【华为云IoT】读书笔记之《万物互联：物联网核心技术与安全》第4章（3）

第4章，物联网的网络传输技术体系

        物联网以联系为中心，在网络层（网络传输层）中将“物与物”，“人与物”，“事与物”之间普遍联系起来，从广义角度来看，物联网的网络层可以理解为：面向一切物联网可连之“物”的“物-物”或者“物-人”联系的网络形式的总和。狭义的角度来看，可以认为是为了实现物联网的感知数据和控制信息的通信功能，将感知层获取的相关数据信息通过各种形式的网络实现存储、分析、处理、传递、查询和管理等多种功能。发展的角度来看，网络层是一个宽泛的概念，并不局限于形式，现阶段主要可分为有线和无线形式的数据网络。本章节的学习笔记也将分为几部分，此次主要学习分享支持IPv6的6LoWPAN、无线城域网简介、WBAN简介。

4.5支持IPv6的6LoWPAN

        底层异构接入网络与互联网的相互融合是物联网网络层现阶段面临的问题。上次笔记学习的IEEE 802.15.4通信协议是短距离无线通信标准，相对于蓝牙技术，更适用于物联网底层异构网络设备间的通信，IPv6是下一代互联网网络层的主导技术，各方面优势明显。在感知层，目前可以采用两种技术路线，一种非IP技术，比如上节学习的ZigBee和基于IEEE 802.11的WSN-adHoc，只需在Sink节点处接入。另一种是IETF和IPSO产业联盟倡导的将IP技术向下延伸应用到感知延伸层。采用IP技术路线将更有助于实现端到端的业务部署和管理，并且不需要协议转换即可实现与网络层IP承载的无缝连接，简化网络结构，实现“感知即接入”。

        在物联网感知层采用IP技术实现一物一地址，万物皆在线，就需要大量的IP地址资源，随着IP地址资源需求的不断提高，IPv6的优势也就愈发明显。但是由于感知层节点低功耗、低存储容量、低运算能力的特性，以及受限于MAC层技术（IEEE 802.15.4）特性，不能直接将IPv6标准协议架构在IEEE 802.15.4的MAC层之上，需要在IPv6协议层和MAC层之间引入适配层来消除两者差异。需求比如：IPv6报头需要压缩、地址转换、报文泛滥、轻量化IPv6协议、路由机制、组播支持、网络配置 和管理。总而言之，面向物联网网络层接入的IPv6技术是轻量化的，在物联网节点实现IPv6协议面临的主要挑战是其有限的计算和通信能力。

        6LoWPAN（IPv6 over low-power WPAN）目标就是制订基于IPv6的以802.15.4作为底层标准的低速无线个域网标准。基于IEEE 802.15.4技术特性，实现IPv6 over low-power WPAN时面临的问题如，IP连接、网络拓扑、报头长度、组播限制、网络管理、安全机制。 6LoWPAN工作组针对面临的若干问题提出了相应的目标。归结起来就是降低了报文开销、带宽消耗、处理需求和能量消耗。

        6LoWPAN在IEEE 802.15.4基础上引进IPv6，该技术的物理层和MAC层同ZigBee技术一样，不同之处在于6LoWPAN的网络层使用的是IPv6协议栈。IEEE 802.15.4具有报头长度小、低带宽、低功耗、部署数量大等特性，直接将IPv6协议运用于IEEE 802.15.4的MAC层将受到 6LoWPAN网络设备资源极大的限制。IPv6中，MAC支持的载荷长度远远大于 6LoWPAN的底层所能提供的载荷长度。在 6LoWPAN的IP层与MAC层之间加入适配层，完成报头压缩、分片、重组以及网状路由的转发等工作，屏蔽硬件对IP层的限制。

         6LoWPAN可由三种 LoWPAN域组成：简单 LoWPAN域，拓展 LoWPAN域以及自组织 LoWPAN域。除此之外，还包括其他感知网络域，以及可以通过中继节点部署在末端的诸如RFID的感知外围设备。自组织 LoWPAN域不与Internet连接，可以独立运作不需要其他网络基础设施的支持。简单 LoWPAN域通过一个物联网网关与另一个IP网络连接。拓展 LoWPAN域包含由同一骨干链路上的多个物联网网关器连接的 LoWPAN域。

4.6无线城域网简介

        WiMAX（World interoperability for Microwave Access）即全球微波接入互操作系统，又称为802.16无线城域网。典型频段有2.5GHz、3.5GHz和5.8GHz。通常2.5GHz频段作为移动接入应用，3.5GHz和5.8GHz频段作为固定接入应用。WiMAX标准包括802.16、802.16a~802.16n等协议，对比802.20协议，802.16协议普遍程度更高，也使得更多运营商会选择相对应用广泛得WiMAX技术。

        LTE技术的推出是对WiMAX最大的挑战。LTE技术拥有更好的覆盖范围、更高的系统吞吐率、更大的系统容量和更小的延迟性要求。LTE系统中的基站可以相互直接通信，切换决定也就可以在LTE基站系统内部进行，这是与WiMAX系统基站明显不同的地方。不过WiMAX的优势也比较明显，可以实现较大范围的传输距离，提供更高速的宽带接入，提供“最后一千米”网络接入服务，具备提供各种多媒体通信服务的能力。WiMAX论坛给出了WiMAX技术的5种应用场景定义，固定、游牧、便携、简单移动和全移动。这些场景可以为5G时代物联网移动接入类型的细分提供思路。

        在3G至4G时代WiMAX的发展并不顺利，一方面，IEEE的这个标准虽然纳入3GPP相关标准，但没有受到足够的重视；另一方面，受到全球移动运营商们的运营策略影响。但是也有部分应用及专用网络的青睐，至于5G时代的发展，我们正在经历。

4.7WBAN简介

        体域网（Body Area Network，BAN），也称为无线体域网（WBAN）或人体传感器网络（BSN），是一种无线可穿戴计算设备的网络。WPAN就是Wireless PAN，随着无线技术的进一步发展，WPAN的作用范围也进一步缩小为WBAN。我们常见的各种智能穿戴设备，甚至出于医疗目的而嵌入人体器官，就是典型的WBAN的应用场景。IEEE组织成立IEEE 8022.15.6负责对WBAN的规范。

        WBAN的研究是在人体周围的区域内，提供低功率、短距离、高可靠的无线通信国际标准，以支持不同应用的数据速率需求。WBAN使用现有的工业科学医疗（ISM）频段或经批准的专用频段。智能穿戴设备、智能生理传感器等都较为常见，也将远程医疗、移动医疗等概念走入现实。随着5G技术的不断深入，能够为体域网提供更大范围、更低功耗、更便于接入的广域网络的LPWAN低功耗广域网技术，也将大显身手，抢占M2M市场。

        以上就是此次学习笔记内容了，咱们下节见！