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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
21
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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相关研究
IP协议具有非常好的开放性,它是TCP/IP协
议栈结构的核心n,通过IP来统一标识物联网节点
已得到业界的普遍认同.然而,互联网的迅猛发展导
致全球IPv4地址严重缺乏。8J,而物联网对IP标识
的大量需求,使得上述问题更为严峻.面向下一代互
联网的第6版网际互联协议标准(IPv6协议)[9一将
地址位长度扩充为128 b,IPv6标识的绝对数量达
16
b,不支持更灵活的长度变化.本文工作在以上
3个方面进行了改进或优化.
万方数据
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