物联网轻量级IP寻址技术研究
物联网终端包含了人们生活和生产领域中的各种物品与设备，其数量庞大，种类多样。如何将任意物品或者设备按某种编码方式接入物联网，如何实现物联网中任意物品及设备的寻址以建立通讯连接，是建设物联网必须解决的问题。物联网寻址技术作为物联网核心技术之一，在物品与设备以特定方式接入互联网的基础上，实现物联网中任意终端准确、高效、安全的寻址，对它的研究和实践将从真正意义上构建一个互联互通的泛在网络。 本文以物联网通信为应用背景，以实现统一高效的寻址系统为研究目标，从物联网资源寻址模型、终端编码机制、组网及路由机制以及实现异构网络的端到端寻址这四个方面对物联网IP寻址技术展开研究，其主要创新工作如下： （1）针对物联网终端的多样性及编码异构问题，构建了一种物联网终端资源迭代寻址模型，提出一种物联网轻量级IPv6寻址方法。 物联网终端中存在多种物品编码方式，以及异构的感知设备，控制设备网络，造成物联网孤岛式的应用模式。针对这一问题，本文对物联网寻址特性进行了研究与分析，构建了物联网终端资源迭代寻址模型；同时设计了基于IPv6的轻量级编码寻址机制，通过定义虚拟域的方式实现了基于IPv6编码的物联网终端统一寻址。 （2）针对物联网终端地址配置多样性问题，将感知网络拓扑模型化，提出一种物联网终端IPv6地址配置方法。 对于低功耗有损网络，IPv6地址的数量及无状态配置机制满足了物联网终端数量庞大和传感器网络的自组织配置需求。针对这一问题，本文提出一种基于感知网络拓扑模型化的物联网终端IPv6地址配置方法。该方法将物联网典型应用网络架构与终端通信需求和IPv6的地址类型相结合，在现有成熟IPv6地址配置基础上，给出相应基础网络架构与混合式网络架构的物联网终端地址配置方法。该套机制切合了轻量级IPv6数据包通信的首部压缩机制要求，降低了节点在地址配置过程中的存储资源与能量资源消耗，对实现物联网统一轻量级IP寻址奠定了基础。 （3）针对物联网终端IPv6寻址过程中，首部压缩机制中存在的上下文管理问题，提出一种地址前缀自适应配置与上下文表动态分发与同步方法。 为解决数据包首部压缩机制中的上下文管理问题，本文提出一种基于6LoWPAN_IPHC的上下文动态管理机制。该机制包含了地址前缀自适应配置方法及上下文动态分发与多源同步方法，其中地址前缀自适应配置机制免除了人工配置的麻烦，适合在低功耗的有损网络中运行。同时，网关节点能够根据网络流量计算出地址前缀使用最为频繁的主机，将这些主机的地址前缀优先写入上下文表中，提高了整个网络的压缩率。上下文动态分发与多源同步方法详细设计了上下文消息在全网节点中的更新与同步机制，并将这一机制应用到扩展LoWPAN域中，保证了上下文表在扩展域中的一致性。 （4）针对异构网络之间的寻址问题，提出一种基于虚拟网络驱动的边界网关设计方法，搭建了物联网轻量级IPv6寻址系统，实现了感知网络与互联网的互联互通。 为实现无线传感器节点与互联网IPv6主机的端到端寻址，本文给出了无线传感器网络与互联网的轻量级IP寻址方法，提出一种基于虚拟网络驱动的6LoWPAN边界网关的设计方法。通过一台PC机与6LoWPAN适配器相连接的方式，将6LoWPAN适配层功能封装在PC机上的虚拟网络适配驱动中，降低了修改PC机内核的复杂度，同时避免了网关处的协议转换，保证了异构网络之间的通信质量，实现了物联网轻量级IP寻址系统。 结合以上四项主要研究内容，本文从模型构建、关键技术以及系统实现等角度对物联网轻量级IP寻址机制进行了探索与研究。本文所提出的基于IPv6的物联网终端编码及寻址机制在保证高效，可靠的资源获取基础上，不仅降低了节点地址配置过程中的存储资源与能量资源消耗，提高了数据包在寻址过程中的压缩率，同时避免了网关处的协议转换，降低了网关实现复杂度。所实现的物联网轻量级IP寻址系统能够与互联网寻址进行无缝对接，对以实现互联互通为目标的物联网建设具有重要意义。
物联网;寻址系统;ip协议;压缩机制;边界网关
南京邮电大学
博士
信息与通信工程
孙知信
2015
中文
TN925.93
114
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）