知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下 知識(shí)水壩 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究報(bào)告 （ v1.2） 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下 知識(shí)水壩 1 項(xiàng)目概述 .1 2 IPV6 傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介 .1 2.1 IPV6 及其相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介 . 1 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 . 3 2.3 IPV6 在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介 . 4 2.3.1 環(huán)境監(jiān)測(cè) .4 2.3.2 建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè) .5 2.3.3 醫(yī)療衛(wèi)生 .5 2.3.4 智能交通 .6 2.3.5 其它應(yīng)用場(chǎng)景 .6 2.4 物聯(lián)網(wǎng)基本概念 . 7 2.5 小結(jié) . 9 3 PV6 無(wú)線傳感器的國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 .9 3.1 IPV6 國(guó)內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀 . 9 3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 . 14 3.3 物聯(lián)網(wǎng)研究熱點(diǎn)分析及其應(yīng)用現(xiàn)狀 . 17 3.3.1 引言 . 17 3.3.2 物聯(lián)網(wǎng)的概念 . 17 3.3.3 物聯(lián)網(wǎng)研究熱點(diǎn) . 18 3.3.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀 . 18 4 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù) . 20 4.1 基于 IPV6 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建 . 20 4.1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) . 20 4.1.2 基于 IPv6 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族設(shè)計(jì)思想 . 21 4.1.3 IEEE802.15.4 技術(shù)概述 . 22 4.1.4 6LoWPAN 適配層技術(shù) . 23 4.1.5 6LoWPAN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì) . 27 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下 知識(shí)水壩 4.2 網(wǎng)絡(luò)管理 . 28 4.3 應(yīng)用層支撐技術(shù) . 28 4.4 傳感器節(jié)點(diǎn)的拓?fù)洳渴?. 31 4.5 傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法 . 37 4.6 傳感器網(wǎng)絡(luò)地址管 理 . 42 4.7 傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚算法 . 44 4.7.1 數(shù)據(jù)匯聚的原理和方法 . 44 4.7.2 數(shù)據(jù)匯聚算法 . 45 5 IPV6 無(wú)線傳感器應(yīng)用場(chǎng)景分析 . 47 5.1 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 . 47 5.1.1 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu) . 48 5.1.2 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用舉例 . 50 5.2 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 . 51 5.3 IPV6 傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通流量控制上的應(yīng)用 . 57 5.4 IPV6 傳感器網(wǎng)絡(luò)在家庭病人監(jiān)護(hù)上的應(yīng)用 . 60 5.5 小結(jié) . 62 6 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和仿真平臺(tái) . 63 6.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái) . 63 6.1.1 JENNIC 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 . 63 6.1.2 JENNIC 的 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 . 65 6.1.3 6LoWPAN 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系 . 67 6.1.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) . 70 6.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 72 6.1.6 6LoWPAN 協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì) . 73 6.2 仿真平臺(tái) . 75 6.2.1 6lowPAN 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 . 75 6.2.2 TinyOS 簡(jiǎn)介 . 82 6.2.3 Tier-mesh 路由仿真 . 83 6.3 小結(jié) . 88 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下 知識(shí)水壩 7 中國(guó)移動(dòng)在開(kāi)展 IPV6 無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的策略分析 . 89 7.1 中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)現(xiàn)狀 . 89 7.1.1 CMNET 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) . 89 7.1.2 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀 . 90 7.1.3 M2M 業(yè)務(wù) . 92 7.2 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求分析 . 94 7.3 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施策略及建議 . 96 7.3.1 IPv6 無(wú)線傳感器體系結(jié)構(gòu) . 96 7.3.2 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與 Internet 的互聯(lián) . 98 7.4 IPV6 無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)業(yè)務(wù)開(kāi)展需要注意的問(wèn)題 . 100 7.5 小結(jié) . 101 8 項(xiàng)目總結(jié) . 102 9 參考文獻(xiàn) . 104 1 1 項(xiàng)目概述 2009 年 11 月 3 日，溫家寶總理發(fā)表了題為讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的講話。溫總理指出，搶占五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后 IP 時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)。 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，它把 IPv6 技術(shù)融入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，不僅能解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)間、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與 Internet 間的互連互通問(wèn)題，同時(shí)解決了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的缺點(diǎn)，如需要數(shù)量巨大的地址資源、需要實(shí)現(xiàn)有效地址管理機(jī)制、缺乏應(yīng)有的安全機(jī)制等問(wèn)題。 本項(xiàng)目通過(guò)對(duì) IPv6、無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用進(jìn)行探討，研究其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的典型實(shí)例，并總結(jié)當(dāng)前制約無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用的因素及目前的研究熱點(diǎn)。通過(guò)本項(xiàng)目，開(kāi)展了（ 1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的制約因素、（ 2） 基于 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建、（ 3） 傳感器節(jié)點(diǎn)的拓?fù)洳渴?、?4） IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法以及（ 5） IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合以及應(yīng)用場(chǎng)景等方面的研究，特別是大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，著重探討 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中國(guó)移動(dòng)的主營(yíng)業(yè)務(wù)相結(jié)合的突破點(diǎn)。最終為中國(guó)移動(dòng)今后開(kāi)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 應(yīng)用和業(yè)務(wù)完成相關(guān)技術(shù)的跟蹤和儲(chǔ)備。 2 IPv6 傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介 2.1 IPv6 及其相關(guān)技術(shù) 簡(jiǎn)介 下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議采用 IPv6，其重點(diǎn)在于解決網(wǎng)絡(luò)的容量和網(wǎng)絡(luò)的性能。與 IPv4 相比較， IPv6 在地址容量、安全性、網(wǎng)絡(luò)管理、移動(dòng)性以及服務(wù)質(zhì)量等方面有明顯的改進(jìn)。 其突出優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在： (1) 地址容量巨大， IPv6 地址長(zhǎng)度為 128 位，也就是說(shuō)在采用 IPv6 的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中 IP 地址數(shù)量理論上可有 2 的 128 次方。這種地址設(shè)置可充分滿足未來(lái)人類(lèi)社會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng) IP 地址的需求。 (2) 移動(dòng)性功能強(qiáng)， IPv6 采用層次化的地 址結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于電話號(hào)碼的分布結(jié)構(gòu)。因此采用 IPv6 協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)上可直接接入移動(dòng)主機(jī)或移動(dòng)終端設(shè)備。 2 (3) 強(qiáng)大的安全性功能 ，在 IPv6 協(xié)議中提供兩個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭 認(rèn)證(authentication)和加密 (Encryption)，能保證在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中確認(rèn)數(shù)據(jù)包來(lái)源的正確性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?(4) 高效的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)，在 IPv6 中，采用了類(lèi)似電話網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量的方法，如用戶可以用一組參數(shù)規(guī)定所需要的連接，如傳輸速率、時(shí)延、延時(shí)變化率等；網(wǎng)絡(luò)可判斷確定是否接受這個(gè)連接；用戶能確定得到對(duì)應(yīng)的服務(wù)等。 隨著技 術(shù)和應(yīng)用等多個(gè)方面的快速發(fā)展，人們對(duì)于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的要求變得越來(lái)越迫切。在技術(shù)層面，硬件技術(shù)的發(fā)展使得設(shè)備更加小型化，進(jìn)而使得筆記本電腦、 PDA、移動(dòng)電話等移動(dòng)設(shè)備變得越來(lái)越普及；而互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展在改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)、生活方式的同時(shí)，也使得信息共享和及時(shí)通信成為日常生活不可缺少的一部分；移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展也使得基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸成為可能，這為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。在應(yīng)用層面，經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展使得人的流動(dòng)性大大增加，大量學(xué)者和商務(wù)人士每天奔波在世界各地，經(jīng)常變更所處的位置，并且在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí) 間內(nèi)處于移動(dòng)狀態(tài)中；與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)全球化和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得人們對(duì)通信和信息的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)，通信和信息實(shí)際上已經(jīng)成為成功的必要因素之一。移動(dòng)辦公將成為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的熱點(diǎn)，并且會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)和個(gè)人加入到移動(dòng)辦公的行列中。 為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，需要解決“漫游（ Roaming）”和“移動(dòng)（ Mobile）”這兩大問(wèn)題。在 IPv6 協(xié)議出現(xiàn)之前，人們對(duì)傳統(tǒng)的 IPv4 體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)充和開(kāi)發(fā)，提出了移動(dòng) IPv4 協(xié)議，部分的解決了移動(dòng)計(jì)算機(jī)的漫游和移動(dòng)問(wèn)題。然而，由于 IPv4 本身的局限性，移動(dòng) IPv4 也存在著與之類(lèi)似的問(wèn) 題，主要包括 IP 地址空間不足、路由性能不高、安全性無(wú)法得到保障、以及網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜多變等等。作為 IPv4 協(xié)議的替代協(xié)議， IPv6 作出了重大改進(jìn)，與之相對(duì)應(yīng)的移動(dòng) IPv6 同樣有了顯著改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了很多新特性。這些新特性表現(xiàn)為地址自動(dòng)配置、鄰居發(fā)現(xiàn)、內(nèi)置安全機(jī)制、黑洞監(jiān)測(cè)、移動(dòng)透明性實(shí)現(xiàn)等。 以 IPv6 為核心技術(shù)的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有移動(dòng) IPv4 網(wǎng)絡(luò)上所提供的所有業(yè)務(wù)，還能充分支持豐富多樣、個(gè)性化、無(wú)處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)。這些創(chuàng)新的業(yè)務(wù)包括：有大量共有地址需求的應(yīng)用，如以傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、信息家電、智能汽 車(chē)、 RFID、移動(dòng)終端等為主體的各種行業(yè)應(yīng)用和個(gè)人應(yīng)用。 3 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 概述 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近的大量廉價(jià)的、具有通信、感測(cè)及計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織構(gòu)成的“智能”測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通、建筑物監(jiān)測(cè)、空間探索等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用價(jià)值，被認(rèn)為是未來(lái)改變世界的十大技術(shù)之一、全球未來(lái)四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。目前，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)都已開(kāi)展了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用的相關(guān)研究。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖 2.2-1 所 示，系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器。 圖 2.2-1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖 傳感器節(jié)點(diǎn)可以完成環(huán)境監(jiān)測(cè)、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、位置識(shí)別或控制其他設(shè)備的功能；此外還具有路由、轉(zhuǎn)發(fā)、融合、存儲(chǔ)其他節(jié)點(diǎn)信息等功能。 網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的通信，實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，發(fā)送控制命令到傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，以及傳送節(jié)點(diǎn)的信息到服務(wù)器。 服務(wù)器用于接收監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，用戶可遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器，從而獲得監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)和設(shè)備的工作情況。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有如下主要特點(diǎn)： (1)自組織。傳 感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信協(xié)調(diào)工作。 (2)多跳路由。節(jié)點(diǎn)受通信距離、功率控制或節(jié)能的限制，當(dāng)節(jié)點(diǎn)無(wú)法與網(wǎng)關(guān)直接通信時(shí)，需要由其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)完成數(shù)據(jù)的傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸路由是多 4 跳的。 (3)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｔ谀承┨厥獾膽?yīng)用中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)的，傳感器節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。 (4)節(jié)點(diǎn)資源有限。節(jié)點(diǎn)微型化要求和有限的能量導(dǎo)致了節(jié)點(diǎn)硬件資源的有限性。 2.3 IPv6 在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 簡(jiǎn)介 以 IPv6 為核心技術(shù)的下一代互聯(lián)網(wǎng) 不但可以支持現(xiàn)有移動(dòng) IPv4 網(wǎng)絡(luò)上所提供的 所有業(yè)務(wù)，還能充分支持豐富多樣、個(gè)性化、無(wú)處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)，特別是對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這類(lèi)對(duì)于 大量共有地址需求的應(yīng)用 ，更是有其先天優(yōu)勢(shì) 。 如何實(shí)現(xiàn) IPv6 與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，已成為業(yè)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。為此， IETF 成立了 6LoWPAN 工作組，其 任務(wù)是定義在如何利用 IEEE 802.15.4 鏈路支持基于 IP 的通信的同時(shí)，遵守開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他 IP 設(shè)備的互操作性。 基于 IPv6 的無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與具體的應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，因此針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，存在性能 不同的 基于 IPv6 的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 。 2.3.1 環(huán)境監(jiān)測(cè) 6Lowpan 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，能夠完成傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)法完成的任務(wù)。環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域包括：植物生長(zhǎng)環(huán)境、動(dòng)物的活動(dòng)環(huán)境、生化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、洪水監(jiān)測(cè)等。 如 加州大學(xué)伯克利分校利用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控大鴨島（ Great Duck Island）的生態(tài)環(huán)境，在島上部署 30 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)采用 Berkeley 大學(xué)的 Mica mote節(jié)點(diǎn)，包括監(jiān)測(cè)環(huán)境所需的溫度、光強(qiáng)、濕度、大氣壓力等多種傳感器。系統(tǒng)采用分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的 環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)酱厥祝ňW(wǎng) 關(guān)），然后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)、基站、 Internet 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶或管理員可以通過(guò)Internet 遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。 在印度西部多山區(qū)域監(jiān)測(cè)泥石流部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是在災(zāi)難 5 發(fā)生前預(yù)測(cè)泥石流的發(fā)生，采用大規(guī)模、低成本的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，每隔預(yù)定的 時(shí)間發(fā)送一次山體狀況的最新數(shù)據(jù)。 Intel 公司利用 Crossbow 公司的 Mote 系列節(jié)點(diǎn)在美國(guó)俄勒岡州的一個(gè)葡萄園中部署了監(jiān)測(cè)其環(huán)境微小變化的無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 2.3.2 建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)測(cè)建筑物的健康狀況，不僅成本 低廉，而且能解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)布線復(fù)雜、線路老化、易受損壞等問(wèn)題。斯坦福大學(xué)提出了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建筑物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用基于分簇結(jié)構(gòu)的兩層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)由EVK915 模塊和 ADXL210 加速度傳感器構(gòu)成，簇首節(jié)點(diǎn)由 Proxim RangelLAN2無(wú)線調(diào)制器和 EVK915 連接而成。南加州大學(xué)的一種監(jiān)測(cè)建筑物的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) NETSHM，該系統(tǒng)除了監(jiān)測(cè)建筑物的健康狀況外，并且能夠定位出建筑物受損傷的位置。系統(tǒng)部 署于 Los Angeles 的 The Four Seasons 大樓內(nèi)。系統(tǒng)采用分簇結(jié)構(gòu)，采用 Mica-Z 系列節(jié)點(diǎn)。 2.3.3 醫(yī)療衛(wèi)生 6Lowpan同樣也經(jīng)常用在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中。它可以用于人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行動(dòng)，醫(yī)院的藥物管理等。無(wú)線傳感器結(jié)點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)醫(yī)療器械來(lái)說(shuō)，去掉了笨重的連接線，更適用于醫(yī)院和家庭對(duì)病人的照看工作。在醫(yī)療環(huán)境下，數(shù)據(jù)延時(shí)和信息丟失可能會(huì)引起醫(yī)療事故，因此對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和傳輸?shù)目煽啃杂休^高的要求。 加利福尼亞大學(xué)提出了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體健 康監(jiān)測(cè)平臺(tái) CustMed，采用可佩戴的傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器類(lèi)型包括壓力、皮膚反應(yīng)、伸縮、壓電薄膜傳感器、溫度傳感器 等。節(jié)點(diǎn)采用加州大學(xué)伯克 利分校研制、 Crossbow 公司生產(chǎn)的 dot-mote 節(jié)點(diǎn)，通過(guò)放在口袋里的 PC 機(jī)可以方便直觀地查看人體當(dāng)前的情況。紐約 Stony Brook 大學(xué)針對(duì)當(dāng)前社會(huì)老齡化的問(wèn)題提出了監(jiān)測(cè)老年人生理狀況的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（ Health Tracker 2000），除了監(jiān)測(cè)用戶的生理信息外，還可以在生命發(fā)生危險(xiǎn)的情況下及時(shí)通報(bào)其身體情況和位置信息。節(jié)點(diǎn)采用Crossbow 公司的 MICA2 和 MICA2DOT 系列節(jié)點(diǎn)，采用溫度、脈搏、呼吸、血氧水 6 平等類(lèi)型傳感器。 2.3.4 智能交通 6Lowpan 在智 能交通領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，它能夠集成道路、車(chē)輛、交通信號(hào)等信息，極大的提高運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性。對(duì)交通流量和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)交通流量進(jìn)行優(yōu)化，能夠減少道路擁塞。 下 圖所示為上海市重點(diǎn)科技研發(fā)計(jì)劃中的智能交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用聲音、圖像、視頻、溫度、濕度等傳感器，節(jié)點(diǎn)部署于十字路口周?chē)渴鹩谲?chē)輛上的節(jié)點(diǎn)還包括 GPS 全球定位設(shè)備。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的安全性問(wèn)題，包括耗能、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)安全、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、數(shù)據(jù)管理融合、數(shù)據(jù)傳輸模式等。 圖 2.3.4-1、上海市重點(diǎn)科技研發(fā)計(jì)劃中的智能交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 2.3.5 其它應(yīng)用場(chǎng)景 工業(yè)監(jiān)控 6Lowpan 應(yīng)用在工業(yè)監(jiān)控中可以提高生產(chǎn)率 /降低能耗 /以及增加工廠操作的安全系數(shù)，現(xiàn)在很多工 廠仍然使用耗時(shí)昂貴的人工檢測(cè)方式去排查錯(cuò)誤、安排維護(hù)以避免停工， 能夠以一種廉價(jià)的方式提供更多、更可靠的的數(shù)據(jù)。 其 部署能減少因故障造成的停工時(shí)間，同時(shí)能減少執(zhí)行人工檢測(cè)所帶來(lái)的巨大開(kāi)銷(xiāo)。另外，數(shù)據(jù)分析功能能夠放在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，取消了人工數(shù)據(jù)傳輸和分析的過(guò)程。 7 軍事領(lǐng)域 傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，因此非常適合軍事上的應(yīng)用。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng) 環(huán)境 中， 通過(guò)飛機(jī)或炮彈直 接將傳感器節(jié)點(diǎn)散播到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部署傳感網(wǎng)絡(luò)，就能隱蔽而且近距離的準(zhǔn)確收集戰(zhàn)場(chǎng)信息， 包括偵察敵情、 監(jiān)控 兵力、裝備和物資等 。 智能家居 6LowPan 技術(shù) 也可以 廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域 中 。例如：在智能家居中，可將 6LowPan 節(jié)點(diǎn)嵌入到家具和家電中，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境的管理。 以家庭為單位介紹此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝。每個(gè)家庭安裝一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)、若干個(gè)無(wú)線通信 6LowPan 子節(jié)點(diǎn)模塊，在家庭網(wǎng)關(guān)和每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上都接一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊 (符合 6LowPan 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品 )，通過(guò)這 些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送。 可實(shí)現(xiàn)以下功能： 安防報(bào)警功能，在家庭門(mén)窗上安裝 6LoWPAN 結(jié)點(diǎn)，一旦有以外發(fā)生可以通過(guò) 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)第一時(shí)間報(bào)警； 采集水、電、氣 各 表數(shù)據(jù)發(fā)給物業(yè)管理中心 ，在水電氣等表中安裝 6LoWPAN結(jié)點(diǎn)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每月用量數(shù)據(jù)發(fā)送到物業(yè)中心。 2.4 物聯(lián)網(wǎng)基本概念 物聯(lián)網(wǎng)的概念是在 1999 年提出的。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱(chēng)叫“ The Internet of things”，顧名思義，簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng) ，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和 擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。嚴(yán)格而言，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別（ RFID）、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的 一種網(wǎng)絡(luò)。 中國(guó)移動(dòng)總裁王建宙反復(fù)提及，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)成為中國(guó)移動(dòng)未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。 8 他表示將會(huì)邀請(qǐng)臺(tái)灣生產(chǎn) RFID、傳感器和條形碼的 廠商和中國(guó)移動(dòng)合作。據(jù)他介紹，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，上海移動(dòng)已為多個(gè)行 業(yè)客戶度身打造了集數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和業(yè)務(wù)管理于一體的整套無(wú)線綜合應(yīng)用解決方 案。最新數(shù)據(jù)顯示，上海移動(dòng)目前已將超過(guò)萬(wàn)個(gè)芯片裝載在出租車(chē)、公交車(chē)上，形式多樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在各行各業(yè)大顯神通，確保城市的有序運(yùn)作。在上海世博會(huì)期間，“車(chē)務(wù)通”將全面運(yùn)用于上海公共交通系統(tǒng)，以最先進(jìn)的技術(shù)保障世博園區(qū)周邊大流量交通的順暢；面向物流企業(yè)運(yùn)輸管理的“物流”，將為用戶提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的貨況信息、車(chē)輛跟蹤定位、運(yùn)輸路徑選擇、物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化等服務(wù)，大大提升物流企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。 物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)是 RFID 電子標(biāo)簽 技術(shù)。以簡(jiǎn)單 RFID 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無(wú)數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的，比 Internet 更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為 RFID 技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。物 聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、老人護(hù)理、個(gè)人健康等多個(gè)領(lǐng)域。預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián) 網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。有專(zhuān)家預(yù)測(cè)年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及，這一技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)上萬(wàn)億元規(guī)模的高科技市場(chǎng)。 國(guó)際電信聯(lián)盟 2005 年一份報(bào)告曾描繪 “物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的圖景：當(dāng)司機(jī)出現(xiàn)操作失誤時(shí)汽車(chē)會(huì)自動(dòng)報(bào)警；公文包會(huì)提醒主人忘帶了什么東西；衣服會(huì)“告訴”洗衣機(jī)對(duì)顏色和水溫的要求等等。 物聯(lián)網(wǎng)把新一代 IT 技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說(shuō)，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí) 的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類(lèi)可以以更加精細(xì) 和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。 物聯(lián)網(wǎng)是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起來(lái)的，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息 產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。早在 1999 年，在美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類(lèi)面臨的 9 又一個(gè)發(fā)展機(jī) 遇”； 2003 年，美國(guó)技術(shù)評(píng)論提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首； 2005 年，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（ WSIS）上， 國(guó)際電信聯(lián)盟（ ITU）發(fā)布了 ITU 互聯(lián)網(wǎng) 報(bào)告 2005：物聯(lián)網(wǎng)，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。 2.5 小結(jié) 以 IPv6 為核心技術(shù)的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有移動(dòng) IPv4 網(wǎng)絡(luò)上所提供的所有業(yè)務(wù)，還能充分支持豐富多樣、個(gè)性化、無(wú)處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)。這些創(chuàng)新的業(yè)務(wù)包括：有大量共有地址需求的應(yīng)用，如以傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、信息家電、智能汽車(chē)、 RFID、移動(dòng)終端等為主體的各種行業(yè)應(yīng)用和個(gè)人應(yīng)用。 6LoWPAN 是 IPv6 與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的核心技術(shù)，是 利用 IEEE 802.15.4 鏈路支持基于 IP 的通信 ，其 遵守開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他 IP 設(shè)備的互操作性。 其可以 廣泛應(yīng)用 在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通、建筑物監(jiān)測(cè)、空間探索等領(lǐng)域 。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用形式 “物聯(lián)網(wǎng)”將是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，將會(huì)成為中國(guó)移動(dòng)未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。 3 Pv6 無(wú)線傳感器的國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 3.1 IPv6 國(guó)內(nèi) 研究和發(fā)展現(xiàn)狀 隨著 IPv4 地址空間耗盡的迫近，人們加緊了對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 -即 IPv6的研究， IPv6 協(xié)議已經(jīng)在越來(lái)越廣泛的范圍內(nèi)得到實(shí)踐。由于 IPv6 和 IPv4 在協(xié)議頭格式上不兼容， IETF 成立了專(zhuān)門(mén)的工作組 ngtrans 研究從現(xiàn)有的 IPv4 網(wǎng)絡(luò)向IPv6 網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡策略和必要的技術(shù)。作為向下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議過(guò)渡的重要步驟，國(guó)際的 IPv6 試驗(yàn)網(wǎng) 6bone 在 1996 年成立了?，F(xiàn)在， 6bone 已經(jīng)擴(kuò)展到全球50 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，成為 IPv6 研究者、開(kāi)發(fā)者和實(shí)踐者的主要平臺(tái)。 10 圖 3.1-1 6bone IPv6 的出現(xiàn)引起了世界重要研究機(jī)構(gòu)和公司的重視。目前 IETF 正在制定大量的 IPv6 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括地址結(jié)構(gòu)、域名解析、安全、自動(dòng)配置、鄰居發(fā)現(xiàn)、路由協(xié)議等方面，同時(shí)為了對(duì) IPv6 協(xié)議特性進(jìn)行研究并積累 IPv6 組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)， IETF于 1996 年建立了全球范圍的試驗(yàn)床 (Testbed)，稱(chēng)作 6Bone。 6Bone 是一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)，以隧道 (tunnel)的方式通過(guò)基于 IPv4 的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 1998 年底，面向?qū)嵱玫娜蛐?IPv6 研究和教育網(wǎng) (6REN)開(kāi)始啟動(dòng)，建立了物理的以 ATM 為中心的 IPv6 洲際網(wǎng)絡(luò)。 由于支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以及自動(dòng)配置特性， IPv6 成為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的一個(gè)機(jī)遇。目前，制訂下一代移動(dòng)通信系統(tǒng) “IMT-2000”標(biāo)準(zhǔn)的 3GPP 已經(jīng)決定在下一代移動(dòng)技術(shù)的基本協(xié)議中采用 IPv6。與此同時(shí)， Nokia 等公司還宣布， 將在其 2.5G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)中全面采用 IPv6，并已成功進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。而且，為了推 11 廣 IPv6 在世界的普及，由 Cisco、 Nortel、 Microsoft、 Lucent、 Nokia、 3Com 等公司聯(lián)合發(fā)起成立了 IPv6 論壇，并從 1999 年開(kāi)始，每年舉行 2 3 屆 IPv6 全球峰會(huì)。 1998 年 6 月我國(guó)國(guó)家教育科研網(wǎng) CERNET 也加入了 6Bone，并于同年 12 月成為其骨干成員。 CERNET 建立了 IPv6 試驗(yàn)床并在 IPv6 領(lǐng)域在中國(guó)開(kāi)展了許多開(kāi)拓性的研究。從 1999 年底， CERNET 與 Nokia 合作，啟動(dòng)了 Internet6 計(jì)劃，準(zhǔn)備首先在中國(guó)的若干高校搭建 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)大規(guī)模的 IPv6 研究和試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。 圖 3.1-2 CERNET 主干網(wǎng)拓?fù)鋱D 試驗(yàn)床從 6bone 獲得 p-TLA(pseudo-Top Level Aggregation,偽頂級(jí)聚類(lèi) )3FFE:3200:/24 的地址空間；并且建立了 5 條以 tunnel為基礎(chǔ)的國(guó)際 IPv6 虛擬鏈路，直接通達(dá)美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，間接地與幾乎所有現(xiàn)有的 6bone成員互連。試驗(yàn)床按地區(qū)分配 NLA1 ID(Next Level Aggregation, level 1 Identifier，次級(jí)聚類(lèi) )。目前，試驗(yàn)床正式使用部分已經(jīng)發(fā)展了 2 個(gè)地區(qū)級(jí)的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)；學(xué)生試驗(yàn)部分已經(jīng)建立了 4 個(gè)地區(qū) IPv6 網(wǎng)絡(luò)。 在亞洲，由于缺少地址等原因，對(duì)待 IPv6 的態(tài)度比歐美積極，其中最積極的是日本 。日本政府和眾多日本企業(yè)決心在新世紀(jì)把寶押在 3G 和 IPv6 上，以這兩個(gè)寶為契機(jī)，使日本重新成為全球最先進(jìn)的 IT 國(guó)家之一。日本政府把 IPv6 技術(shù)的確立、普及與國(guó)際貢獻(xiàn)作為政府的基本政策，將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)過(guò)渡到 IPv6 網(wǎng)絡(luò) 12 作為 “超高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和競(jìng)爭(zhēng)政策 ”的具體目標(biāo)，明確設(shè)定在 2005 年完成互聯(lián)網(wǎng) 向IPv6 的過(guò)渡。 由于政府重視、企業(yè)積極，日本自 1992 年就起步著手研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前在 IPv6 的研發(fā)與應(yīng)用方面走在世界的前列。日本于 1999 年 12 月開(kāi)始提供試驗(yàn)服務(wù)， 2001 年 4 月開(kāi)始提供商用服務(wù)，到目前為止， NTT Com、 Japan Telecom和 KDDI 等日本的主要運(yùn)營(yíng)商和 ISP 幾乎都已經(jīng)提供 IPv6 商業(yè)化接入服務(wù)，日本全國(guó)利用 IPv6 的環(huán)境正日益完善。 目前，全球范圍內(nèi)的知名運(yùn)營(yíng)商大都已經(jīng)宣布 IPv6 商用計(jì)劃，中國(guó)電信也于今年年初全面啟動(dòng)下一代互聯(lián)網(wǎng)部署試點(diǎn)工作。美國(guó)最大的有線電視運(yùn)營(yíng)商Comcast 今年年初正式宣布其 IPv6 商用計(jì)劃，其用戶可以從今年第二季度起自愿選擇使用 IPv6 服務(wù)。 從日本方面來(lái)看，其繁榮的智能手機(jī)普及，催生了 IPv6 的加速應(yīng)用。因此，在推動(dòng) IPv6 的應(yīng)用方面，日本可謂不遺余力。 NTT Plala 是 NTT 旗下的一家日本互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商，其推出的 Hikari TVV 項(xiàng)目便是運(yùn)行于 NTT 下一代 IPv6 網(wǎng)絡(luò)之上。該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)向日本 1000 萬(wàn)用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)， Hikari TV 服務(wù)目前正逐步向成千上萬(wàn)戶家庭滲透，日本消費(fèi)者可以購(gòu)買(mǎi) Hikari支持 IPv6 的機(jī)頂盒。 并且，早在 2 年前，東京大學(xué)研究室大樓進(jìn)行了 IP 化智能樓宇改造，耗資4000 萬(wàn)日元 (約合 290 萬(wàn)人民幣 )；大樓一年的電費(fèi)是 1 億日元 (730 萬(wàn)人民幣 )，節(jié)能效率達(dá)到 30%，一年多即收回成本。而東京大學(xué)的全年電費(fèi)是 290 億日元，全面引入 IPv6 的效益頗為可觀。 韓國(guó)也比較重視 IPv6，在戰(zhàn)略、政策、立法、項(xiàng)目資助、國(guó)際合作等方面都有相應(yīng)措施。韓國(guó)制訂了 IPv6 的演進(jìn)進(jìn)程，共分四個(gè)階段。第一階段（ 2001 年以前）建立 IPv6 試驗(yàn)網(wǎng)，開(kāi)展驗(yàn)證、運(yùn)行和宣傳工作；第二階段（ 2002 年 2005年）建立 IPv6 島，與現(xiàn)有 IPv4 大網(wǎng)互 通，在 IMT2000 上提供 IPv6 服務(wù)；第三階段（ 2006 年 2010 年）建立 IPv6 大網(wǎng)，原 IPv4 大網(wǎng)退化為 IPv4 島，與 IPv6大網(wǎng)互通，提供有線和無(wú)線的 IPv6 商用服務(wù)；第四階段（ 2011 年以后）演變成一個(gè)單一的 IPv6 網(wǎng)。 歐洲在互聯(lián)網(wǎng)方面落后于美國(guó)，但在移動(dòng)通信方面領(lǐng)先于美國(guó)，所以歐洲發(fā)展 IPv6 的基本戰(zhàn)略是 “先移動(dòng)，后固定 ”，希望在 IPv6 方面掌握先機(jī)，通過(guò) 3G標(biāo)準(zhǔn)的部署來(lái)實(shí)現(xiàn)在未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與美國(guó)并駕齊驅(qū)的目標(biāo)。歐盟認(rèn)為： IPv6 是發(fā) 13 展 3G 移動(dòng)通信的必要工具，如果想大規(guī)模發(fā)展 3G，就不得不升 級(jí)到 IPv6。制定3G 標(biāo)準(zhǔn)的 3GPP 組織已經(jīng)決定以 IPv6 為基礎(chǔ)構(gòu)筑下一代移動(dòng)網(wǎng)，使 IPv6 成為 3G必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的主要目標(biāo)是： 2003 年底開(kāi)始推出 IPv6 服務(wù)， 2005 年底運(yùn)營(yíng)商完成向 IPv6 的轉(zhuǎn)換，在所有新的家電裝置中引入 IPv6 連接，將基于互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)集成到運(yùn)輸工具及相關(guān)的移動(dòng)商務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施中，實(shí)現(xiàn)人與人之間、物與物（從電話到汽車(chē)）之間的通信。歐洲目前已經(jīng)建立了 Euro6IX 和 6NET 等 IPv6試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有關(guān)推廣，部署 IPv6 的準(zhǔn)備，歐洲各大廠商也都加快了 IPv6 開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化進(jìn)程，各種試驗(yàn)項(xiàng)目正 逐步成熟。 美國(guó)由于是 IPv4 的發(fā)源地，因此無(wú)論在地址資源和商業(yè)應(yīng)用方面都占據(jù)了先天的優(yōu)勢(shì)，在 IPv4 主導(dǎo)的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位和 IP 地址資源優(yōu)勢(shì)，因此目前既沒(méi)有地址短缺的憂慮，又很不愿意改動(dòng)花費(fèi)大量資本構(gòu)建的 IPv4 商業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，所以目前主要是以世界 IPv6 研究、協(xié)調(diào)中心的面目出現(xiàn)的，研究和開(kāi)發(fā)IPv6 的主要組織如 IETF、 6BONE 等都在美國(guó)。但美國(guó)在 IPv6 的商業(yè)化推廣方面的力度沒(méi)有歐洲和日本大。 最近，由于美國(guó)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展受阻，需要尋找新的商機(jī)，同時(shí)北美對(duì)寬帶 IP服務(wù)有大量的潛在需求，對(duì) IPv6 的 需求逐漸明顯。同時(shí)美國(guó)也不希望失去在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。美國(guó)在發(fā)生 911 事件以后非常擔(dān)心恐怖分子對(duì)其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行致命性的攻擊，所以對(duì)待 IPv6 的態(tài)度現(xiàn)在已經(jīng)有所變化。各主要廠商出于商業(yè)利益考慮開(kāi)始支持 IPv6，已經(jīng)或者準(zhǔn)備推出支持 IPv6 的試驗(yàn)性產(chǎn)品。 截止到 2008 年 12 月，全球 IPv6 地址分配數(shù)量前十名如表 3.1-1 所示?？梢钥闯觯壳?IPv6 的分配主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家手中。從地域上，亞太地區(qū)的日本和韓國(guó)在 IPv6 的發(fā)展上走的比較靠前。目前中國(guó)大陸的 IPv6 地址擁有量排名世界第十五（ 80）。 國(guó)家 美國(guó) 德國(guó) 法國(guó) 日本 澳大利亞 歐洲 韓國(guó) 意大 利 中國(guó)臺(tái)灣 波蘭 IPv6地址分配數(shù)量 14746 9689 8311 8309 8222 6160 5196 4145 2309 2093 表 3.1-1 全球 IPv6 地址分配數(shù)量（統(tǒng)計(jì)單位為 /32） 14 3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 早在上世紀(jì) 70 年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形， 可以把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的 不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號(hào)的綜合處理能力，并通過(guò)與 傳感控制器的相聯(lián)，組成 了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。 從上世紀(jì)末開(kāi)始，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無(wú)線技術(shù)連接，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會(huì)給人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，非常重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， IEEE 正在努力推進(jìn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué) (Boston University)創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì) (Sensor Network Consortium)，期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。除了波士頓大學(xué)，該協(xié)會(huì)還包括BP、霍尼韋爾 (Honeywell)、 Inetco Systems、 Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、 Radianse、 Sensicast Systems 及 Textron Systems。美國(guó)的技術(shù)評(píng)論雜志在論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù)，商業(yè)周刊預(yù)測(cè)的未來(lái)四大新技術(shù)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。可以 預(yù)計(jì)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢(shì)，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)極大的變革。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由在空間分布的和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的，如圖 3.2-1所示。節(jié)點(diǎn)包含有傳感器來(lái)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常帶有無(wú)線電收發(fā)器或其他無(wú)線設(shè)備通信設(shè)備以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù)和其他用戶。這樣，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于數(shù)據(jù)收集（ Data Collection）、目標(biāo)跟蹤（ Object tracking）以及報(bào)警監(jiān)控（ Alarm monitoring）等。 15 圖 3.2-1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 雖然無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時(shí)日，但是最近幾年，隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來(lái)越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始投入使用。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究最早起源于軍事領(lǐng)域。由于其具有可快速部署、自組織、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)敵軍地形和兵力布防及裝備的偵察、戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、定位攻擊目標(biāo)、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估、核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測(cè)以及搜索等功能。 最著名的就是美國(guó)國(guó)防部支持的“智能塵?！表?xiàng)目。 哈伯研究公司總裁阿爾門(mén)丁格預(yù)測(cè)：智能 塵埃式傳感器及有關(guān)的技術(shù)銷(xiāo)售將從 2004年的 1000 萬(wàn)美元增加到 2010 年的幾十億美元。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分廣泛，表 2.3-1 例舉了一些 WSN 應(yīng)用的相關(guān)實(shí)例。 應(yīng)用領(lǐng)域 相關(guān)實(shí)例 環(huán)境監(jiān)測(cè) 美國(guó)的 ALERT 計(jì)劃中，研究人員開(kāi)發(fā)了數(shù)種傳感器來(lái)分別監(jiān)測(cè)降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測(cè)暴發(fā)山洪的可能性 2002 年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校 Intel 實(shí)驗(yàn)室和大西洋學(xué)院聯(lián)合，在大鴨島上部署了用來(lái)監(jiān)測(cè)島上海鳥(niǎo)生活習(xí)性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 哈佛大學(xué) Mate Wel 的研究小組用 WSN 對(duì)活火山 Volcano Tungurahua 進(jìn)行觀測(cè) 2005 年，澳洲的科學(xué)家利用傳感器網(wǎng)絡(luò)探測(cè)北澳大利亞的蟾蜍分布情況 挪威科學(xué)家利用 WSN 監(jiān)測(cè)冰河的變化情況，目的在于通過(guò)分析冰河環(huán)境的變化來(lái)推斷地球氣候的變化 Intel 在俄勒岡州的一個(gè)葡萄園內(nèi)，利用無(wú)線傳感器測(cè)量葡萄園氣候的細(xì)微變化 醫(yī)療護(hù)理 羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無(wú)線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)智能醫(yī)療房 16 間，使用微塵來(lái)測(cè)量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和 呼吸）、睡覺(jué)姿勢(shì)以及每天 24小時(shí)的活動(dòng)狀況 英特爾公司推出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是作為探討應(yīng)對(duì)老齡化 社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目 Center for Aging Services Technologies（ CAST）的一個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)通過(guò)在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默 氏病患者以及殘障人士的家庭生活 機(jī)械故障診斷 Intel 公司曾在芯片制造設(shè)備上安裝過(guò) 200 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，用來(lái)監(jiān)控設(shè)備的振動(dòng)情況，并在測(cè)量結(jié)果超出規(guī)定時(shí)提供監(jiān)測(cè)報(bào)告 美國(guó)貝克特營(yíng)建集團(tuán)公司已在倫敦地鐵系統(tǒng)中采用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)。采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以讓大樓、橋梁及其他建筑物感知并匯報(bào)自 身的狀態(tài)信息 太空探索 WSN 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)星球表面長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。美國(guó)國(guó)家航空與航天局(NASA)的 JPL 實(shí)驗(yàn)室的 Sensor Webs 計(jì)劃，就是為將來(lái)的火星探測(cè)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的 表 3.2-1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例 美國(guó)專(zhuān)利局的數(shù)據(jù)顯示，在無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)方面，美國(guó)擁有最多的已授權(quán)的專(zhuān)利，日本其次，加拿大、韓國(guó)和法國(guó)隨后。同時(shí)，美國(guó)也擁有最多的已公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)，韓國(guó)其次，日本、瑞典和臺(tái)灣隨后。美國(guó)頒布的專(zhuān)利總數(shù)依然逐年增加， 2009 年頒布的專(zhuān)利是 2005 年的兩倍以上，這表明無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)活動(dòng)在近幾年 十分強(qiáng)勁。 如將美國(guó)專(zhuān)利分布狀況按照公司來(lái)分析，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上領(lǐng)先的 15個(gè)頂級(jí)公司分別是：思科（ Cisco）、愛(ài)立信（ Ericsson）、費(fèi)希爾羅斯蒙特（ Fisher-Rosemount）、通用電氣（ GE）、霍尼韋爾（ Honeywell）、 IBM 公司、英特爾公司（ Intel）、微軟公司（ Microsoft）、摩托羅拉（ Motorola）、 NEC 公司、諾基亞公司（ Nokia）、飛利浦公司（ Philips）、三星公司（ Samsung）、西門(mén)子公司（ Siemens）和索尼公司（ Sony）。其中，諾基亞公司 擁有的已授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利數(shù)量最多，摩托羅拉、英特爾和微軟緊隨其后；三星公司擁有的已公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多，隨后是霍尼韋爾、微軟、摩托羅拉和 NEC 公司。另外，值得注意的是， IBM 公司是目前在物聯(lián)網(wǎng)方面全面領(lǐng)先的公司之一。 17 3.3 物聯(lián)網(wǎng)研究熱點(diǎn)分析及其應(yīng)用現(xiàn)狀 3.3.1 引言 物聯(lián)網(wǎng)自 1999 年美國(guó)麻省理工學(xué)院的 Auto-ID 中心提出以來(lái)，發(fā)展迅速，被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。近來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)中的 RFID、傳感技術(shù)、全球標(biāo)準(zhǔn)等核心技術(shù)的不斷完善及廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)被越來(lái)越多的人關(guān)注。 在美國(guó)， IBM 在物聯(lián) 網(wǎng)概念的基礎(chǔ)上，提出了“智慧地球”的概念。美國(guó)將智慧地球當(dāng)作經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，奧巴馬提出這是“美國(guó)在 21 世紀(jì)保持和奪回競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方式”之一。在國(guó)內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)已成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，引起了國(guó)務(wù)院和各部委的高度重視。溫家寶總理在 2009 年 8 月無(wú)錫考察是針對(duì)傳感網(wǎng)提出：“要早一點(diǎn)謀劃未來(lái)，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)”。 2009 年 9 月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)和工業(yè)和信息化部發(fā)布關(guān)于進(jìn)一步做好電子信息產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造項(xiàng)目組織工作的通知， RFID、物聯(lián)網(wǎng)等作為計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)及下一代互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，被列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域。 3.3.2 物聯(lián)網(wǎng)的概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱(chēng)為 The Internet of Things” ,簡(jiǎn)稱(chēng)： IOT。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過(guò)各類(lèi)可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理。 由“物聯(lián)網(wǎng)”名稱(chēng)可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二， 其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別 (RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種 18 網(wǎng)絡(luò)。 3.3.3 物聯(lián)網(wǎng)研究熱點(diǎn) 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋到各個(gè)角落、各個(gè)領(lǐng)域，可以用“無(wú)所不包、無(wú)所不在”來(lái)形容。但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，還應(yīng)關(guān)注重點(diǎn)，不能胡子眉毛一把抓。中國(guó)工程院院士劉韻潔指出以下五個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域值得特別關(guān)注： 1. 智能電網(wǎng) 所謂智能電網(wǎng)，是 指在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)應(yīng)用以物聯(lián)網(wǎng)為主的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用電的優(yōu)化配置、節(jié)能減排。能源事關(guān)國(guó)家的命脈，所以發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)要首先關(guān)注智能電網(wǎng)。 2. 智能汽車(chē)（智能交通） 在汽車(chē)的部件上裝上傳感器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與智能的指揮后臺(tái)聯(lián)系起來(lái)，這樣人們?cè)隈{駛汽車(chē)的時(shí)候，就可以提前知道哪個(gè)地方出了故障、哪個(gè)路段特別擁擠，以減少汽車(chē)追尾事故、等待時(shí)間和尾氣排放等等。這是智能城市必不可少的一部分。 3. 智能醫(yī)療 比如，把嵌入式芯片裝到患者身上，就可以隨時(shí)感知到患者的血糖、血壓和臟器的情況，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)的醫(yī)療、保健系統(tǒng)聯(lián)系在一起，隨 時(shí)給出警示和應(yīng)對(duì)建議。 4. 智能家居 除了通常所說(shuō)的電表、氣表、水表的智能化處理，將來(lái)家里的空調(diào)、冰箱等電器設(shè)備，都可以接入物聯(lián)網(wǎng)，以監(jiān)控其運(yùn)行、減少故障，等等。 5. RFID（射頻識(shí)別）產(chǎn)業(yè) 物流、金融、零售、物品防偽、環(huán)境保護(hù)、身份識(shí)別等很多方面，都離不開(kāi)RFID，今后隨著物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，其應(yīng)用范圍會(huì)更加廣闊。 3.3.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀 中國(guó)移動(dòng)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的研究和探索起步較早，在 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的諸多領(lǐng)域里挑選出一些具有一定市場(chǎng)基礎(chǔ)的行業(yè)，通過(guò)試點(diǎn)運(yùn)行，探索出了若干具有推 19 廣價(jià)值的典型解決方案。 1、 一卡通業(yè)務(wù) 手機(jī)錢(qián) 包業(yè)務(wù) 。這是 指中國(guó)移動(dòng)開(kāi)發(fā)的基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID）的小額電子錢(qián)包業(yè)務(wù)。用戶辦理手機(jī)錢(qián)包業(yè)務(wù)后，即可利用手機(jī)在中國(guó)移動(dòng)合作的商場(chǎng)、超市、便利店、餐館、公交車(chē)等場(chǎng)所進(jìn)行手機(jī)刷卡消費(fèi)。 該業(yè)務(wù)采用的終端技術(shù)方案是 2.4Ghz全卡方案。該方案利用 2.4Ghz頻段的 RFSIM 卡，以手機(jī)錢(qián)包應(yīng)用服務(wù)為基礎(chǔ)，提供相應(yīng)的基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的增值服務(wù)。支持手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)消費(fèi)的場(chǎng)所需要安裝有支持中國(guó)移動(dòng)手機(jī)錢(qián)包業(yè)務(wù)的 POS 機(jī)。 一卡通的應(yīng)用 還 包括身份認(rèn)證、現(xiàn)場(chǎng)消費(fèi)、公交刷卡、公用事業(yè)繳費(fèi)和手機(jī)票務(wù)等幾大場(chǎng)景。其中身份認(rèn)證課提 供門(mén)禁刷卡、身份識(shí)別、圖書(shū)借閱等功能；現(xiàn)場(chǎng)消費(fèi)可用于手機(jī)在商場(chǎng)、超市、餐廳、要點(diǎn)、娛樂(lè)場(chǎng)所進(jìn)行小額支付；公交刷卡時(shí)指用手機(jī)刷卡乘坐各種交通工具；一卡通也支持水、電、煤氣、有線電視等公用事業(yè)的費(fèi)用交納；手機(jī)票務(wù)是用手機(jī)預(yù)定機(jī)票、火車(chē)票等。 2、 太湖水文監(jiān)控系統(tǒng) 太湖水文監(jiān)控系統(tǒng)是為了檢測(cè)太湖整體水環(huán)境，防止藍(lán)藻再次爆發(fā)而設(shè)計(jì)的水資源監(jiān)控系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護(hù)上的典型應(yīng)用方案。 該方案是通過(guò)在太湖水域布防水文監(jiān)測(cè)的傳感器，對(duì)水溫、水位、水體氧濃度、 PH 值、電導(dǎo)率、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽度等參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即時(shí)傳 遞太湖水域的水質(zhì)變化和各污染的排污情況，是環(huán)保部門(mén)可以對(duì)太湖水進(jìn)行動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)觀測(cè)，并主動(dòng)分析、預(yù)測(cè)水污染情況。 太湖水文監(jiān)控系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中底層感知層由近岸傳統(tǒng)傳感器群與水面微納傳感器群組成，使得整個(gè)系統(tǒng)的信息資源更為完善；網(wǎng)絡(luò)層采用中國(guó)移動(dòng)的 TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；應(yīng)用層有監(jiān)控中心和查詢(xún)系統(tǒng)組成，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)村春各信息采集的參數(shù)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析和比較，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置對(duì)異常水質(zhì)作出預(yù)警。環(huán)保監(jiān)控人員可通過(guò)查詢(xún)系統(tǒng)了解每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)信息，也可以結(jié)合 水體指標(biāo)對(duì)預(yù)警水域的情況進(jìn)行分析和處理。 3、 智能公交車(chē)系統(tǒng) 智 能公交車(chē)系統(tǒng)由公交調(diào)度指揮中心、電子站牌、車(chē)內(nèi) LED、一卡通幾個(gè)方面組成。該方案實(shí)現(xiàn)了公交系統(tǒng)的信息共享、車(chē)輛調(diào)度、資源分配，并提供了諸 20 如天氣、新聞、廣告等增值服務(wù)，提高了公交系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、運(yùn)營(yíng)效率、服務(wù)便捷性和客戶感知度。 智能公交車(chē)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景分為 6 個(gè)方面：公交調(diào)度指揮中心通過(guò)公交車(chē)載移動(dòng)終端和首末站數(shù)據(jù)采集終端對(duì)公車(chē)進(jìn)行定位及監(jiān)控；公交車(chē)載移動(dòng)終端、電子站牌攝像頭通過(guò) GPRS/TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)將公交車(chē)況、站臺(tái)候車(chē)人數(shù)等信息傳送到 公交調(diào)度指揮中心；經(jīng)過(guò)匯總處理后，公交調(diào)度指揮中心將集成綜合公交公告信息發(fā)布到電子站牌和車(chē)內(nèi) LED；乘客通過(guò)電子站牌 /車(chē)內(nèi) LED 獲取實(shí)時(shí)路況、公交路線、車(chē)輛到站情況、換乘信息、天氣、新聞等信息；乘客通過(guò)一卡通刷卡實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電子收費(fèi)；公交調(diào)度指揮中心對(duì)采集到的車(chē)輛位置、車(chē)況信息進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果對(duì)各公交線路的待發(fā)車(chē)輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。 4 IPv6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù) 4.1 基于 IPv6 的 無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建 基于 IPv6 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)有 2 部分，一是IEEE802.15.4 技 術(shù)，二是 6LoWPAN 適應(yīng)層技術(shù)。 IEEE802.15.4 目前已經(jīng)比較完善，我們?cè)谶@里只做簡(jiǎn)單的介紹。 4.1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 分層的體系結(jié)構(gòu)能使系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)透明化各層不需了解其他層的具體工作，只須根據(jù)層間接口所提供的服務(wù)，獨(dú)立完成自己的功能。這種設(shè)計(jì)能使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性。因此，我們采用類(lèi)似 TCP IP 的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自下而上分為： IEEE802.15.4 物理層、 IEEE802.15.4 介質(zhì)訪問(wèn)控制層、 6LoWPAN適配層、 IPv6 層、傳輸層與 應(yīng)用層。體系結(jié)構(gòu)框架如圖 5.1.1-1 所 示 。 21 IEEE 802.15.4 物理層IEE E 80 2.15.4 介質(zhì)訪問(wèn)控制層6l owpan 適配層IPv 6 層（壓縮包頭）應(yīng)用層（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合）傳輸層圖 4.1.1-1 6LoWPAN 協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu) 4.1.2 基于 IPv6 的無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族設(shè)計(jì)思想 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般都是嵌入式設(shè)備 ， 所以嵌入式 IPv6 協(xié)議棧的設(shè)計(jì)主要應(yīng)突出 “ 微型化 ” 的思想 ，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議與在 PC 機(jī)操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有很大的不同，這是設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)的 IPv6 微型協(xié)議棧，直接面對(duì)硬件，一般是順序執(zhí)行和硬件中斷相配合的方式，與高級(jí)操作系統(tǒng)中多線程并發(fā)執(zhí)行的方式不同。由于系統(tǒng)各種資源有限，所以如何使協(xié)議棧做到精細(xì)、通 信可靠、功能相對(duì)完善，成為協(xié)議棧設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。 從微型化思想出發(fā)，我們?cè)跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn) IPv6 協(xié)議棧核心協(xié)議的最基本功能，包括 IPv6 基本描述協(xié)議、 ND（鄰居發(fā)現(xiàn)）協(xié)議、 ICMPv6（因特網(wǎng)控制報(bào)文）協(xié)議和 IPv6 地址的自動(dòng)配置協(xié)議等。 IPv6 基本描述協(xié)議： IPv6 數(shù)據(jù)包的發(fā)送、接收、處理等基本功能； ND（鄰居發(fā)現(xiàn)）協(xié)議：鄰居發(fā)現(xiàn)的地址解析功能，實(shí)現(xiàn)鄰居請(qǐng)求和鄰居通告； ICMPv6 協(xié)議：主要實(shí)現(xiàn)控制報(bào)文的消息處理，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)診斷功能的回應(yīng)請(qǐng)求和回應(yīng)答復(fù)； IPv6 地址自動(dòng)配置協(xié)議：根據(jù) IPv6 地址格式的要求，主要是想 IPv6 鏈路本地地址的配置和請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)多播地址的配置。 22 4.1.3 IEEE802.15.4 技術(shù)概述 IEEE802.15.4 定義的是 PHY 和 MAC 層，其體系結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 4.1.3-1 IEEE802.15.4 體系結(jié)構(gòu) IEEE 802 15 4 定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是 2 4GHz物理層和 868/915 MHz物理層。兩個(gè)物理層都基于直接序列擴(kuò)頻 (DSSS)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的主要特 征： 低速率 ,對(duì)于 2.4GHz、 828MHz、 915MHz 3個(gè)頻段分別對(duì)應(yīng) 150Kb/s、 20Kb/s和 40Kb/s 3 種速率； 低功耗，在待機(jī)模式下可使用 2 節(jié) 5 號(hào)干電池驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)月以上； 低成本，一般采用硬件資源非常有限的低端嵌入式設(shè)備或更小的特殊設(shè)備； 短距離，節(jié)點(diǎn)信號(hào)覆蓋范圍有限，一般為 10-100m； 低復(fù)雜度，比現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)低； 短幀長(zhǎng)，最大幀長(zhǎng)度為 127 字節(jié)； 多拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)豐富，支持星型 和點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 兩 種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其混合組網(wǎng)。 23 4.1.4 6LoWPAN 適配層技術(shù) 6LoWPAN 協(xié)議棧底層采用 IEEE 802.15.4 規(guī)定的 PHY 層和 MAC 層，網(wǎng)絡(luò)層采用 IPv6 協(xié)議。 在 IEEE 802.15.4 網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行 IPv6 協(xié)議的主要挑戰(zhàn)來(lái)自于兩個(gè)方面，一方面 IEEE802.15.4 的物理層 MTU 值為 127 字節(jié)，數(shù)據(jù)幀控制開(kāi)銷(xiāo)最多要消耗 25 字節(jié)，因此數(shù)據(jù)鏈路層只有 102 字節(jié)可用；數(shù)據(jù)鏈路層安全算法要消耗21 字節(jié)（ AES-CCM-128 占用 21 字節(jié)， AES-CCM-64 占用 13 字節(jié)， AES-CCM-32占用 9 字節(jié)），對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層負(fù)載只有 81 字節(jié)可用；再考慮 40 字節(jié) IPv6 包頭和 8字節(jié) UDP 包頭，剩余 33 字節(jié)給應(yīng)用層使用； 相對(duì) 于 33 字節(jié)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，需要 94 字節(jié)的管理開(kāi)銷(xiāo)，有效數(shù)據(jù)的傳輸率不到 30%， 因此簡(jiǎn)化 IPv6 包頭勢(shì)在必行。 另一方面， IPv6 協(xié)議（ RFC2460）中規(guī)定的 MTU 值最小是 1280 字節(jié)，表明IP 層最小只會(huì)把數(shù)據(jù)包分片到 1280 字節(jié)。如果鏈路層支持的 MTU 小于此值，則鏈路層需要自己負(fù)責(zé)分片和重組。所以， 6LowPan 工作組為 IEEE 802.15.4 設(shè)計(jì)了一個(gè)適配層，把 IPv6 數(shù)據(jù)包適配到 IEEE 802.15.4 規(guī)定的物理層和鏈路層之上，支持報(bào)文分片和重組，同時(shí) 6LowPan 規(guī)定了 IPv6 報(bào)頭的無(wú)狀態(tài)壓縮方法， 減小IPv6 協(xié)議帶來(lái)的負(fù)荷。 報(bào)頭壓縮的主要原理是通過(guò)壓縮編碼省略掉報(bào)頭中冗余的信息。不包含擴(kuò)展頭的 IPv6 報(bào)頭一共有 40 個(gè)字節(jié)，但是在網(wǎng)絡(luò)適配層， IPv6 報(bào)頭中的很多信息可以省略或者壓縮， IPv6 報(bào)頭中的各個(gè)信息域的壓縮方法如下： （ 1）版本號(hào) Version（ 4 位）：取值為 6，在運(yùn)行 IPv6 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，此項(xiàng)可以省略。 （ 2）流類(lèi)型 Traffic Class（ 8 位）：可以通過(guò)壓縮編碼壓縮。 （ 3）流標(biāo)識(shí) Flow label（ 20 位）：可以通過(guò)壓縮編碼壓縮。 （ 4）載荷長(zhǎng)度 Payload Length（ 16 位）：可以省略，因?yàn)?IP 頭長(zhǎng)度可以通過(guò) MAC 頭中的載荷長(zhǎng)度字段計(jì)算出來(lái)。 （ 5）下一個(gè)頭 Next Header（ 8 位）：可以通過(guò)壓縮編碼壓縮，假設(shè)下一個(gè)頭是 UDP， ICMP， TCP 或者擴(kuò)展頭的一種。 （ 6）跳極限 Hop Limit（ 8 位）：惟一不能進(jìn)行壓縮的信息。 （ 7）源地址 Source Address（ 128 位）：可以進(jìn)行壓縮，省略掉前綴或者 IID。 （ 8）目標(biāo)地址 Destination Address（ 128 位）：可以進(jìn)行壓縮，省略掉前綴 24 或者 IID。 圖 4.1.4-1 6Lowpan 對(duì) IPv6 包頭的壓縮示意圖 6LoWPAN 適配層用 2 個(gè)字節(jié)的 適配層包頭 標(biāo)識(shí)后續(xù)哪些字段使用何種方式進(jìn)行了 壓縮和 簡(jiǎn)化。在最佳情況下， 40 字節(jié)的 IPv6 地址可以壓縮為 2 個(gè)字節(jié)的適配層包頭 和 1 字節(jié)的