基于IPv6的环境监测系统的开发和应用

基于IPv6的环境监测系统的开发和应用

嵌入式系统中IPv6应用的研究现状
随着IPv4地址的耗尽,关于IPv6应用的研究也越来越多。目前,互联网的发展正处于从IPv4到IPv6的过渡阶段。自1996年以来,已经发布了一系列的IPv6标准。然而,由于许多原因,IPv6并没有得到广泛的应用。目前,主要体现在应用创新不足、与当前成熟产品技术融合缓慢、过渡期问题未解决、IPv6产品应用不足、IPv6骨干网络建设规模小、提供的服务类型不多。

鉴于上述背景,如何将IPv6应用于资源有限的各种嵌入式设备,成为当前国内外研究的重点。首先,Durvy等人11研究并提出了uIP协议栈,用于第一阶段的IPv6测试。该协议栈是专门为嵌入式IPv6设备设计的,实现了基本的ICMPv6、ND和IPv6协议,所有代码大小只有11.5KB,RAM不到2KB。但由于结构单一,该协议栈在具体应用中对嵌入式设备的缓存有较高要求,因此实际应用不多。在具体的应用场景中,Li等人12在ipv6 Linux服务器和HBuilder的开发平台上,通过农产品物联网质量追溯识别码–汉信码,构建了果蔬类农产品的质量追溯系统。Groat等人13将IPv6应用于智能电网。智能电网中信息传输的安全性是非常重要的。然而,电网的监测和控制设备大多是嵌入式系统,这使得它们更容易受到来自中间网络的攻击。该研究涉及设计一种移动设备,防止电网受到中间网络的攻击。通过结合大规模IPv6地址空间的特点和移动目标防御的安全性,MT6D(移动焦油获取IPv6防御)成为智能电网安全的一个可行的解决方案。作为近年来LoRa通信技术快速发展的一部分,Weber等人14提出了一个名为6LoRaWAN的通信模型,它整合了LoRa和IPv6协议。结合LoRa在物联网中的低功耗、长通信距离的特点和IPv6在接入互联网方面的优势,6LoRaWAN为物联网节点设备提供了更高效的通信能力,这说明IPv6的实际应用在相关研究领域已经引起越来越多的关注。

中国对IPv6的研究起步较早,但发展缓慢。随着IPv4地址的耗尽,中国对IPv6的应用需求越来越迫切,因此中国正在逐步加强对IPv6研究的支持。

目前,IPv6在中国正处于爆发的初期阶段。未来10年,5G、云计算、大数据、人工智能、物联网等多种应用都将在IPv6 Now15的基础上实现。2021年,中国网络空间管理局(CAC)、国家发展和改革委员会、工业和信息化部发布了《关于加快推进互联网协议第六版(IPv6)大规模部署和应用的通知》,各地开始密集部署IPv6网络。许多高校率先部署IPV6网络,史玉柱等人16提出了高校网站群端到端的IPV6部署方案设计。珠海华润银行IPv6改造课题组张17介绍了该行通过升级部署IPv4/IPv6双栈链路完成的互联网公共服务应用系统的IPv6改造工作。中国三大运营商(中国移动、中国电信和中国联通)已经完成了LTE网络和人机网的IPV6改造,13个骨干直连网都实现了IPV6连接18。随着基础设施的就绪,终端设备的需求凸显,终端设备的研发和通信方案的解决也取得了一定的进展。目前大量的设备仅限于IPv4,所以现在有必要让终端设备支持IPv6。在物联网方面,一些研究已经将IPv6网络应用于物联网设计19,但在实际应用中仍缺乏大量能够支持IPv6网络的终端设备。此外,采用CoAP作为应用层协议的6LoWPAN协议栈也是物联网中使用越来越多的通信方案。该方案的目的是为嵌入式设备提供Http请求/响应服务,它简化了Http的数据包格式。然而,CoAP与Http的不同之处在于,它提供类似http的请求/响应服务,而不是Http的替代品。CoAP协议是基于UDP的,而HTTP是基于TCP的,以实现可靠的数据传输。CoAP更适用于局域网设备之间的数据传输,而且CoAP不能提供Http所支持的网络服务。这种方法通过设置CoAP协议的服务器来管理大量的设备节点,设备的数据传输通过CoAP协议完成,是物联网中常用的通信方案。然而,用户无法通过节点的IPv6地址访问设备的功能。

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