刘 刚

（白城师范学院 计算机科学学院，吉林 白城 137000）

0 引言

物联网是在无线传感器网络基础上发展而形成的一种融合无线射频识别（RFID）系统、传统有线和无线互联网、移动通信网络以及其他通信技术的新兴网络［1-3］。将IPv6引入到物联网中，能够实现端到端的通信与控制、兼容多种物理层协议的功能，同时由于IPv6地址资源巨大，节点间无需网络地址转换即可进行通信，因此更加适合大规模高密度的物联网网络［4］。与传统互联网终端系统相比，物联网终端节点具有低带宽、低处理能力、小内存、低功耗的特点。因为处理能力、存储能力、能量等方面的资源不足，所以要求运行在物联网节点上的协议栈必须满足占用资源较少、功能可重构、协议轻量化以及一定的安全需求。所以，将IPv6技术应用到无线传感器网是当前物联网研究的一个热点，越来越多的研究机构投入物联网轻量级TCP/IP协议栈的开发和实现，,这片领域研究前景相当广阔。

1 物联网中轻量级IPv6协议实现技术概述

为了满足物联网节点低能耗、协议精简的需求，近年来研究人员对物联网不断深入地研究，已取得了一些重要的成果。

2000年12月份IEEE标准委员会正式批准并成立了802.15.4工作组，任务就是开发一个低数据率的WPAN标准[3]，它具有复杂度低、成本极少、功耗很小的特点，能在低成本的设备之间进行低数据率的传输。Zigbee联盟[4]基于802.15.4MAC层协议提出了一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，拥有自己的无线电标准。

IETF于2004年11月正式成立了6LoWPAN工作组，着手制订了基于IPv6的低速无线个域网标准，目的就是将IPv6引入以IEEE802.15.4作为底层标准的无线个域网中。目前，IETF的6LoWPAN工作组正计划将IEEE802.15.4完善为支持IP通信连接，使其成为一类真正开放标准，最终完全实现与其它IP设备的互操作。2008年2月IETF成立了ROLL工作组。该工作组的目标是使得公共的、可互操作的第3层路由能够穿越任何数量的基本链路层协议和物理媒体。

为了推动IP协议作为网络互联技术用于连接传感器节点或者其它的智能物体以便于信息的传输，2008年9月，Cisco、SAP和Sun等25家业界领先的技术公司联合成立了IPSO联盟。IPSO联盟则致力于补充IEEE和IETF两个组织的工作，大力倡导将传感器网络融合到IP技术体系中。2010年3月IETF成立了CoRE工作组[6]，主要任务是研究资源受限物体的应用层协议，CoRE提供面向IP网络资源受限资源的应用程序框架。目前，IETF组织中的LWIPBOF组也在研究这个问题，它的目标是基于受限网络制定出一个统一的轻量级IP协议栈。

上述所有的研究成果为基于IPv6的物联网协议简化奠定了坚实的研究基础。要满足物联网的整体需求，必须对传统互联网中的计算机的协议进行精简。对物联网中运行的现有互联网协议进行简化和修改，大多数的研究工作都遵循以下四个原则：

1）简化协议交互过程，以减少没有必要的协商、握手和验证的环节；

2）简化协议数据包中无用或冗余的字段，以减少总体报文大小，从而有效地提高荷载比；

3）对无关乎特殊严格顺序的协议协商过程中产生的多个数据包，可以进行信息压缩与聚合，使多个数据包的内容整合到少数报文中，或对数据包中的数据内容进行无损压缩，而在接收端进行解析和还原，从而达到减少数据包的交互过程和提高有效载荷比的目的。

4）简化的协议应不影响物联网多协议网关进行协议翻译的实现，即能较容易地实现物联网节点和互联网节点协议的互通。

文献[5]中设计并实现了物联网中轻量级的IPv6协议，为了保证每个物联网节点至少拥有一个IP地址，并且加入了针对物联网场景的路由协议，网络层最大的改进是引入了6LoWPAN协议，当系统需要时，对报文进行分片和报头压缩等。

文献[6]设计并实现的简化的IPv6协议，简化方案主要根据上述原则2和原则3对其进行轻量化。基本的思路是：省去IP版本号、流分类等冗余字段信息，同时进一步压缩载荷内容。

文献[7]着重阐述IPv6协议栈中几个基本协议，在此基础上，对协议栈进行裁剪，给出数据处理流程，并详细介绍协议栈各模块的实现细节。

2 总结

IPv6巨大的地址空间使得每个嵌入式设备都具有独立的IP地址，IPv6技术的出现解决了上述地址资源缺乏问题，因此，在嵌入式设备上应用IPv6地址是顺应时代发展需求的。针对物联网节点资源受限的特点，很多研究文献提出了物联网中轻量级IPv6协议的设计和实现技术，这些技术对传统互联网中的IPv6及DHCPv6协议进行了简化研究，使得简化后的协议不仅未影响原有协议的功能，还具有高效、节能和占用资源少等特点，从而整体上提高了物联网数据吞吐率。

［1］徐小涛，吴延林.无线个域网(WPAN)技术及其应用[Ml.北京:人民邮电出版社，2009，12-13.

［2］ZigBeeAllianee[EB/OL」.http://www.zigbee.org.

［3］IPSOAllianee[EB/OL].http://www.iPso－allianee.org.

［4］孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社，2005，35-50.

［5］刘佳.精简的IPv6协议栈在嵌入式系统中的应用与实现[D].昆明：昆明理工大学，2009.

［6］刘昕，胡光武，陈文龙，徐恪.面向物联网的IPv6协议简化[J].北京：清华大学学报,2012,v(52)5：22-26.

［7］王毅敏.精简的IPv6协议栈在嵌入式系统中的应用与实现[D].成都：电子科技大学，2012.