硕士学位论文-物联网轻量级编码寻址技术研究.pdf

单位代码：10293密级：硕士学位论文论文题目：物联网轻量级编码寻址技术研究Y004091130高同孙知信教授计算机软件与理论软件技术及其在通信中的应用工学硕士2012-3-15学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：_日期：_研究生签名：_导师签名：_日期：_南京邮电大学南京邮电大学硕士学位论文摘要硕士学位论文摘要学科、专业：工科、计算机软件与理论研究方向：软件技术及其在通信中的应用作者：二零零九级硕士研究生：高同指导教师：孙知信教授题目：物联网轻量级编码寻址技术研究英文题目：ResearchonLightweightNumberingandAddressingofInternetOfThings主题词：物联网，编码，寻址，轻量级Keywords：InternetOfThingsNumberingAddressingLightweight南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要I摘摘要要本文的研究围绕物联网编码寻址展开，在对物联网资源编码寻址特性研究的基础上，定义物联网轻量级编码模型，将此模型作为理论基础并结合物联网感知节点的特殊性，研究一种基于轻量级IPv6的编码寻址技术，建立一种对物联网节点进行统一编码和寻址的方式。物联网编码寻址技术是物联网研究领域中的关键技术之一，对该技术的研究具有重要的理论价值与现实意义。为了构建一个统一的物联网编码寻址模型，对物联网资源的编码与寻址特性展开了细致的研究，分析物联网中可能出现的编码类型，并定义了物联网的编码寻址方式。基于对物联网编码寻址特性的分析，给出了物联网轻量级编码模型，在定义了物联网轻量级寻址模型架构的基础上分别对其感知层和网络层展开分析，并给出了该模型的可扩展性分析以及对其它编码方式的兼容性处理方式。在轻量级编码寻址模型的基础上，选择了IPv6技术作为主要编码寻址方式，结合物联网感知层的特殊环境与6LoWPAN技术研究物联网中的轻量级IPv6编码寻址技术，包括轻量级IPv6的首部压缩技术、IPv6报文分片与重装技术以及寻址过程的定义。最后对物联网轻量级编码寻址模型的核心部分轻量级IPv6在物联网编码寻址中的应用进行了原型系统的实现，并对在仿真时采集的数据进行了细致的分析，证明了该原型系统的正确性。该原型系统是对使用IPv6技术进行物联网编码寻址的一次尝试，实现了在低功耗的IEEE802.15.4中进行IPv6数据的传输，目前国内还没有这方面的实际应用，具备一定的理论与实际应用价值。关键词：物联网，编码，寻址，轻量级南京邮电大学硕士研究生学位论文ABSTRACTIIABSTRACTThestudyofthispaperwilldiscussaroundthenumberingandaddressingproblemintheinternetofthings.Thispaperdefinedthelightweightnumberingandaddressingmodelbasedontheresearchofthenumberingandaddressingfeaturesininternetofthings.CombinedtheparticularityofsensitivenodethispaperdiscussanumberingandaddressingtechnologybasedonlightweightIPv6andnumberingandaddressingthenodeofinternetofthingsinaunifiedway.Thenumberingandaddressingofinternetofthingsisoneofthecoregenerictechnologiesinthisdomainwhichhasimportanttheoreticalvalueandactualsignificance.Inordertobuildaunimodelofnumberingandaddressingininternetofthingsthispapermadeathoroughstudyinnumberingandaddressingfeaturesofresourcesininternetofthings.Thispaperanalyzedthenumberingmayuseintheinternetofthingsanddefinethewayfornumberingandaddressing.Basedontheanalysisofnumberingandaddressingfeaturesthispapercarryoutthelightweightnumberingandaddressingmodelofinternetofthings.Bytheanalysisofthesensationlayerandthenetworklayerbasedonthemodelarchitecturethepapergivestheexpansibilityanalyzeandthecompatibilitywayforothernumbering.BasedonthelightweightnumberingandaddressingmodelofinternetofthingsthispaperchooseIPv6forthechiefnumberingandaddressing.Combinedthesensationlayerfeaturesand6LoWPANthepaperstudiedthelightweightIPv6technologyincludeheadercompressionfragmentationandreassemblyaddressingprocedure.WeimplementthelightweightIPv6basedprototypesystemwhichisthecoreofthelightweightnumberingandaddressingmodelofinternetofthingsthenprovethecorrectnessoftheprototypesystembyanalyzethesimulationdata.ThisprototypesystemisanattempttouseIPv6fornumberingandaddressingininternetofthingsrealizestheIPv6datatransferringinIEEE802.15.4whichisbothmeaningfulandvaluable.Keywords:InternetOfThingsNumberingAddressingLightweight南京邮电大学硕士研究生学位论文目录III目目录录摘摘要要.IABSTRACT.II目目录录.III第一章第一章引引言言.11.1课题背景.11.2课题来源.21.3论文的主要工作与组织.3第二章第二章相关技术相关技术.42.1物联网相关技术.42.1.1物联网发展历史.42.1.2物联网网络结构.52.1.3物联网感知层相关技术.72.1.4物联网网络层相关技术.82.2物联网编码寻址技术研究现状.92.2.1互联网编码寻址.92.2.2物联网编码寻址.112.3本章小结.13第三章第三章物联网轻量级编码寻址模型物联网轻量级编码寻址模型.143.1物联网资源编码特性.143.1.1直接编码.143.1.2间接编码.163.2物联网资源寻址特性.173.2.1直接寻址.183.2.2间接寻址.193.3物联网轻量级编码寻址模型.193.3.1物联网轻量级编码寻址模型架构.203.3.2物联网轻量级编码寻址模型感知层.223.3.3物联网轻量级编码寻址模型网络层.243.3.4物联网轻量级编码寻址模型扩展性分析.253.4本章小结.26第四章第四章基于轻量级基于轻量级IPv6的编码寻址技术的编码寻址技术.274.1轻量级IPv6编码.274.1.1IPv6首部压缩.294.1.2IPv6报文分片与重装.334.2轻量级IPv6寻址.364.2.1转发与路由.394.3本章小结.42南京邮电大学硕士研究生学位论文目录IV第五章第五章基于轻量级编码寻址模型的原型系统设计与实现基于轻量级编码寻址模型的原型系统设计与实现.435.1系统目标.435.2硬件设计.445.3软件设计.455.3.1模块设计.455.3.2状态机.475.3.3关键数据.485.4关键算法实现.485.4.1分片与重组.495.4.2首部压缩与解压缩.525.5本章小结.54第六章第六章基于轻量级编码寻址模型的原型系统测试基于轻量级编码寻址模型的原型系统测试.556.1测试环境.556.2软件仿真.576.2.1MSPsim.586.2.2Cooja.596.3硬件仿真.616.4数据分析.626.4.1单节点发送.626.4.2双节点发送.686.4.3多节点发送.716.5本章小结.72第七章第七章总结与展望总结与展望.737.1总结.737.2展望.74致致谢谢.75参考文献参考文献.76攻读硕士学位期间的学术论文与专利攻读硕士学位期间的学术论文与专利.78攻读硕士学位期间参加的科研项目攻读硕士学位期间参加的科研项目.79南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言第1页第一章第一章引引言言物联网（TheInternetofthings）融合了智能感知技术、识别技术、普适计算技术，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网实际上为互联网（Internet）的延伸，同样存在编码寻址问题，而如何为多样化、低功耗的物联网节点进行有效寻址是构建物联网亟待解决的问题，对物联网轻量级编码寻址技术具有重要的意义。1.1课题背景课题背景本课题主要研究在物联网中的轻量级编码寻址技术，由于物联网衍生于互联网，因此本课题的研究内容与互联网编码寻址技术、物联网编码寻址技术以及物联网的“神经末梢”感知层设备相关。物联网主要解决物品到物品(ThingtoThing，T2T)，人到物品(HumantoThing，H2T)，人到人(HumantoHuman，H2H)之间的互连。物联网把所有物品通过射频识别、无线传感设备等信息交互设备与互联网连接起来，实现人与物，甚至是物与物之间的信息交换和通讯。可以将物联网分为3层：应用层、网络层、感知层。互联网仍然是物联网的核心和基础，而物联网是在互联网基础上的延伸和扩展，其用户端延伸和扩展到了任何物品之间，人与物或者物与物之间可以进行信息交换和通讯。因此，物联网寻址除了需要考虑物品与终端的寻址问题外，还需要考虑如何与互联网寻址进行对接。目前的互联网寻址（不包含物联网）一般指的就是计算机网络中的寻址，计算机网络中有四种编码方式：域名地址、IP地址、物理地址。分别近似对应于OSI七层模型中的应用层、网络层、数据链路层。从物理特性的角度出发，可将计算机网络中的地址分为软件地址和硬件地址：软件地址又称为逻辑地址，如域名地址和IP地址；硬件地址又称为物理地址，如网络适配器中的MAC地址。但物联网中存在比计算机网络节点多出数百倍的终端节点，甚至存在一些只通过RFID标识的物品，故物联网寻址会比互联网寻址更加复杂。物联网的感知层存在大量与互联网节点相异的设备，一般由各种识别装置、传感器以及中继器构成，包括二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器等感知终端。这些设备一般处理能力比较低下，其中一类重要而特殊的是RFID设备，该系统由一个询问器(或阅读器)和多个应答器(或电子标签)组成。电子标签是RFID系统中的信息载体，一般是由简单的耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成的无源单元，因此在物联网中，电子标签只能被间接地寻址，需要由询问器进一步通过无线或有线方式实现对物体识别信息的采集、处理及管理功能。在感知层与网络层之间通过物联网南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言第2页网关相衔接，感知数据通过现有的网络环境进行传输。因此，物联网的上层体系结构依然可以沿用互联网中的解决方案，重点在如何解决物联网感知层以及网络层的接入问题。由于感知网络中的节点处理能力、能量储备较低，甚至是无源的RFID设备，因此，需要找到一种适合于物联网编码寻址的轻量级技术，目前物联网寻址中还有以下几个主要问题需要解决：1）国内外标准组织与研究机构对物联网寻址技术开展了一定的研究工作，但至今为止，仍然没有形成一个通用的技术标准。各大标准组织的研究比较分散，一般针对具体应用展开，还没有形成一个完整通用的寻址框架。2）物联网节点的数量大大超出了现有互联网节点的数量，如何针对数量如此庞大的网络节点进行编码寻址是一个首先需要解决的问题。3）物联网节点的硬件处理能力一般比较低下，所以物联网的寻址必须符合低功耗、轻量级的要求。4）相对于互联网中的节点，物联网中的节点具备不稳定性，可能随时加入或离开一个域。5）RFID可以认为是物联网最底层的“神经末梢”，一般它只被动的上报信息，如何将其接入物联网也是一个需要解决的问题。本课题将围绕物联网编码寻址展开，在对物联网资源编码寻址特性研究的基础上，定义物联网轻量级编码模型，将此模型作为理论基础并结合物联网感知节点的特殊性，研究一种基于轻量级IPv6的编码寻址技术，建立一种对物联网节点进行统一编码和寻址的方式，确保物联网中的节点能够被高效、准确的寻址，具有重要的现实意义。1.2课题来源课题来源本课题的研究的内容来源于国家自然基金“物联网寻址关键技术研究”与中兴通信项目“物联网接入网关轻量级关键技术研究”的子课题，并得到中兴通信的项目资助。“物联网寻址关键技术研究”中从资源名称、资源地址、寻址方式几个方面研究物联网寻址特性，并分析物联网寻址与互联网寻址的差异性与共通性；结合不同的应用需求，拟将物联网寻址方式分为两类并列的过程，将寻址过程分为若干互不耦合的迭代层次，构成一个通用、完整的物联网寻址模型，对实现全面高效的物联网寻址具有重要的理论意义和参考价值。“物联网接入网关轻量级关键技术研究”中在对IETF、ETSI、3GPP、CCSA等几个标准组织的研究基础上对接入网关的安全问题，以及物联网节点的编码寻址问题展开研究。对此，孙知信教授所领导的研究室中组成了课题小组，本人作为项目组的主要参与人员之一，南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言第3页对6LoWPAN寻址以及contiki操作系统展开了深入的研究，并实现了基于IPv6的轻量级传感网络原型。在孙知信教授的指导下，这两个课题取得了丰硕的成果，这些前期的理论研究与实际应用为本文的撰写提供了很大的帮助。1.3论文的主要工作与组织论文的主要工作与组织全文共分七个章节，内容组织如下：第一章介绍了本课题的背景、来源，并给出了本文组织。第二章介绍了和本文研究相关的技术，包括物联网网络结构、感知层相关技术、网络层相关技术，随后介绍了物联网编码寻址技术的研究现状。第三章研究了物联网资源的编码与寻址特性，将资源编码分为了直接编码与间接编码，并分析了物联网中可能出现的编码类型；根据直接编码的两类编码方式定义了直接寻址和间接寻址，并分析了这两种寻址特性的迭代模型及其形式化描述。基于以上研究定义了物联网轻量级编码模型，并在此基础上分别对其感知层和网络层进行阐述，最后给出了该模型的可扩展性分析以及对其它编码方式的兼容性处理方式。第四章在第三章的基础上围绕6LoWPAN技术对轻量级IPv6编码和寻址技术分别展开研究。对于轻量级IPv6编码技术，阐述了轻量级IPv6编码的核心思想及主要形式，并针对轻量级IPv6的两个关键技术问题IPv6首部压缩技术与IPv6报文分片与重装技术展开研究。对于轻量级IPv6寻址技术，以数据流动的角度以及一个ping6的过程阐述了寻址过程，并研究了轻量级IPv6的转发与路由方式，包括L2、L3转发形式。第五章介绍了基于物联网轻量级编码寻址模型的原型系统的设计与实现。首先介绍了本原型系统的目标；接着对该原型系统的硬件设计以及软件设计进行阐述，软件设计部分阐述了该原型系统中的模块设计、状态机以及关键数据的构成；最后对该原型系统的几个关键算法：分片与重组、首部压缩与解压缩进行了重点阐述。第六章介绍了基于轻量级编码寻址模型的原型系统的测试过程，并对在仿真时采集的数据进行了细致的分析。首先介绍了系统的测试环境，然后分别介绍了软件仿真和硬件仿真的情况，最后对Cooja下仿真捕获的数据进行分析，通过单节点发送、双节点发送、多节点发送不同情况的分析，详细剖析了首部压缩、解压、分片、重组的情况，证明了轻量级IPv6编码寻址的正确性。第七章总结了本文所做的工作，并对该课题进一步研究的方向进行了展望。南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第4页第二章第二章相关技术相关技术本章将对“物联网轻量级编码寻址技术”相关技术进行介绍，包括物联网的发展历史、物联网网络结构、物联网感知层设备以及物联网技术特点，由于物联网受到世界各大标准组织的关注，本章对国际标准组织的研究进行介绍，并阐述目前物联网寻址技术的研究现状，最后对物联网相关技术的研究进展情况进行了总结。2.1物联网相关技术物联网相关技术2.1.1物联网发展历史物联网这个概念最早是在1999年MITAuto-ID中心，由Ashton教授在研究RFID时最早提出1，将物品编码、RFID和互联网技术相结合，并提出了一套相应的解决方案。而物联网的正式提出是在2005年11月17日，突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告2005：物联网2，引用了物联网的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换，射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。2008年11月IBM提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此作为经济振兴战略。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，使物品和终端拥有一定的信息处理与传递能力。具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。2009年1月，美国总统奥巴马一上任便在圆桌会议上表示物联网是振兴经济、确立全球竞争优势的关键战略；6月，欧盟委员会颁布了欧盟物联网行动计划，以确保在构建物联网的过程中起到主导作用。物联网在被美国、欧盟密切关注的同时，在亚洲各国也引起了广泛的关注。2009年8月，温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。2010年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以接入网络的环境。同年，韩国政府制定了u-Korea战略，韩国信通部发布的数字时代的人本主义：IT839战略以具体呼应u-Korea。南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第5页物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义，随着时间的推进，物联网的概念不断的被延拓。但从本质上说，物联网有以下几个基本特性：第一，物联网是互联网的延伸，必须具备与现有网络互联互通的能力；第二，物联网中的通信实体范围极广，任何物品之间都可以互相交换信息。因此物联网的网络结构在互联网的基础上将发生很大的变化，下一节将对物联网的网络结构进行介绍。2.1.2物联网网络结构物联网网络结构可以分为3层3，由下至上分别为：感知层、网络层、应用层。感知层由RFID设备、传感器、中继设备以及一些具备标识或处理能力的终端构成，它的范围极广，负责感知数据的获取及反馈；网络层由互联网、无线通信网、卫星通信网等承载网络构成，负责感知数据在现有网络中的传输；应用层由各类上层应用构成，如智能交通、智能家居、智能物流、智慧城市、智慧校园等，负责感知数据的处理、分享及应用。图2-1物联网网络结构物联网的整体架构可如图2-1，各层所执行的功能如下：1）感知层南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第6页由于物联网旨在人与物，物与物之间的通信，因此这一层的主要实体为RFID，传感器等设备4。这些设备一般功耗较低，并采用无线通信的方式交换信息，并且向低成本、小型化的方向发展。感知层又分为2大类别：第一类是被动信息上报的设备，如RFID设备，RFID设备由询问器和应答器组成，RFID应答器即电子标签，它本身并没有通信能力，只能被动的将标签内的信息进行上报。第二类是可以进行信息交互的设备，如具备一定处理能力的传感器，RFID询问器也有能力进行信息交互，因此第一类设备的信息交互可以通过第二类设备间接的进行。2）网络层物联网是互联网的延伸，因此物联网的网络层的一部分是由现有网络构成的。由于物联网的覆盖面积极广，通信实体极多，一般可以由以下几类网络承载5：基于IPv6的互联网。互联网是物联网的基础和核心，但可用的IPv4地址现已接近匮乏，无法再承担物联网中的设备。而基于IPv6协议的下一代互联网技术具备海量的地址，完全可以满足物联网的编码需求。物联网网络层的核心网仍可采用有线方式，而对接入网来说将采用低功耗的IEEE802.15.4协议进行无线接入，解决物品之间的通信问题。移动通信网。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点6，它可以轻易的解决移动体和移动体之间的通信，移动体和固定点之间的通信，可以灵活的实现物联网感知设备的接入。但由于移动通信网与互联网在设备与协议上的差异性，将移动通信网接入互联网还需要一些额外的措施。无论是哪种方式，感知层设备的接入问题是最核心的问题，它由一类特殊的设备物联网网关解决，用于屏蔽底层设备的异构性与多样性，这部分内容将在2.1.4小节详细说明。3）应用层物联网的应用层面向各类应用，实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等，涉及海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术7。物联网的网络层将向上层提供海量数据，传统的硬件环境难以支撑。大规模物联网业务驻留将突显服务器的性能瓶颈，大量自定义业务同时运行，对平台造成性能压力，服务器CPU处理能力以及内存容量均难以满足不断增长的自定义业务的运行8。因此有必要在开放的物联网环境中采用高速、高效的计算技术。云计算（cloudcomputing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。物联网发展至一定程度，其数据量和计算量将非常巨大，而云计算平台可将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第7页算资源池，体现了软件即服务的理念，是支撑物联网的重要的计算环境之一9。在物联网的三层结构中，应用层与网络层之间的接口是透明的，因此物联网应用层与互联网中需要处理大量数据量的业务应用有共通之处。而物联网的感知层与网络层则与现有网络架构有很大的差异性，下面两个小节分别介绍物联网的感知层与网络层的相关技术。2.1.3物联网感知层相关技术感知层负责信息的采集与识别，主要涉及电子标签、传感器、无线通信芯片等领域，主要包括以下技术：RFID技术，传感器技术，以及还处于探索研究阶段的智能嵌入式技术和纳米技术。本节重点介绍与RFID以及传感器网络相关的几种技术。物联网中不仅要做到“物物相连”，还要做到能够对物品进行识别、定位、追踪和管理。RFID技术可以实现多个标签的防冲突操作，具有防水、防磁、耐高温、读取距离大、数据加密、存储数据容量大、信息更改简单等特点，故RFID技术在物联网感知层关键技术中的地位显得尤为突出。一个典型的RFID系统由RFID应答器（电子标签）和RFID询问器构成。当RFID应答器进入RFID询问器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号，并送入逻辑控制电路进行信息处理所需回复的信息则从存储器中获取，经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给询问器10。可见，单纯的RFID系统只能被动获取数据，无法支撑多样化的物联网感知层环境。采用RFID系统和无线传感网(WirelessSensingNetwork，WSN)融合而成的EPC传感网络11，该融合技术有着自身突出的优势，不仅可以获取所需要的环境信息，而且能精确识别出每个物体，同时还可扩大RFID系统的识别范围。其中智能节点由RFID询问器与无线传感技术融合而成。物联网的感知层要求无线网络环境具备低功耗、低成本的特性，而IEEE802.15.4是一个低数据率的WPAN(LR_PAN)标准12，它具有低功耗、低成本、微型化的特点，能在低成本设备之间进行低数据率的传输。IEEE802.15.4只规定了媒体访问控制层和物理层，媒体访问控制层以上的协议，可以采用不同的方案。现在主流的可应用与物联网的技术有zigBee和6LoWPAN。ZigBee是一种低速率、短距离的无线技术，其出发点是希望发展一种拓展性强，容易布建的低成本无线网络13。其主要特点是网络容量大、安全性高、可靠性高、功耗低、时延短、成本低、低速率以及有效范围小，因此ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。ZigBee协议除了使用IEEE802.15.4规定的物理层与媒体访问控制层外，还规定了网络层与物理层，南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第8页故其协议本身无法直接与互联网互联互通。6LoWPAN与ZigBee一样，也是基于IEEE802.15.4标准，具有低功耗、低成本的特点14，不同之处在于6LoWPAN技术在网络层采用了IPv6协议栈，在IEEE802.15.4上传输压缩后的IPv6数据包。IPv6提供庞大的地址空间，足以满足物联网感知层设备的编码需求。由于6LoWPAN的网络层由6LoWPAN适配层与IPv6网络层构成，因此与互联网可以直接互联互通，更加切合物联网感知层的技术特点。本课题对编码寻址的研究即以6LoWPAN技术为基础。2.1.4物联网网络层相关技术物联网网络层处于物联网的感知层与应用层之间。由物联网的定义可知，物联网是互联网的延伸，因此感知层中的感知数据最终将通过互联网进行传输，物联网网络层的向上部分是互联网。如2.1.3小节所述，物联网的感知层设备具备较强的异构性，因此需要物联网网络层对下层设备的异构性、多样性进行屏蔽，这些工作由一类特殊的网关完成，一般称之为物联网网关。物联网网络层的上层使用的技术与现有的互联网基本一致，因此本节主要阐述物联网网关的相关技术。为了将小范围内的传感器网各节点的信息通过汇聚节点连入互联网，实现信息的远距离传输，一些传感网络借助一类特殊的节点连接无线和有线网络，而这种跨传感器网和传统通信网的节点实际上就是物联网网关的雏形15。物联网网关处于物联网网络结构中感知层与网络层的交界处，连接感知网络与互联网，通过不同协议的适配与转换实现感知网络与互联网的互联互通，可以实现局域互联，也可以实现广域互联。此外，物联网网关同样具备网关的基础功能，如邻居发现、设备管理等，通过物联网网关可以了解节点的实际运行状况并进行远程控制与管理。一个典型的物联网网关主要包括以下层次：1）感知接入层实现对感知网络的协议接入，如IEEE802.15.4协议等。按照业务需求可采用某种特定的协议，也可以通过外插模块实现多协议的扩展，使其具备融合接入的能力，以适应环境复杂的物联网感知层。2）协议适配层协议适配层定义感知层接入接口标准，并通过感知网络到互联网的协议转换将不同的感知层协议转变为格式统一的数据和信令，如6LoWPAN或ZigBee的数据与IPv4v6数据的转换。南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介第9页3）广域接入层实现对互联网络的协议接入，如以太网、Wi-Fi、ADSL等。既可以是单一接入方式，适用于特定网络环境的组网，也可以同时提供多种接入方式，适用于非固定环境或者移动环境的组网。物联网网关除了完成协议的适配外，还要完成网络初始化以及路由功能。由于感知层的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以其初始化以及路由过程有较大差异，实现不同感知网络、不同的应用的统一化管理还需要进一步的研究。2.2物联网编码寻址技术研究现状物联网编码寻址技术研究现状目前国内外对物联网编码寻址的研究还比较少，但在互联网领域，这方面的技术已经基本成熟，一部分互联网编码寻址技术在物联网的研究中可以借鉴，但需要针对物联网的特殊网络环境进行改进优化。本小节将分别从互联网编码寻址和物联网编码寻址两个方面介绍当前的研究现状。2.2.1互联网编码寻址物联网的架构基于目前的互联网，其编码寻址架构要求与互联网互联互通。而互联网编码寻址框架已经趋于成熟，对互联网资源名称提供了完善的寻址支持，实现了互联网中资源名称到资源地址的寻址定位。互联网中有四种常见的编码方式：域名地址、IP地址、物理地址。分别近似对应于OSI七层模型中的应用层、网络层、数据链路层。分别对应这几种编码方式，目前互联网主要包含以下寻址方式：1)域名与IP地址之间的寻址IPv4地址使用32位二进制表示，采用点分十进制记法，但从四个用点间隔的十进制数很难推断所标识地址的含义，而域名地址使用类自然语言的字符，便于人们识别和记忆。IP地址和域名之间的转换通过DNS完成，一个完整的DNS包含域名空间(NameSpace)、名字服务器(NameServer)和解析器(Resolver)几个部分。域名空间是一种树状层次结构，包含若干