正式批準(zhǔn)并成立了工作組，任務(wù)就是開發(fā)一個低數(shù)據(jù)率的WPAN〔WirelessPersonalAreaNetwork〕標(biāo)準(zhǔn)，它具有復(fù)雜度低、本錢極少和功耗很小的特點(diǎn)，能在低本錢的設(shè)備之間進(jìn)展低數(shù)據(jù)率的傳輸。的局部特點(diǎn)如下：〔1〕低帶寬，支持250kb/S(2.4GHZ)、40kbit/s〔915MHz〕和20kbit/s〔868MHz〕三種速率?！?〕網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵?，支持星型網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)以及Mesh網(wǎng)絡(luò)，可以在拓?fù)渲羞M(jìn)展多跳路由的操作?！?〕支持兩種地址：64bit的標(biāo)準(zhǔn)EUl64長MAC地址、16bit短MAC地址，可以視協(xié)議實現(xiàn)選用兩種地址?！?〕支持時隙保證機(jī)制，通過預(yù)留保證時隙〔GTS〕提供無競爭媒體?！?〕競爭期以CSMA-CA機(jī)制媒體?！?〕以完全確認(rèn)的協(xié)議保證傳輸?shù)目煽啃??！?〕低耗電量，一般運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)都要求使用低功耗的硬件設(shè)備，通常使用電池供電。〔8〕能量檢測〔ED〕?！?〕鏈路質(zhì)量指示〔LQI〕?！?0〕定義了27個信道：2450MHz頻段16個信道、915MHz頻段10個信道和868MHz頻段1個信道。物理層定義了868MHz、915MHz和2.4GHz三個頻段。這些頻段上所采用的調(diào)制和擴(kuò)頻技術(shù)參數(shù)歸納如表1所示。868MHz是歐洲的ISM頻段，915MHz是美國的ISM頻段，這兩個頻段的引入防止了2.4GHz附近各種無線通信設(shè)備的相互干擾。868MHz頻段只有1個信道，915MHz頻段有10個信道，2.4GHz頻段上劃分了16個信道。的調(diào)制和擴(kuò)頻參數(shù)頻率/MHz擴(kuò)頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)碼片速率(kchip/s)調(diào)制方式比特速率/kbps符號速率符號階數(shù)868/915868~868.6300BPSK2020二進(jìn)制902~928600BPSK4040二進(jìn)制24502400~2483.52000O-QPSK25062.5十六進(jìn)制IPv6并不能直接運(yùn)行在IEEE802.15.4MAC層上，由于協(xié)議作為以低功耗低開銷為目的的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在報文長度、底層路由等方面都無法適應(yīng)IPv6的需求，從而無法像在其他MAC層協(xié)議〔如以太網(wǎng)〕上那樣直接構(gòu)建IPv6協(xié)議，這就需要一個中間層——適配層來提供對IPv6必要的支持。因此，6LowPAN在IEEE802.15.4MAC層和IPv6網(wǎng)絡(luò)層之間構(gòu)建了適配層，通過適配層來彌補(bǔ)IEEE802.15.4MAC層對IPv6網(wǎng)絡(luò)層支持的缺乏。IPv6技術(shù)相對于ZigBee、IEEE1451等其他技術(shù)而言，具有如下的優(yōu)勢：〔1〕實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入及信息資源共享：IPv6是今后網(wǎng)絡(luò)開展的客觀趨勢，以TCP/IPv6為根底設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，將為無線傳感器的接入提供極大的方便，使低速無線個域網(wǎng)〔LR-WPAN〕更易于接入其他基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，包括下一代互連網(wǎng)，使其可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)展開展?！?〕更多地址空間：IPv6應(yīng)用于LR-WPAN最大的亮點(diǎn)就是龐大的地址空間，這恰恰滿足了部署大規(guī)模、高密度LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要?！?〕推動無線傳感網(wǎng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化：TCP/IP協(xié)議目前已有比擬成熟的、規(guī)*的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以IP協(xié)議設(shè)計的無線傳感網(wǎng)的通信協(xié)議，更容易推進(jìn)無線傳感網(wǎng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，使不同廠家、不同類型的產(chǎn)品間更便于相互兼容及互聯(lián)互通?！?〕易開發(fā)：目前基于IPv6的許多技術(shù)已比擬成熟，并被廣泛承受，針對LR-WPAN的特性對這些技術(shù)進(jìn)展適當(dāng)?shù)木喓腿∩?，簡化了協(xié)議開發(fā)的過程。由此可見，IPv6技術(shù)在LR-WPAN上的應(yīng)用具有廣闊開展的空間，而將LR-WPAN接入互聯(lián)網(wǎng)也會大大擴(kuò)展其應(yīng)用，使得大規(guī)模LR-WPAN的實現(xiàn)成為可能。4應(yīng)用前景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用及6LowPAN技術(shù)的優(yōu)勢，將在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療領(lǐng)域及其他領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。在環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)方面，將無線