CNGI与物联网技术综述

CNGI与物联网技术综述
报告人：周圆圆
主要内容
无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.简介
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
主要内容
无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.简介
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
研究背景
对于许多应用而言，无线传感器网络（WSN）一般不以孤立网络的形式存在，而是需要通过一定的方式与其他外部网络互联。

以便通过外部网络上的设备方便地对其进行管理、控制与访问，或借助已有网络设施实现WSN的大规模组网。

目前,TCP／IP的广泛应用已使其成为有线网络的协议标准，并且其应用范围正逐步向无线领域拓展，IP从v4升级到v6，因此，如何实现WSN与IPv6网络的互联已成为当前的热点研究方向之一。

研究背景
WSN与IPv6结合的应用：
●地址空间
●移动性
●安全性
●无状态自动配置
研究背景
地址空间
IPv6提供了非常大的地址空间。

这个特点对于WSN的某些应用是非常有吸引力的，例如智能家居。

研究背景
移动性
不论设备平常是通过有线媒体或者无线媒体连接到网络，当设备移动时，如果不论移动设备实际上在何处，其它设备都能够通过同一个IP地址来访问该设备，这样将是很方便的。

而且在某些应用场合下，这种能力还是必须的，例如医疗监控／健康监控等。

研究背景
安全性
在IP协议发展中，对安全服务的一个建议是根据不同的用户名进行身份验证并加以访问控制。

同时还提出了关于一致性的强制措施。

安全性在国防方面的WSN应用中非常重要。

工业控制中也有可能出于商业机密保护的角度而要求一定的安全性。

研究背景
无状态自动配置
IPv6协议支持即插即用网络连接。

如果是状态自动配置，如DHCP(动态主机分配协议) ，则需要安装和管理DHCP服务器，不够灵活。

而通常WSN应用中的无线网络部分的规模较小，所以无状态自动配置更适合WSN应用。

无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.简介
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
互联方式
WSN与IPv6网络互联的方式主要包括：
●Peer to Peer方式
●重叠方式
●全IP方式
Peer to Peer方式
Peer to Peer方式通过设置特定的网关节点，在内外网的相同协议层次之间进行协议转换，实现内外网之间的互联。

按照网关节点所工作的协议层次的不同，可进一步细分为应用网关和NAT(network address translation)网关两种方式。

Peer to Peer方式
应用网关方式
在内外网之间设置一个或多个代理服务器，是实现两者互联的最简单方式。

从协议角度看，代理服务器工作在应用层，因此被称为应用网关方式。

在该方式下，只有网关节点才需要支持IPv6协议。

由于内外网在所有协议层次上都可以完全不同，所以在内网完全可以根据WSN的特点与要求设计相应的通信协议。

Peer to Peer
图1 应用网关互联方式协议栈
Peer to Peer方式
NAT(network address translation)网关方式该方式假定在内网采用以地址为中心的私有网络层协议，而在外网采用标准的IPv6网络层协议，由NAT网关在网络层完成WSN与外网之间的地址和协议转换。

网络层以上都可以采用相同的协议。

对于每个内网节点而言，它既需要被分配一个本地唯一的内部地址，又需要被分配一个全球唯一的IP地址。

分别用于在内外网范围内标识节点和路由寻址。

Peer to Peer 图2 NAT网关方式协议栈
重叠方式
重叠方式：在内外网采用不同协议栈的情况下，通过协议承载而不是协议转换实现彼此之间的互联。

它也分为两类：
✓WSN over IPv6
✓IPv6 over WSN
重叠方式
WSN over IPv6
在该方式下，外网上所有需要与WSN通信的节点以及连接内外网的网关节点被称作WSN的虚节点(virtual node)，它们所组成的网络被称作WSN的虚网络(virtual network)，虚网络被看作是实网络(即WSN)在外网上的延伸。

在实网络部分，每个WSN节点都运行适应WSN特点的私有协议；在虚网络部分，WSN私有协议的网络层被作为应用承载在TCP／UDP／IP上．TCP／UDP／IP以隧道的形式实现虚节点之间的数据传输功能.
重叠方式
图3 WSN over IPv6互联方式协议栈
重叠方式
IPv6 over WSN
对于外网用户而言．由于它们可能需要直接进行访问或控制WSN内部的某些特殊节点，因而这些特殊节点往往也需要支持IPv6协议。

受通信能力的限制，这些节点与网关节点之间以及它们彼此之间可能并非一跳可达，因此，为了实现它们之间的数据传输，就需要通过一定的方式在已有的WSN协议上实现隧道功能，于是出现了IP over WSN的形式。

在该方式下，WSN的主体部分仍采用私有通信协议，IPv6协议只被延伸到一些特殊节点。

重叠方式
图4 IPv6 over WSN互联方式协议栈
IPv6
Trans-
LLC-S
et-S LLC-S MAC-S
网络域
全IP方式
该方式要求每个普通的传感器节点都支持IPv6协议，内外网通过采用统一的网络层协议(IPv6)实现彼此之间的互联，是WSN与IPv6网络之间的一种无缝结合方式。

一些研究认为，全IP方式是实现WSN 与IPv6网络互联最简单、最方便的方式。

无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.概念
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
待解决的问题
IPv6最初并没有考虑嵌入式应用。

无线传感节点通常使用存储器容量受限的嵌入式处理器控制器，所以对协议栈的大小也提出了严格的要求。

要想WSN 中实现IPv6，就要在协议栈的裁减方面付出努力；另外，还要减小功耗。

无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.简介
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
物联网
简介
目前广泛认为物联网最早是由麻省理工大学于1999年提出。

2005年11月，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》报告，才将这个概念推向了世界。

物联网是互联网的延伸。

作为前沿交叉领域，物联网同时涉及芯片、传感器、嵌入式智能、无线传输及实时数据交换等多种技术。

“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。

物联网
●简介
✓概念
物联网（The Internet of things ）是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，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。

物联网
●简介
✓应用层次
◆第一是传感系统，即以二维码、RFID（射频识别）、传感
器为主，来实现和物相关的信息采集；
◆第二是通信网络，包括我们现在的互联网、通信网、广电
网以及各种接入网和专用网，目的是对采集来的信息进行传
输和处理；
◆第三是应用和业务，即通过手机、PC等终端设备实现所感
知信息的应用服务。

物联网●简介
物联网
●关键技术
✓RFID（射频识别）
✓Savant系统
✓ONS （对象名称解析服务）
✓PML（物理标记语言）
物联网
RFID（射频识别）
RFID技术是利用无线射频信号进行非接触双向通信，实现自动识别与数据交换。

简单的RFID系统由标签、识读器和天线三部分组成。

EPC（电子产品代码）标签是装载识别信息的载体，依附在商品上；它是物联网的心脏，保证对单个物品的标识和识别。

物联网RFID
物联网
Savant系统-物联网的神经系统
Savant是用来加工和处理来自识读器的所有信息和事件流的软件，是连接识读器和企业应用程序的纽带。

它要对EPC进行过滤、分组和计数，以减少发往信息网络系统的数据量，并防止错误识读、漏读或多读信息。

物联网
物联网
物联网
ONS（对象名称解析服务）
ONS的作用是将一个EPC(电子产品代码)映射成一个或多个URI(统一资源定位符),通过这些URI 可以查找到在PML（产品标识语言）服务器上产品的详细信息。

是联系前台Savant软件和后台PML服务器的枢纽，并且设计与架构都以因特网DNS为基础。

物联网
标签
标签识读器
本地服务器
1.EPC
2.EPC
3.EPC
本地ONS 解算器4.EPC 域名
5.PML 服务器IP 地址
6.IP 地址
PML 服务器
7.与PML 服务器建立连接
物联网
PML（物理标记语言）
PML是物联网中的通用语言，用来定义物理对象的数据。

它以可扩展标志语言XML的语法为基础。

PML服务器内部存放了制造商生产的所有物品相关数据信息的PML文件。

物联网
无线传感器网络与IPv6网络的互联
1.研究背景
2.互联方式
3.待解决的问题
物联网
1.简介
2.关键技术
3.无线传感器网络与物联网的关系
4.展望
WSN与物联网的关系
无线传感器网络（WSN）不可能做得太大，只能在局部的地方使用，例如战场、地震监测、智能家居等。

“物联网”，是一个很大的网络，可以把世界上任何物品通过电子标签和网络联系起来。

WSN利用无线技术可以自成体系地单独使用，也可以作为互联网的“神经末梢”。

物联网完全依托在互联网上。

WSN与物联网的关系
无线传感器网的节点是传感器，识读器是物联网的“神经末梢”和节点。

如果把互联网比作人体，则RFID（射频识别）可以视为“眼睛”，WSN可以视为“皮肤”。

RFID解决“WHO”，利用识读器，实现的是对物品的标志与识别；而WSN解决“HOW”，利用传感器，实现对物体状态的把握；眼睛可以识别，皮肤可以感觉，眼睛的功能不在于感觉温度的变化，而皮肤的功能也不是用来辨别哪个人或哪件东西。

WSN与物联网的关系
在早期的概念中，物联网实质上等于RFID（射频识别）技术加互联网。

随着传感器技术和网络技术的进步，现在的物联网概念和应用领域早已超出了原有的范围。

现在的物联网其实是传统物联网和无线通信技术的结合，正等同于广义上的传感器网络（即传感网）。

WSN与物联网的关系
但对最早沿用Internet Of Things一词的欧洲和美国来说，物联网所指代的习惯上仍然是RFID标签通过互联网构成的物物相连的网络，并且在实际研究中更加关注于RFID技术本身，绝大部分的业务仍然会是数据采集应用的扩展，难以实现更加“智能”，难以实现“物与物对话”的“真正物联网”。

物联网
展望
发一条短信指令就能让在家“待命”的电饭锅开始煮饭；通过电脑操作，“智慧家居”里的电视机、节能灯、电冰箱都会按要求开关；医生能遥控测量病人体温……用上“物联网”技术，这些原本存在于科幻小说中的生活场景，眼下就能轻松变成现实了。

物联网
目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。

◆11月3号，中国总理温家宝发表了题为《让科技引领中国可持续发
展》的讲话—“我们要着力突破传感网、物联网的关键技术，及早部署后ＩＰ时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的’发动机’”。

◆09年美国政府提出了“智慧地球”的概念，物联网就是这些所谓
智慧型基础设施中间的一个概念。

◆在“2009无线技术世界暨物联网国际高峰会议”上，欧盟发言人
表示，IPv6助力移动互联网与物联网的发展。

THANK YOU!。