賈美英

（太原生態(tài)工程學校，山西 太原 030025）

一、物聯(lián)網(wǎng)概念及技術架構

物聯(lián)網(wǎng)，簡言之就是物與物相互連而形成的網(wǎng)絡，但又不是單純的物物相連，它除了各種實物之外，還有為實時采集這些實物的狀態(tài)和信息的各種傳感器，這些傳感器與物相互聯(lián)結在一起，并與互聯(lián)網(wǎng)相結合而形成一個巨大的全新的網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡主要的作用是要實現(xiàn)物與物之間的信息傳遞，使人可以通過這個網(wǎng)絡識別、控制和管理這些物。

歷史的研究中習慣將物聯(lián)網(wǎng)技術架構分為三層：分別是感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層主要是由各種不同的傳感器所組成，以能夠使控制者通過網(wǎng)絡識別各種物的信息，所以感知層也可稱為傳感器網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層與互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層有相似之處，但又不同。相似之處在于，二者都是要將低層傳來的信息通過網(wǎng)絡發(fā)送出去，不同之處在于，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層所傳遞的信息是從傳感器傳來的各種物的信號，不同于互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡層中傳遞的是數(shù)據(jù)包信息。應用層則提供了一個人與物交互的接口與平臺，人不能夠直接識別網(wǎng)絡層傳來的物的信息，通過應用層，可將這些機器的物的信息轉(zhuǎn)化成人可以識別和理解的信息，這樣，人就得以操作和管理物聯(lián)網(wǎng)中的各個物件。當然，這需要與具體產(chǎn)業(yè)相結合，才能完美地體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)的作用與價值。如已有的機場安保工作、下水道管線狀態(tài)的監(jiān)控等成功案例。

筆者認為，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)是不同的，但其內(nèi)在又存在密不可分的聯(lián)系，所以物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展離不開對互聯(lián)網(wǎng)的研究與分析。下面，筆者將對這二者之間的關系進行分析，以找出發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的可行之路。

二、物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關系

首先，物聯(lián)網(wǎng)只有立足于互聯(lián)網(wǎng)，才能較好較快地發(fā)展，因為如果為了發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)而重新進行專門的網(wǎng)絡搭建，不僅費時費力，而且還會浪費現(xiàn)有的資源。我們知道，物聯(lián)網(wǎng)中的第一個層次是由大量傳感器組成的“傳感器網(wǎng)絡”，這一點與互聯(lián)網(wǎng)中具有大量的終端是非常類似的，我們對這些終端收集處理信息的方法與技術完全可以借鑒，這可以省掉大量的人力與財力。

其次，傳感器所收集到的信息在傳輸時也要經(jīng)過類似互聯(lián)網(wǎng)的路由、數(shù)據(jù)重組、糾錯等相似的環(huán)節(jié)。我們完全可以以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸技術上輔以相應的針對性技術，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳遞，這樣比單獨研究物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)傳輸要有效多。

最后，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量問題。我們可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)對傳輸質(zhì)量控制的方法，但又必須有所改變，如一臺基于物聯(lián)網(wǎng)的手術對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、完整性等要求要高得多，所以，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)自身特有的技術是必不可少的。

三、物聯(lián)網(wǎng)的困境

物聯(lián)網(wǎng)從提出概念到起步發(fā)展走過了一段年頭，在這個過程中，研究取得了很多的成果，從開始的不明確到現(xiàn)在完整定義的提出，發(fā)展出很多具有實際意義的理論與想法，在實踐上也取得了一些成果，但這些成果還只是局限于一些特定的領域，離最終的全球互聯(lián)的普及還為時尚早。當然，不能否定的是物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在正處于一個高速發(fā)展的黃金時期，從各國政府及研究機構對其的重視當中可見一斑。物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展對技術的需求與起步階段技術的不成熟、不完善形成了鮮明的對立，如果這些關鍵性技術不解決，必然會導致物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展停滯不前。以下是當前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中所面臨的一些關鍵性問題:

1.地址分配與規(guī)劃

在物聯(lián)網(wǎng)中，為了能夠準確收集物的信息，必然要部署大量的傳感器，如收集溫度的、感知壓力的、識別大小和形狀的等等。它的數(shù)量要遠遠超出網(wǎng)絡中物的數(shù)量，這樣一群數(shù)量龐大的傳感器，要識別哪些信息是哪一個傳感器傳來的，同時也為了要對這些傳感器進行控制、管理等行為，必然要為這些傳感器分配一個地址，這個地址的需求量遠遠超出了我們的想象，而以互聯(lián)網(wǎng)為基礎的IPv4地址體系，其地址空間已嚴重不足，趨于飽和，互聯(lián)網(wǎng)本身對地址的需求已快不能滿足，要應對物聯(lián)網(wǎng)對地址的海量需求是根本不可能的，所以，必須要找到妥善的辦法首先把這個問題解決了，否則物聯(lián)網(wǎng)就不可能進行大規(guī)模的發(fā)展。

2.物聯(lián)網(wǎng)路由

在互聯(lián)網(wǎng)中，節(jié)點與終端固然數(shù)量眾多，每一時刻所發(fā)生的數(shù)據(jù)量也極其龐大，但經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，目前互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸路由問題還不成其致命傷，而且當中的很多經(jīng)驗都可以在物聯(lián)網(wǎng)路由中使用。但有一點是物聯(lián)網(wǎng)路由所特有的問題，那就是大量節(jié)點的移動，如一列高速運行的地鐵，為了監(jiān)控其狀態(tài)，它所布設的結點數(shù)量要比現(xiàn)在所知的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點群的移動規(guī)模要大得多，而互聯(lián)網(wǎng)在誕生之初對移動性的支持就幾乎沒有考慮，雖然現(xiàn)在由于手機、移動電腦之類的移動設備對網(wǎng)絡的需求而引起網(wǎng)絡技術的不斷進步，但設計之初的硬傷是不可能從根本上解決節(jié)點的問題的，尤其是物聯(lián)網(wǎng)中這種由大量節(jié)點所組成的節(jié)點群和節(jié)點層的移動。如果照搬套用現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的技術，很快就會使網(wǎng)絡陷入徹底的癱瘓狀態(tài)。所以，在這點上一定要有新的技術支持，否則物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展就會局限在某些特定的區(qū)域。

3.服務質(zhì)量

在服務質(zhì)量方面，也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所必須解決的一個難題，因為物聯(lián)網(wǎng)雖然以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，也可以沿用很多互聯(lián)網(wǎng)的技術與經(jīng)驗，但它必竟不同于互聯(lián)網(wǎng)，有其自身所特有的特點與需求，對于這些特定的需求，只有發(fā)展新的技術去解決，才能使物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有強大的生命力，從而在更廣闊的空間發(fā)展。

基于以上分析，筆者認為要使物聯(lián)網(wǎng)可以快速地發(fā)展，就應該在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)特有的技術，最終可能使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展出自己的特色，形成自身獨特的領域，為我們的生活帶來翻天覆地的變化。

我們知道，因為IPv4本身的不足，導致現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展受到了前所未有的挑戰(zhàn)與限制。為了從根本上解決IPv4所不能解決的問題，世界上各國科學家早在多年前就開始著手研究新一代的地址技術IPv6，現(xiàn)在研究已取得了很多項突破性進展，也從理論開始走向?qū)嶋H。從分析IPv6可以看出，IPv6技術所帶來的不僅是對互聯(lián)網(wǎng)絡的貢獻，很多方面也能很好地解決目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的各項難題，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造良好的網(wǎng)絡通信條件和能力拓展。下面將對IPv6當中的一些關鍵性技術進行解析。

四、IPv6對物聯(lián)網(wǎng)的關鍵性支持

1.IPv6地址技術的革命

在地址技術上，IPv6可以說是天翻地覆的變化，它由128位2進制組成，其地址空間的龐大可以說是近乎無限的，不僅解決了互聯(lián)網(wǎng)地址匱乏的困境，也給物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了決定性的影響，這185億億個地址足以滿足物聯(lián)網(wǎng)對地址的龐大需求，不僅如此，因為地址足夠，再不用采用傳統(tǒng)的NAT轉(zhuǎn)換，這使得網(wǎng)絡可以把更多的資源用于數(shù)據(jù)傳輸而不是轉(zhuǎn)換地址。

另外，由于IPv6全新的地址架構既不能也不需再去架設專門的DHCP服務器，因為對于這么龐大的地址分配，很難有這樣高性能的服務器，因此，IPv6中對地址分配采取一種全新的地址分配方式，稱之為無狀態(tài)地址分配。簡言之，就是設備連入網(wǎng)絡中后，通過網(wǎng)絡的自動配置功能獲得一個唯一的地址，這樣可以簡化分配過程，降低網(wǎng)絡資源的消耗，提高主網(wǎng)絡的通信效率。

2.IPv6移動技術的革新

傳統(tǒng)的IPv4對于移動設備的支持采用一種稱之為MIPv4的方法，對于較少節(jié)點的移動還可以勉強應付，對于物聯(lián)網(wǎng)中大量節(jié)點的移動將會顯得力不從心，尤其是三角路由問題，將會很快讓網(wǎng)絡陷入死鎖之中。在MIPv6中，采取一種全自動的方式，當節(jié)點發(fā)生移動情況時，通過接入路由器所公布的接入地址，可以快速生成新的設備地址，設備也可以不與網(wǎng)絡斷開，只需向家鄉(xiāng)代理進行一次注冊即可，這樣網(wǎng)絡的通信能力將大幅提升。所以，MIPv6對物聯(lián)網(wǎng)的移動應用提供了強有力的支持。

3.IPv6服務質(zhì)量的提升

未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然會呈現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡業(yè)務，不同的網(wǎng)絡業(yè)務也對網(wǎng)絡提出了不同的服務質(zhì)量要求。而在物聯(lián)網(wǎng)中，節(jié)點數(shù)據(jù)眾多，這些節(jié)點在進行數(shù)據(jù)傳送的過程中常常會有短時間內(nèi)大量數(shù)據(jù)突然產(chǎn)生并發(fā)送的情況，所以應當做到對服務質(zhì)量的精細化控制，這方面可以考慮動態(tài)提高應用的服務質(zhì)量等級。

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在，也越來越多地要求高質(zhì)量的網(wǎng)絡服務，所以IPv6中增強了Qos服務，而這一點上也正好可以滿足物聯(lián)網(wǎng)應用中的實時性、優(yōu)先級等服務質(zhì)量需求。另外，因傳感器的作用不同，在數(shù)據(jù)傳輸上也有不同的特點，根據(jù)這一點，還可以實行差異化服務，合理分配網(wǎng)絡帶寬。

IPv6中不能不提到的就是流標簽技術，它采用20位2進制進行描述，并采用特定的編碼方法，這個流標簽可以被通信結點識別，采用這種技術還可以將同一業(yè)務流的包都具有相同的流標簽，這樣就可以通過流標簽來調(diào)整流的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級，最終可以實現(xiàn)根據(jù)網(wǎng)絡應用對服務質(zhì)量的不同要求動態(tài)地進行不同服務質(zhì)量等級的分配。

IPv6具有的很多特性都適合物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用，就整體而言，使用IPv6不僅能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的地址需求，而且還能滿足物聯(lián)網(wǎng)對節(jié)點移動性、節(jié)點冗余、基于流的服務質(zhì)量保障的需求，很有希望成為物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎網(wǎng)絡技術。