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IPv6物联网层次转发体系中的地址压缩

更新时间：2019-12-08 10:49:46 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：ipv6 物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

作为“互联网+”计划的重要组成部分,物联网广泛应用于人类社会的各个方面.IPv6节点标识是物联网大规模部署的基础.然而,128b的IPv6地址却给资源受限的物联网增加了存储、带宽等代价.面向物联网层次转发体系,设计了IACH地址压缩机制,包括:去除尾部无效寻径信息、地址剥离、地址扩展等.接着,提出了地址映射机制,将外部无规律的IPv6地址映射成物联子网虚拟地址,使其可应用上述IACH机制进行压缩.该机制与现有6LoWPAN兼容.实验及性能分析表明:IACH可大幅提升物联网报文传输的有效负载比例.对于相同长度的IP上层负载,IACH转发时延略低于标准6LoWPAN.

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1239．2016．20151165

53(4)：834—844，2016

Research and

Development

Journal

Computer

IPv6物联网层次转发体系中的地址压缩

肖

融1

孙

波1

陈文龙2

肖永康1 魏云刚

100875)

1(北京师范大学信息科学与技术学院北京

100048)

2(首都师范大学信息工程学院北京

(xiaorongj@bnu．edu．cn)

Architecture in IPv6 loT

Address

for Hierarchical

Forwarding

Compression

Xiao

B01，Chen

Wei

Yungan91

Wenlon92，Xiao Yongkan91，and

Ron91，Sun

Normal

100875)

S(’ienc。e

1(College of tn如rmation

and乳(hnology，Beijing

Normal

University，Beijing

100048)

Engineering，Capital

Information

University，Beijing

2(College

of the most

of“Internet+”，Internet of

things(10T)is being

Abstract As

widely applied

significant parts

identification is the base of

in various

of human

society．IPv6

large～scale

aspects

IPv6 address

storage

and interconnection of loT．Nevertheless。the 128一bit

brings

deployment

and bandwidth

IACH is

for resource constrained IoT．A hovel

mechanism—named

compression

consumptions

for the hierarchical IoT

architecture，which

forwarding

mainly includes：removing

address extension．

proposed

at the end of IPv6

invalid

address，address

stripping，and

routing message

into virtual addresses of IoTsubnets

Moreover．the

outside IPv6 addresses can be translated

irregular

address

the described mechanism．IACH

means

mapping，which ^iscompressed according

fully

_{performance analysis}show that IACH can

with

and

significantly

compatible

6I。oWPAN．Experiments

of IACH

increase the real

is shorter than

transmission．In

packets

particular，the forwarding delay

upper payload

standard 6I。oWPAN for

with the same

IP—upper payload．

packets

length

words Internet of

things(10T)；hierarchical forwarding；address compression；IPv6；address

Key

mapping

摘要作为“互联网+”计划的重要组威部分，物联网广泛应用于人类社会的各个方面．IPv6节点标识

是物联网大规模部署的基础．然而，128 b的IPv6地址却给资源受限的物联网增加了存储、带宽等代价．

面向物联网层次转发体系，设计了IACH地址压缩机制，包括：去除尾部无效寻径信息、地址剥离、地址

扩展等．接着，提出了地址映射机制，将外部无规律的IPv6地址映射成物联子网虚拟地址，使其可应用

上述IACH机制进行压缩．该机制与现有6LoWPAN兼容．实验及性能分析表明：IACH可大幅提升物

联网报文传输的有效负载比例．对于相同长度的1P上层负载，1ACH转发时延略低于标准6LoWPAN．

关键词物联网；层次转发；地址压缩；IPv6；地址映射

中图法分类号TP393

“互联网+”计划正迅速推动社会各行业的互联

网进程，而物联网是“互联网+”最核心的技术之一，

它在智慧城市、物流管理、环境监测等多个方面发挥

重要作用．物联网部署与现有互联网的广泛融合‘1I，

6-02 04

21；修回日期：20l

收稿日期：2015

373161，61272446，61300171)

基金项目：围家自然科学基金项目(6l

was

lhe National Natural Science Foundation of China(61373161，61272446，61300171)

This work

supported by

万方数据

835

肖

融等：IPv6物联网层次转发体系中的地址压缩

到1Pv4数量的296倍．所以，IPv6地址作为物联网

节点的标识是大势所趋．

对物联网体系结构的统一性及规范性提出了更高的

要求。一体化节点标识是物联网技术规范化、标准化

的基础，IPv6地址充当物联网节点标识是大势所

趋．然而，IPv6地址也给资源受限的物联网带来了

新的难题，128 b的地址格式使得物联网节点在存

IEEE

802．15．4标准¨ o一描述了低速无线个域

wireless

area network，LR—

网(10w—rate

personal

wPAN)的物理层及媒体接入控制层协议规范，其

协议复杂度较低、运行成本小，适合传感节点间的低

带宽传输．基于802．1 5．4的IPv6报文传输面临的

一个重要问题是：链路层传输的每个数据帧承载的

储、处理、协议带宽等多个方面增加了代价．所以，物

联网环境中的IPv6地址压缩机制研究极为重要．现

有6LoWPANF2-的地址压缩技术虽能有效压缩

IPv6地址存储，但其在压缩对象的范围及可扩展等

方面略显不足．

B，

有效数据太少．802．15．4协议帧长度不超过127

B，MAC安全头最大为

链路层MAC帧头最大为25

B．每个数据帧中IP报文只有少量的存储空问．

考虑40 B的IPv6报头以及传输层头部信息(TCP

为20 B、UDP为8B)，应用层协议所能传输的信息

就极为有限．所以，基于802．15．4的IPv6报文传输

必须使用压缩技术提高传输性能．

IPv6物联网转发体系以层次树为主，例如RPI。

协议。，它已在典型物联网操作系统中实现一。“．文

献[6]为了提升自愈、可扩展等路由性能，设计了一

种IPv6轻量级树型层次转发模型TFAD．本文针对

address

TFAD提出了层次结构地址压缩机制(IPv6

此前的IP压缩技术研究，如ROHC j，主要基

于有状态的数据流进行压缩．核心思想是去除报文

中属于同一数据流的公共信息．这种压缩技术只对

生存期较长的数据流有意义，不适用数据传输少且

不太频繁的低功耗有损网络．最初基于802．15．4的

IP压缩技术由文献[1 2]提出，包括HCl和HC2算

法．之后，压缩技术又由文献[13]优化扩展：使用共

享上下文对全局地址压缩、对流量类别和流标签单

独压缩．6LoWPAN工作组针对IPv6头部提出的

L()WPAN—IPHC编码格式是目前最被各界认可的

压缩算法．

based

hierarchical

structure，

compression

IACH)．它利用层次结构中父子节点IPv6地址的

继承关系，设计转发过程中IP地址的压缩存储机

制，以最经济的代价提供IPv6节点标识．主要压缩

方法包括：去除尾部“0”值无效寻径信息；下行传输

时的IPv6地址剥离技术；上行传输时的IPv6地址

扩展技术．另一方面，由于访问物联子网的外部

IPv6地址范围大、无特定规律，导致IP地址压缩困

难．提出了基于网关的地址映射机制，将外部IPv6

地址映射成物联子网虚拟地址。再应用前述IPv6地

址压缩机制对虚拟地址进行压缩．地址映射只在资

源丰富、处理能力较强的的网关(根节点)实施，对于

通信过程中的其它物联网节点完全透明．而且，

IACH机制基于6I。oWPAN协议扩展设计实现，兼

容现有6LoWPAN功能．基于真实节点的实验及性

能分析表明：IACH地址压缩机制大幅增加了物联

网数据传输的有效负载比例；对于相同长度的1P上

层负载，IACH转发处理时延略低于标准6LoWPAN．

6I。oWPAN压缩技术主要实施3个方面的工

作：1)去除不同协议层之间的冗余信息；2)省略

IPv6头部中基本不变化的字段或压缩取值范围较

小的字段；3)利用共享上下文信息，压缩部分传输

内容．

6LoWPAN存在如下局限或不足：1)只对无状

态自动生成的全局IPv6地址或本地链路地址(Link

local地址)压缩效果较好．I。ink local地址只在单跳

链路传输时使用，使用范围很小；而无状态自动全局

IPv6地址没有层次性，在物联子网中无法基于子树

进行地址聚合，无法支撑高效的层次路由．2)没有提

供物联子网外部IPv6地址的压缩方法．I，OwPAN—

IPHC规范中，对于外部地址，如果基于上下文状态

可压缩至64 b，否则就只能携带128 b完整地址传

输，压缩效果不理想．3)压缩机制的可扩展性不强．

该规范对主机位给出了典型长度的限制，如64 b或

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