IPv6智能物件技术参考材料

IPv6智能物件技术Page 2Copyright 2008,RITT,MII.目录w 智能物件概念智能物件概念n 智能物件商业模式n智能物件通信技术nIPSO标准状况Page 3Copyright 2008,RITT,MII.Smart Objects概念-Origin-RFID标签和智能卡-嵌入式芯片、无线技术-卖场收银、护照跟踪、库存管理、图书管理-携带信息，知道：客户帐户余额、如何转移额度到销售商、货品存放位置、书籍在图书馆的存放位置-不仅知道“多少”和“位置”，而且可以感知并和其他objects进行通信，上报更新状态，携带产品历史信息（包括从生产、物流、运输以及处理全流程）-联结数字虚拟互联网与物理世界-芯片、无线、实体的Internet-各种物理实体（建筑设施、运动装备、生活用品），以信息的形式在虚拟网络上呈现Beginning-knowOver the horizon sense and communicatePage 4Copyright 2008,RITT,MII.2008年TIME最佳发明-Innovation-微型计算机，携带-传感装置-驱动装置-通信装置-家庭自动化、工业监控、建筑管理、智能电网、物流运输、能耗管理甚至智能城市-附加到汽车、开关、机器、温度计上-拥有获得一个IP地址的能力-实体的互联网Smart objectsIP Smart objectsPage 5Copyright 2008,RITT,MII.目录n 智能物件概念w 智能物件商业模式智能物件商业模式n智能物件通信技术n IPSO标准状况Page 6Copyright 2008,RITT,MII.商业模式与服务模式解读-低能耗、小成本、高智能低能耗、小成本、高智能：三个特性使得它在赢利模式下的可持续发展得到公共和私人领域的战略性投资-建设成本和维护成本建设成本和维护成本：端到端应用CAPEX和维护成本OPEX小-参与者已做好准备：绿色服务提供商和消费者已有细节性的对话-由网络设备提供商、绿色服务提供商和消费者构建成-网络设备提供商提供一种保密可靠的通道将Smart Object获得的绿色数据传送给服务提供商-绿色服务提供商收集分析绿色家庭服务对象消费者所需的数据商业模式商业模式服务模式服务模式Page 7Copyright 2008,RITT,MII.医疗保健服务模式血糖血糖血压血压脉搏脉搏心电图心电图 专家社区专家社区Page 8Copyright 2008,RITT,MII.数字家庭服务模式智能应用智能应用自来水自来水煤气泄漏煤气泄漏水质监测水质监测一氧化碳一氧化碳烟雾监测烟雾监测采暖，空调采暖，空调通风设备通风设备安全控制，服务提供商安全控制，服务提供商的数据中心的数据中心)燃气燃气电力电力InternetInternet医疗保健医疗保健第三方第三方 (市政、能源、医保、商业市政、能源、医保、商业）第三方第三方家庭安保家庭安保自然灾害报警自然灾害报警设备维护设备维护/诊断诊断ATTNTTOrangeVerizon Page 9Copyright 2008,RITT,MII.应用无止境Page 10Copyright 2008,RITT,MII.目录n 智能物件概念n 智能物件商业模式w 智能物件通信技术智能物件通信技术n IPSO标准状况Page 11Copyright 2008,RITT,MII.智能物件通信技术智能物件通信需求智能物件通信需求非非IPIP路线路线-ZigBee-ZigBeeIPIP路线路线-6lowpan-6lowpan智能物件与智能物件与InternetInternet互联互联Page 12Copyright 2008,RITT,MII.通信需求-内存：10 k RAM,100 k ROM/Flash-功耗：电池供电，2AA，2年（200uW）-带宽：20250 Kbits/second资源受限（成本资源受限（成本/尺寸）尺寸）-地址数量-在辨识范围内保持唯一，个人需要上百个地址，工业环境更多-可靠性-低速高可靠传输通道，物件故障时，路由自愈机制-可扩展-具备组织大型网络能力，满足大量传感器节点之间的通信-多协议支持-广泛支持各种底层协议以及上层应用-互操作-智能物件之间、智能物件与互联网之间，互操作能力通信需求通信需求Page 13Copyright 2008,RITT,MII.智能物件通信技术智能物件通信需求智能物件通信需求非非IPIP路线路线-ZigBee-ZigBeeIPIP路线路线-6lowpan-6lowpan智能物件与智能物件与InternetInternet互联互联Page 14Copyright 2008,RITT,MII.非IP路线-ZigBee协议栈-PHY和MAC层基于-ZigBee协议栈紧凑且简单，具体实现的硬件需求很低，8位微处理器80c51即可满足要求，全功能协议软件只需要32K字节的ROM，最小功能协议软件只需要大约4K字节的ROM-ZigBee协议支持动态路由机制，当网络节点发生故障时，能够快速收敛自愈-ZigBee网络容量大。若是通过网络协调器整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点ZigBee协议协议Page 15Copyright 2008,RITT,MII.智能物件通信技术智能物件通信需求智能物件通信需求非非IPIP路线路线-ZigBee-ZigBeeIPIP路线路线-6lowpan-6lowpan智能物件与智能物件与InternetInternet互联互联Page 16Copyright 2008,RITT,MII.IP路线-What to do-物联网的组成部件无线传感器通常要求低功耗，而且ROM的存储容量有限，计算能力弱。目前，IETF 6Lowpan工作组正在制定技术标准，对IPv6协议栈进行精简。IPSO联盟于2008年10月，发布了一款最小的IPv6协议栈uIPv6。IPv6协议栈需要简化协议栈需要简化-要满足低功耗、弱计算能力和有损耗的网络环境下网络自组织需求，需要对IPv6路由机制进行改进，目前IETF Roll工作组正在制定相关技术标准。路由机制需要改进路由机制需要改进-基于网络芯片有待进一步开发来支持IPv6协议栈。支持精简支持精简IPv6协议栈的芯片有待开发协议栈的芯片有待开发Page 17Copyright 2008,RITT,MII.6lowpan架构-标准定义的最大帧长度是127字节MAC头部最大长度为25字节，剩余的MAC载荷最大长度为102字节。如果使用安全模式，不同的安全算法占用不同的字节数，比如AES-CCM-128需要21字节，AES-CCM-64需要13字节，而AES-CCM-32需要8字节。这样留给MAC载荷最少只有81个字节。-而在IPv6中，MAC载荷最大为1280字节。帧不能封装完整的IPv6数据包。-因此，要实现MAC层与网络层的无缝链接，需要协调二者之间的关系，6lowpan在网络层与在网络层与MAC层之间引入适配层，完成包头的压层之间引入适配层，完成包头的压缩、分片与重组等工作。缩、分片与重组等工作。引入适配层引入适配层-LoWPAN Adaptation Layer-6lowpan底层采用的PHY和MAC层，网络层采用IPv66lowpan架构架构Page 18Copyright 2008,RITT,MII.6lowpan地址管理-步骤1-生成接口标识接口标识：IPv6 pan节点启动时，如果pan节点使用16位短地址，可以使用pan id和短地址生成伪48位地址，再根据RFC2464生成64位接口标识；或者直接使用EUI-64，根据RFC2464生成64位接口标识。-步骤2-配置链路本地地址链路本地地址：在接口标识之前添加FE80，自动配置IPv6 link local地址FE80:/64。-6lowpan支持无状态地址自动配置，相对于有状态自动配置的来说，支持无状态地址自动配置，相对于有状态自动配置的来说，配置所需开销比较小，适于配置所需开销比较小，适于lowpan设备特点。设备特点。6lowpan地址配置和管理地址配置和管理-由于WPAN设备可能大量、密集地分布在人员比较难以到达的地方，需要地址自动配置功能。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。地址管理需求地址管理需求Page 19Copyright 2008,RITT,MII.6lowpan压缩-6lowpan除去了IP包头中的冗余或不必要的网络层信息。IP包头在接收时从链路级包头的相关域中得到这些网络层信息。简单使用情况下，相邻设备通信将高效率地得到处理。-因为源和目的IP地址可以由链路级64位唯一 ID（EUID 64）或中使用的16位短地址生成。整个40字节IPv6包头被缩减为1个包头压缩字节（HC1）和1字节的“剩余跳数”。8字节用户数据报协议传输包头被压缩为4字节。-在复杂的通信应用中，6lowpan还可以做相应调整。6lowpan包头压缩包头压缩-低功耗lowpan的应用场景对数据载荷的传送效率提出了更高的要求。包头压缩的需求包头压缩的需求Page 20Copyright 2008,RITT,MII.6lowpan网络管理-网络管理技术对lowpan网络很关键。由于网络规模大，而一些设备的分布地点又是人员所不能到达的，因此lowpan网络应该具有自愈能力，要求 lowpan的网络管理技术能够在很低的开销下管理高度密集分布的设备。网络管理需求网络管理需求-IETF提倡尽量使用已有的协议，而SNMP已为IP网络提供了一套较好的网络管理框架和实现方法，因此，6lowpan倾向于使用倾向于使用SNMPv3进行网络管理。进行网络管理。但是，由于SNMP的初衷是管理基于IP的互联网，要想将其应用到硬件资源受限的WPAN网络中。仍需要进一步调研和改进。例如：限制数据类型、简化基本的编码规则等。6lowpan网络管理网络管理Page 21Copyright 2008,RITT,MII.6lowpan安全及其他-由于使用安全机制需要额外的处理和带宽资源，并不适合lowpan设备，而在链路层提供的AES安全机制又相对宽松，有待进一步加强，因此寻找一种适合lowpan的安全机制就成为6lowpan研究的关键问题之一。6lowpan安全安全-6lowpan还有非常多的关键技术有待发现和研究，比如：-数据包压缩技术、启动邻居发现技术数据包压缩技术、启动邻居发现技术-6lowpan架构（mesh under、route over）、路由需求、应用案例以及安全分析-实现指南、互操作指南等。6lowpan其他研究其他研究Page 22Copyright 2008,RITT,MII.典型实现-uIPv6-Small footprint-Code size:11.5 KB-RAM usage:0.2+1.6=1.8KB-Obtained IPv6 Ready Phase-1 Logo-Passed 300 compliance tests-Passed interoperability tests with 4 vendorsImplementation resultsSoftware-SICSs Contiki for a complete OSHardware-Atmels AVR RAVEN 3 addresses,3 prefixes,4 neighbors,2 routers+a 1280 bytes packet bufferProtocol-Ciscos IPv6,6lowpan SpeakerLCDMicrophoneTemperatureJoystickPage 23Copyright 2008,RITT,MII.智能物件通信技术智能物件通信需求智能物件通信需求非非IPIP路线路线-ZigBee-ZigBeeIPIP路线路线-6lowpan-6lowpan智能物件与智能物件与InternetInternet互联互联Page 24Copyright 2008,RITT,MII.IPSO与互联网互联-IPv6智能物件不需要特殊的中间节点或者网关进行转发，直接接入Internet网络，成为网络终端，实现与现有网络的无缝融合。-当移动终端进入lowpan区域内，并采用直接互连方式与智能物件进行通信时，移动终端可根据IPv6协议首先进行网络地址的自动配置。由于移动终端和智能物件均配置了IPv6协议，因此两者可使用链路本地地址根据网络协议进行直接、便捷的通信。直接接入直接接入-智能物件部署精简的IPv6协议栈，将采集的监测数据通过路由转发汇聚到网关设备，由网关将数据转发存储到应用服务器。-智能物件低成本、低功耗、低复杂性的要求以及接入网络基础设施的多样性，决定了每个设备都直接接入Internet网络是不切实际的。通常，设备的程序存储区和数据存储区都非常有限，无法配置完备的网络协议栈和大规模路由协议，因此，可以采用硬件资源相对丰富的网关完成智能物件网络与Internet的互联互通。间接接入间接接入Page 25Copyright 2008,RITT,MII.目录n 智能物件概念n 智能物件商业模式n智能物件通信技术w IPSO标准状况标准状况Page 26Copyright 2008,RITT,MII.-IPv6 Specification(RFC2460)-IPv6 Addressing Architecture(RFC4291)-Neighbor Discovery(RFC 4861)-Stateless Address Autoconfiguration(RFC4862)-ICMPv6(RFC4443)-Default address Selection(RFC3484)IETF6lowpan-IPv6 over Low power WPANRoll-Routing Over Low power and Lossy networks 6lowapp-Application protocols for constrained nodes and networksStandard compliancePage 27Copyright 2008,RITT,MII.-IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks(6LoWPANs):Overview,Assumptions,Problem Statement,and Goals(RFC 4919-Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks(RFC 4944)6lowpanRFC-Compression Format for IPv6 Datagrams in 6LoWPAN Networks-Design and Application Spaces for 6LoWPANs-6LoWPAN Neighbor Discovery-Problem Statement and Requirements for 6LoWPAN RoutingDraftCharterPage 28Copyright 2008,RITT,MII.-Routing Requirements for Urban Low-Power and Lossy Networks(RFC 5548)-Industrial Routing Requirements in Low Power and Lossy Networks(RFC 5673)rollRFC-Home Automation Routing Requirements in Low Power and Lossy Networks-Terminology in Low power And Lossy Networks-Building Automation Routing Requirements in Low Power and Lossy Networks-Routing Metrics used for Path Calculation in Low Power and Lossy Networks-RPL:IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy NetworksDraftCharterPage 29Copyright 2008,RITT,MII.IPSO alliance-架构设计-互操作测试-技术演示、用户案例-白皮书、指南和教育材料-，发布uIPv6，全球最小的IPv6协议栈IPSO工作目标工作目标Page 30Copyright 2008,RITT,MII.IPSO 迅速迅速发发展展April 2008:3 personsPatrick,JP and RolandSeptember 2008:Alliance launch27 founding companiesDec 2009:50+membersArch Rock Atmel BoschCisco Duke Energy Dust Networks EDF ECEEka Systems Ericsson Freescale Gainspan Jennic Jonhson ControlIntel INRIAKinney Consulting National Instruments Nivis PicosNet Primex Wireless Proto6,LLC SAP Sensinode SICS Sun Microsystems Tridium Watteco Zensys Centria Cimetrics ELIKO Emerson Climate Technologies IAR Systems IP Infusion-An ACCESS Company Kitworks Landis&Gyr(Cellnet)Lulea University of Technology Mocana ROAM/Acuity SilverSpring Networks SmartSynch Tampere University of Technology Texas Instruments TZPage 31Copyright 2008,RITT,MII.Thanks