论文导读:：物联网及其发展需求。的瓶颈促成了IPv6的发展。在物联网寻址中的优势。并极大地增强了网络安全性和终端移动性。在保证物联网网络质量中的优势。可以在IP层上对数据包进行高强度的安全处理。
论文关键词：物联网，IPv6，寻址，移动性，网络质量，安全
一、物联网及其发展需求
美国麻省理工学院Auto- ID中心在1999年首先定义了“物联网”的概念：把所有的物品通过射频识别（ RFID） 和条码等信息传感设备与互联网连接起来， 实现智能化识别和管理功能的网络。实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。在2010 年我国的政府工作报告所附的注释中，对物联网有如下的说明：是指通过信息传感设备，按照约定的协议， 把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯， 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这有两层意思： 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二， 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间， 进行信息交换和通讯。
作为互联网的一种延伸，将来成型的物联网将基于现有的互联网实现各种物与物、物与人之间的智能通讯。可以想象，物联网将要联系的对象包括人们日常生活中的各种事物（人也包括在内），其数量之庞大是现有的互联网节点数量所不能比拟的，为了实现这些事物之间的有效通讯移动性，物联网必须为每个接入的对象设定唯一的标志符并提供统一的通讯平台。这一点让我们很自然地联想到下一代互联网通讯协议IPv6。
二、IPv4的瓶颈促成了IPv6的发展
互联网技术发展至今，从个人电脑、智能手机到传感器等，所有设备的通信都需分配到一个唯一编号，即IP地址。目前IPv4（互联网协议第四版）地址总数为2的32次方，即大约43亿，终于在2011年2月3日正式宣告枯竭。IPv6采用128位（2的128次方）地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可用的IP数量，几乎可以给地球上的每个物体都分配到一个IP地址，这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。
在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。
三、IPv6在物联网发展中的优势
互联网TCP/IP协议簇正是一种统一的互联网通讯协议标准，作为下一代IP协议IPv6的引入将使大量的、多样化的终端更容易接入IP网，并极大地增强了网络安全性和终端移动性。基于IPv6的物联网，可以在IP层上对数据包进行高强度的安全处理，使用AH报头、ESP报头来保护IP通信的安全，其安全机制更加完善（相对于IPv4来说）。同时，终端移动性更有利于监测物品的实时位置。IPv6将促进物联网向着更便捷、更安全的方向发展。
1.IPv6在物联网寻址中的优势
随着互联网本身的快速发展，IPv4地址空间已经很难再满足物联网对网络地址的庞大需求论文网站。IPv6拥有巨大的地址空间，同时128 bit的IPv6的地址被划分成两部分，即地址前缀和接口地址，与IPv4地址划分不同的是，IPv6地址的划分严格按照地址的位数来进行，而不采用IPv4中的子网掩码来区分网络号和主机号。
IPv6采用了无状态地址分配的方案来解决高效率海量地址分配的问题。其基本思想是网络侧不管理IPv6地址的状态，包括节点应该使用什么样的地址、地址的有效期有多长，且基本不参与地址的分配过程。节点设备连接到网络中后，将自动选择接口地址（通过算法生成IPv6地址的后64位），并加上FE80的前缀地址，作为节点的本地链路地址，本地链路地址只在节点与邻居之间的通信中有效，路由器设备将不路由以该地址为源地址的数据包。在生成本地链路地址后移动性，节点将进行DAD（地址冲突检测），检测该接El地址是否有邻居节点已经使用，如果节点发现地址冲突，则无状态地址分配过程将终止，节点将等待手工配置IPv6地址。如果在检测定时器超时后仍没有发现地址冲突，则节点认为该地址可以使用，此时终端将发送路由器前缀通告请求，寻找网络中的路由设备。当网络中配置的路由设备接收到该请求，则将发送地址前缀通告响应，将节点应该配置的IPv6地址前64位的地址前缀通告给网络节点，网络节点将地址前缀与接口地址组合，构成节点自身的全球IPv6地址。
采用无状态地址分配之后，网络侧不再需要保存节点的地址状态，维护地址的更新周期，这大大简化了地址分配的过程。网络可以以很低的资源消耗来达到海量地址分配的目的。
2.IPv6对物联网节点移动性的支持
目前互联网的移动性不足造成了物联网移动能力的瓶颈。IPv4协议在设计之初并没有充分考虑到节点移动性带来的路由问题，即当一个节点离开了它原有的网络，如何再保证这个节点访问可达性的问题。
IPv6协议的设计就充分考虑了对移动性的支持。针对移动IPv4网络中的三角路由问题，移动IPv6提出了相应的解决方案。
首先，从终端角度IPv6提出了IP地址绑定缓冲的概念，即IPv6协议栈在转发数据包之前需要查询IPv6数据包目的地址的绑定地址。如果查询到绑定缓冲中目的IPv6地址存在绑定的转交地址，则直接使用这个转交地址为数据包的目的地址。这样发送的数据流量就不会再经过移动节点的家乡代理，而直接转发到移动节点本身。
其次，MIPv6引入了探测节点移动的特殊方法，即某一区域的接入路由器以一定时间进行路由器接口的前缀地址通告。当移动节点发现路由器前缀通告发生变化，则表明节点已经移动到新的接入区域。与此同时根据移动节点获得的通告，节点又可以生成新的转交地址，并将其注册到家乡代理上。
MIPv6的数据流量可以直接发送到移动节点，而MIPv4流量必须经过家乡代理的转发。在MIPv6的网络中，传感器进行群切换时只需要向家乡代理注册，之后的通信完全由传感器和数据采集的设备之间直接进行，这样就可以使网络资源消耗的压力大大下降。因此。在大规模部署物联网应用移动性，特别是移动物联网应用时，MIPv6是一项关键性的技术。
3.IPv6在保证物联网网络质量中的优势
网络质量保证也是物联网发展过程中必须解决的问题。IPv6在其数据包结构中定义了流量类别字段和流标签字段。流量类别字段有8位，和IPv4的服务类型（ToS）字段功能相同，用于对报文的业务类别进行标识；流标签字段有20位，用于标识属于同一业务流的包。流标签和源、目的地址一起，惟一标识了一个业务流。同一个流中的所有包具有相同的流标签，以便对有同样QoS要求的流进行快速、相同的处理。
在物联网应用中普遍存在节点数量多、通信流量突发性强的特点。与IPv4相比，由于IPv6的流标签有20 bit，足够标记大量节点的数据流。同时与IPv4中通过五元组（源、目的IP地址，源、目的端口、协议号）不同，IPv6可以在一个通信过程中（五元组没有变化），只在必要的时候数据包才携带流标签，即在节点发送重要数据时，动态提高应用的服务质量等级，做到对服务质量的精细化控制。
当然IPv6的QoS特性并不完善，由于使用的流标签位于IPv6包头，容易被伪造，产生服务盗用的安全问题。因此。在IPv6中流标签的应用需要开发相应的认证加密机制。同时为了避免流标签使用过程中发生冲突，还要增加源节点的流标签使用控制的机制，保证在流标签使用过程中不会被误用论文网站。
4.IPv6在物联网安全中的优势
由于物联网应用中节点部署的方式比较复杂，节点可能通过有线方式或无线方式连接到网络。因此节点的安全保障的情况也比较复杂。在使用IPv4的场景中一个黑客可能通过在网络中扫描主机IPv4地址的方式来发现节点，并寻找相应的漏洞。而在IPv6场景中，由于同一个子网支持的节点数量极大（达到百亿亿数量级），黑客通过扫描的方式找到主机难度大大增加。在基础协议栈的设计方面，IPv6将IPsec协议嵌入到基础的协议栈中，通信的两端可以启用IPSec加密通信的信息和通信的过程。网络中的黑客将不能采用中间人攻击的方法对通信过程进行破坏或劫持。即使黑客截取了节点的通信数据包，也会因为无法解码而不能窃取通信节点的信息。
同时，由于IP地址的分段设计将用户信息与网络信息分离，使用户在网络中的实时定位很容易。这也保证了在网络中可以对黑客行为进行实时的监控，提升了网络的监控能力。
另一方面，物联网应用中由于成本限制移动性，节点通常比较简单，节点的可靠性也不可能做得太高。因此，物联网的可靠性要靠节点之间的互相冗余来实现。又因为节点不可能实现较复杂的冗余算法，因此一种较理想的冗余实现方式是采用网络侧的任播技术来实现节点之间的冗余。采用IPv6的任播技术后，多个节点采用相同的IPv6任播地址（任播地址在IPv6中有特殊定义）。在通信过程中发往任播地址的数据包将被发往由该地址标识的“最近”的一个网络接口，其中“最近”的含义指的是在路由器中该节点的路由矢量计算值最小的节点。当一个“最近”节点发生故障时，网络侧的路由设备将会发现该节点的路由矢量不再是“最近”的，从而会将后续的通信流量转发到其他的节点。这样物联网的节点之间就自动实现了冗余保护的功能。而节点上基本不需要增加算法，只需要应答路由设备的路由查询，并返回简单信息给路由设备即可。
四、结束语
IPv6具有很多适合物联网大规模应用的特性，虽然IPv6还有众多的技术细节需要完善，但从整体来看，使用IPv6不仅能够满足物联网的地址需求，同时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。目前，我国应当利用IPv6应用普及的大好时机，加大对IPv6技术在物联网中应用的研究力度，争取占领物联网新技术、新应用研究的前沿阵地。
参考文献：
[1]刘楚达.移动IPv6网络及其QoS上下文转接技术[M] . 国防科技大学出版社，2007
[2]张玉军.可信的移动IPv6网络及协议[M]. 北京科学出版社，2008
|
