1、集團重點/聯(lián)合科研項目 “IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究”開題報告一、項目編號：2010_LH_01 二、項目名稱：IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究三、聯(lián)合研究項目組：聯(lián)合項目組成員單位成員單位負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)人聯(lián)系方式（手機和郵箱）深圳公司（牽頭單位）XX（協(xié)助單位）XX（協(xié)助單位）Xx公司（協(xié)助單位）四、課題背景和意義： 1、課題背景下一代Internet協(xié)議-IPv6能夠提供海量地址，與IPv4相比，IPv6還具有地址空間編址管理、分組處理效率高、對移動性、安全性以及QOS的支持等諸多明顯優(yōu)勢。1) IPv6可以解決海量地址的需求IPv6可以提供大量IP地址，解決大量終端的IP接入需求， I

2、Pv6的重要應(yīng)用領(lǐng)域是移動通信網(wǎng)和固定寬帶，可以滿足海量移動終端的數(shù)據(jù)和基于IP多媒體業(yè)務(wù)的需求。2) IPv6簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高服務(wù)質(zhì)量引入IPv6，網(wǎng)絡(luò)將變得更加簡化，將能為用戶提供更高效的服務(wù)質(zhì)量。接入層主要完成多種不同類型的用戶的接入，同時為了實現(xiàn)用戶的可管理、可運營，接入設(shè)備還應(yīng)支持多種方式的用戶認(rèn)證和計費，并可根據(jù)用戶的不同需求提供相應(yīng)的服務(wù)（如CAR、Qos等），同時為了保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，接入設(shè)備還提供了安全防護功能，IPv6的引入可以從根本上解決此類問題，3) 基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將公司業(yè)務(wù)發(fā)展重點2009年11月3日，溫家寶總理發(fā)表了題為讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展的講話

3、。溫總理指出，搶占五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)制高點，要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后IP時代相關(guān)技術(shù)研發(fā)。中國移動總裁王建宙多次提及，物聯(lián)網(wǎng)將會成為中國移動未來的發(fā)展重點。物聯(lián)網(wǎng)是由大量無線傳感器構(gòu)成的，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新型網(wǎng)絡(luò)。 無線傳感器與IPv6具有天然結(jié)合的優(yōu)勢，又是目前的研究應(yīng)用熱點。4) IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)它把IPv6技術(shù)融入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，不僅能解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)間、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet間的互連互通問題，同時解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的缺點，如需要數(shù)量

4、巨大的地址資源、需要實現(xiàn)有效地址管理機制、缺乏應(yīng)有的安全機制等問題。2、項目的意義通過本次項目，以寬帶接入為目標(biāo)，大力拓展IPv6相關(guān)應(yīng)用，可以推動基于IPv6的多種技術(shù)的成熟，加速基于IPv6業(yè)務(wù)的試商用，為公司業(yè)務(wù)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。1) 有助于將來開拓潛在市場和拓展新型業(yè)務(wù)有助于公司開拓IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在移動通信領(lǐng)域潛在的市場和新型業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)可以廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、數(shù)字城管、數(shù)字水務(wù)、公車追蹤、敏感車輛如運鈔車警車等監(jiān)控、犯人及犯罪行為監(jiān)控、森林防火、海洋監(jiān)控、敏感文件追蹤、物流監(jiān)控管理、車輛管理、手機票務(wù)、學(xué)生監(jiān)控等領(lǐng)域或行業(yè)；通過開拓新型業(yè)務(wù)，可為中國移動公司實現(xiàn)

5、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入增加、集團客戶信息化業(yè)務(wù)收入增加、客戶增加以及客戶捆綁等。2) 有利于業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)和部署基于IPv6的永久在線特性，為點對點應(yīng)用提供了理想的環(huán)境，例如互聯(lián)網(wǎng)電話（VoIP）和多媒體文件交換。由于IPv6提供了真正的點對點通訊，之間不需經(jīng)過地址轉(zhuǎn)換設(shè)備（NAT/NAPT）轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)IP，有利于點對點類應(yīng)用的開發(fā)和部署。3) 提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。隨著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全性也愈發(fā)重要，特別對于公眾網(wǎng)來說，網(wǎng)絡(luò)的安全將會直接影響到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時也直接影響到公眾網(wǎng)絡(luò)所能夠為用戶提供的SLA，IPV6在安全方面具有先天優(yōu)勢，其本身天生對IP包的頭部進行了加密。利用IPv6先天優(yōu)勢，基于

6、IPv6的接入設(shè)備可易于實現(xiàn)用戶隔離和控制、防火墻等一系列功能，以提高公眾網(wǎng)絡(luò)的安全。4) Ipv6傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)端到端應(yīng)用基于Zigbee協(xié)議的傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)諸如遠(yuǎn)程監(jiān)控等端到端的IP應(yīng)用；而基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使得無線傳感器易于接入其它基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)及下一代互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)端到端應(yīng)用。五、課題研究內(nèi)容：本課題主要研究包括下列內(nèi)容：1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的制約因素?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，主要存在著以下制約因素：(1)成本：傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本是制約其大規(guī)模廣泛應(yīng)用的重要因素，需根據(jù)具體應(yīng)用的要求均衡成本、數(shù)據(jù)精度及能量供應(yīng)時間。(2)能耗：大部分的應(yīng)用

7、領(lǐng)域需要網(wǎng)絡(luò)采用一次性獨立供電系統(tǒng)，因此要求網(wǎng)絡(luò)工作能耗低，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，這是擴大應(yīng)用的重要因素。(3)移動性：在某些特定應(yīng)用中，節(jié)點或網(wǎng)關(guān)需要移動，導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)快速自組上存在困難，該因素也是影響其應(yīng)用的主要問題之一。(4)規(guī)模化應(yīng)用：對于大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點數(shù)目眾多，需要使用IPv6進行編址。這樣就產(chǎn)生了一系列的通信、協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的問題和研究內(nèi)容。此外還有微型化、定位性能、硬件安全等方面的制約因素，總體而言，影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用的因素很多，而且也與應(yīng)用場景有關(guān)，需要在項目研究中，總結(jié)這些制約因素，并提出克服這些因素的解決方法，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。2.

8、 基于IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建重點研究針對特定應(yīng)用場景的Ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族的優(yōu)化策略，以及具體通信協(xié)議棧實現(xiàn)的裁剪適配策略。協(xié)議族構(gòu)建主要集中在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。(1)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：即路由協(xié)議的研究，路由協(xié)議分為平面和集群兩種，平面協(xié)議節(jié)點地位平等，簡單易擴展，但缺乏管理；集群路由即分簇為簇首和簇成員，便于管理和維護，研究的熱點是集成兩種路由方式的優(yōu)點。(2)傳輸層協(xié)議：研究提供網(wǎng)絡(luò)可靠的數(shù)據(jù)傳輸和錯誤恢復(fù)機制。3. 應(yīng)用層支撐技術(shù)Ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的涉及兩類重要的應(yīng)用支撐技術(shù)：時間同步和節(jié)點定位(1)時間同步：針對網(wǎng)絡(luò)時間同步要求較高情況的應(yīng)用，例如基

9、于TDMA的MAC協(xié)議和特殊敏感時間監(jiān)測應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)時間同步。(2)定位技術(shù)：針對節(jié)點定位要求較高情況的應(yīng)用，基于少數(shù)已知節(jié)點的位置，研究以最少的硬件資源、最低的成本和能耗定位節(jié)點位置的技術(shù)。4. 傳感器節(jié)點的拓?fù)洳渴鹪贗pv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署中,節(jié)點間的檢測區(qū)域會出現(xiàn)交疊,導(dǎo)致在某些區(qū)域存在大量的冗余節(jié)點,既浪費節(jié)點的有限能量,又占用了網(wǎng)絡(luò)信道;另一方面在其它部分區(qū)域會出現(xiàn)盲點,使該區(qū)域不能被節(jié)點檢測到,使網(wǎng)絡(luò)的可信度和可靠性降低。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅需要考慮覆蓋問題,還必須保證節(jié)點間的連通性。由于節(jié)點部署后可能面臨不可預(yù)料的失效,僅僅保證1-連通不能有效地解決這個問題。針對上述問題,本

10、項目將對覆蓋部署模型和拓?fù)淇刂品椒ㄟM行研究,具體工作體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)對覆蓋控制算法問題進行研究,重點分析了區(qū)域覆蓋和柵欄覆蓋兩類問題,為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化策略提供了依據(jù)。(2)考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制優(yōu)化、感知模型的影響、約束條件以及節(jié)點利用率等方面因素,擬提出一種基于Voronoi圖的優(yōu)化解決方案,實現(xiàn)全覆蓋和至少2-連通性。感知范圍可以用數(shù)學(xué)思想抽象為包含每個節(jié)點的Voronoi多邊形集合,節(jié)點與Voronoi部分存在1對1的映射關(guān)系,求相應(yīng)Voronoi圖面積的最大值,來估算網(wǎng)絡(luò)中所用節(jié)點的最小值,以減少網(wǎng)絡(luò)開銷。 (3)針對監(jiān)測區(qū)域中的邊界節(jié)點感知冗余問題,探討基于

11、邊界的覆蓋優(yōu)化方案。5. 路由算法無線網(wǎng)絡(luò)使用廣播的方法來進行路由，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中冗余信息過多，一條信息容易傳播到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，造成帶寬的能量的不必要浪費。在特定應(yīng)用場景中，根據(jù)Ipv6的尋址方式，解決Ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由算法研究需要解決最重要的任務(wù)有兩個：一是減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶菧p少對能量的浪費。針對第一個目標(biāo)，主要是使用傳感器節(jié)點自身的地址信息作為參考，信息傳遞只瞄準(zhǔn)目標(biāo)所在的大概區(qū)域，這樣能夠有的放矢，有效降低數(shù)據(jù)擴散范圍。針對第二個目標(biāo)，將在發(fā)送頻率，數(shù)據(jù)包大小，編碼方式等方面進行研究，如何在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯拢M量可能的降低路由對能量的消耗。6. 數(shù)據(jù)匯聚數(shù)據(jù)匯聚算法相

12、當(dāng)重要，需要同時考慮效率和負(fù)載，并且避免網(wǎng)絡(luò)擁塞以及Head of the line問題,主要用于大規(guī)模無線傳感器組網(wǎng)。根據(jù)螞蟻的特點，擬采用蟻群算法（Swarming Algorithm）來進行數(shù)據(jù)匯聚。這種仿生學(xué)在網(wǎng)絡(luò)學(xué)科的應(yīng)用，具備相當(dāng)?shù)膭?chuàng)新性。7. IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中國移動網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合以及應(yīng)用場景通過對Ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用制約因素和關(guān)鍵技術(shù)的研究，結(jié)合中國移動現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，整理IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)在移動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求分析，并給出IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)（特別是中國移動CNGI試商用網(wǎng)）的結(jié)合方案，包括和IPv6/IPv4、TD網(wǎng)絡(luò)可能的結(jié)合方案,以及相關(guān)的實

13、施策略及建議。六、研究成果：1. 完成IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究研究報告一份以Pv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究研究報告作為本課題的成果之一，該報告將以Ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)方案、IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與中國移動現(xiàn)網(wǎng)結(jié)合的方案和策略等為主要內(nèi)容。報告的大綱請見附件一。2. 專利通過本項目的研究，擬在IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法方面，提交1項發(fā)明專利申請；3. 論文七、課題分工： 深圳分公司具體負(fù)責(zé)協(xié)助本項目的開展以及IPv6寬帶接入技術(shù)研究研究報告的編制工作。八、計劃進度： 第一階段：2009年12月2010年3月工作內(nèi)容：進行資料收集、整理，確定研究報告整體框架； 第二

14、階段：2010年4月2010年6月工作內(nèi)容：開展基于IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在制約因素、拓?fù)洳渴稹⑼ㄐ艆f(xié)議棧構(gòu)建、路由優(yōu)化策略等方面的內(nèi)容研究，以及中國移動開展此業(yè)務(wù)的需求分析，擬于提交專利申請1份。 第三階段：2010年7月2010年9月工作內(nèi)容：深入開展本項目中關(guān)鍵技術(shù)和算法的研究，在IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和演示平臺進行驗證；撰寫項目研究報告 第四階段：2010年10月2010年11月工作內(nèi)容：完成項目研究報告，項目結(jié)題；附件一：研究報告大綱IPv6無線傳感器的應(yīng)用研究的研究報告，大綱如下：1、項目概述2、IPv6傳感器網(wǎng)絡(luò)基本簡介2.1 IPv6及其相關(guān)技術(shù)2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2.3 IPv6在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用2.4 物聯(lián)網(wǎng)基本概念2.5 小結(jié)3、IPv6無線傳感器的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀3.1 IPv6國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀3.3 物聯(lián)網(wǎng)研究熱點分析及其應(yīng)用現(xiàn)狀3.4 小結(jié)4、IPv6無線傳感器應(yīng)用場景分析4.1環(huán)境監(jiān)測4.2建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測4.3醫(yī)療衛(wèi)生4.4智能交通4.5軍事領(lǐng)域4.6其它應(yīng)用場景4.7 小結(jié)5、IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)5.1基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議族構(gòu)建5.2網(wǎng)絡(luò)管理5.3應(yīng)用層支撐技術(shù)5.4傳感器節(jié)點的拓?fù)洳渴?.5傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法5.6傳感器網(wǎng)絡(luò)