2023年集团重点及联合项目《IPv6无线传感器网络的应用研究》开题报告.doc

集团重点/联合科研项目 “IPv6无线传感器网络的应用研究〞开题报告 一、项目编号：2023_LH_01 二、项目名称：IPv6无线传感器网络的应用研究 三、联合研究项目组： 联合项目组成员单位 成员单位负责人 负责人联系方式〔 和邮箱〕 深圳公司〔牵头单位〕 XX〔协助单位〕 XX〔协助单位〕 Xx公司〔协助单位〕 四、课题背景和意义： 1、课题背景 下一代Internet协议--IPv6能够提供海量地址，与IPv4相比，IPv6还具有地址空间编址管理、分组处理效率高、对移动性、安全性以及QOS的支持等诸多明显优势。 1) IPv6可以解决海量地址的需求 IPv6可以提供大量IP地址，解决大量终端的IP接入需求， IPv6的重要应用领域是移动通信网和固定宽带，可以满足海量移动终端的数据和基于IP多媒体业务的需求。 2) IPv6简化网络结构，提高效劳质量 引入IPv6，网络将变得更加简化，将能为用户提供更高效的效劳质量。接入层主要完成多种不同类型的用户的接入，同时为了实现用户的可管理、可运营，接入设备还应支持多种方式的用户认证和计费，并可根据用户的不同需求提供相应的效劳〔如CAR、Qos等〕，同时为了保证网络的安全性，接入设备还提供了安全防护功能，IPv6的引入可以从根本上解决此类问题， 3) 基于IPv6的无线传感器网络将公司业务开展重点 2009年11月3日，温家宝总理发表了题为让科技引领中国可持续开展的讲话。温总理指出，抢占五大新兴战略性产业制高点，要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发。中国移动总裁王建宙屡次提及，物联网将会成为中国移动未来的开展重点。 物联网是由大量无线传感器构成的，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新型网络。 无线传感器与IPv6具有天然结合的优势，又是目前的研究应用热点。 4) IPv6无线传感器网络是一种新兴的网络形态 它把IPv6技术融入无线传感器网络，不仅能解决无线传感器网络间、无线传感器网络与Internet间的互连互通问题，同时解决了无线传感器网络固有的缺点，如需要数量巨大的地址资源、需要实现有效地址管理机制、缺乏应有的安全机制等问题。 2、项目的意义 通过本次项目，以宽带接入为目标，大力拓展IPv6相关应用，可以推动基于IPv6的多种技术的成熟，加速基于IPv6业务的试商用，为公司业务的可持续开展创造条件。 1) 有助于将来开拓潜在市场和拓展新型业务 有助于公司开拓IPv6无线传感器网络在移动通信领域潜在的市场和新型业务。该业务可以广泛应用于环境监测、医疗卫生、数字城管、数字水务、公车追踪、敏感车辆如运钞车警车等监控、犯人及犯罪行为监控、森林防火、海洋监控、敏感文件追踪、物流监控管理、车辆管理、 票务、学生监控等领域或行业； 通过开拓新型业务，可为中国移动公司实现数据业务收入增加、集团客户信息化业务收入增加、客户增加以及客户捆绑等。 2) 有利于业务应用的开发和部署 基于IPv6的永久在线特性，为点对点应用提供了理想的环境，例如互联网 〔VoIP〕和多媒体文件交换。由于IPv6提供了真正的点对点通讯，之间不需经过地址转换设备〔NAT/NAPT〕转换为公网IP，有利于点对点类应用的开发和部署。 3) 提高网络的安全性。 随着IP网络的开展，网络安全性也愈发重要，特别对于公众网来说，网络的安全将会直接影响到网络的稳定性，同时也直接影响到公众网络所能够为用户提供的SLA，IPV6在安全方面具有先天优势，其本身天生对IP包的头部进行了加密。利用IPv6先天优势，基于IPv6的接入设备可易于实现用户隔离和控制、防火墙等一系列功能，以提高公众网络的安全。 4) Ipv6传感器网络可实现端到端应用 基于Zigbee协议的传统无线传感器网络无法实现诸如远程监控等端到端的IP应用；而基于IPv6的无线传感器网络可以使得无线传感器易于接入其它基于IP技术的网络及下一代互联网，实现端到端应用。 五、课题研究内容： 本课题主要研究包括以下内容： 1. 无线传感器网络应用的制约因素 无线传感器网络技术的实际应用过程中，主要存在着以下制约因素： (1)本钱：传感器网络节点的本钱是制约其大规模广泛应用的重要因素，需根据具体应用的要求均衡本钱、数据精度及能量供给时间。 (2)能耗：大局部的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素。 (3)移动性：在某些特定应用中，节点或网关需要移动，导致在网络快速自组上存在困难，该因素也是影响其应用的主要问题之一。 (4)规模化应用：对于大规模的无线传感器网络，节点数目众多，需要使用IPv6进行编址。这样就产生了一系列的通信、协议以及网络稳定性的问题和研究内容。 此外还有微型化、定位性能、硬件安全等方面的制约因素，总体而言，影响无线传感器网络实际应用的因素很多，而且也与应用场景有关，需要在项目研究中，总结这些制约因素，并提出克服这些因素的解决方法，使无线传感器网络可以应用到更多的领域。 2. 基于IPv6无线传感器网络的网络通信协议族构建 重点研究针对特定应用场景的Ipv6无线传感器网络的网络通信协议族的优化策略，以及具体通信协议栈实现的裁剪适配策略。协议族构建主要集中在网络层和传输层。 (1)网络层协议：即路由协议的研究，路由协议分为平面和集群两种，平面协议节点地位平等，简单易扩展，但缺乏管理；集群路由即分簇为簇首和簇成员，便于管理和维护，研究的热点是集成两种路由方式的优点。 (2)传输层协议：研究提供网络可靠的数据传输和错误恢复机制。 3. 应用层支撑技术 Ipv6无线传感器网络中的涉及两类重要的应用支撑技术：时间同步和节点定位 (1)时间同步：针对网络时间同步要求较高情况的应用，例如基于TDMA的MAC协议和特殊敏感时间监测应用，要求网络时间同步。 (2)定位技术：针对节点定位要求较高情况的应用，基于少数节点的位置，研究以最少的硬件资源、最低的本钱和能耗定位节点位置的技术。 4. 传感器节点的拓扑部署 在Ipv6无线传感器网络的部署中,节点间的检测区域会出现交叠,导致在某些区域存在大量的冗余节点,既浪费节点的有限能量,又占用了网络信道;另一方面在其它局部区域会出现盲点,使该区域不能被节点检测到,使网络的可信度和可靠性降低。无线传感器网络不仅需要考虑覆盖问题,还必须保证节点间的连通性。由于节点部署后可能面临不可预料的失效,仅仅保证1-连通不能有效地解决这个问题。 针对上述问题,本项目将对覆盖部署模型和拓扑控制方法进行研究,具体工作体现在以下几个方面: (1)对覆盖控制算法问题进行研究,重点分析了区域覆盖和栅栏覆盖两类问题,为后续的网络拓扑结构优化策略提供了依据。 (2)考虑无线传感器网络的覆盖控制优化、感知模型的影响、约束条件以及节点利用率等方面因素,拟提出一种基于Voronoi图的优化解决方案,实现全覆盖和至少2-连通性。感知范围可以用数学思想抽象为包含每个节点的Voronoi多边形集合,节点与Voronoi局部存在1对1的映射关系,求相应Voronoi图面积的最大值,来估算网络中所用节点的最小值,以减少网络开销。 (3)针对监测区域中的边界节点感知冗余问题,探讨基于边界的覆盖优化方案。 5. 路由算法 无线网络使用播送的方法来进行路由，导致网络中冗余信息过多，一条信息容易传播到网络中的所有节点，造成带宽的能量的不必要浪费。在特定应用场景中，根据Ipv6的寻址方式，解决Ipv6无线传感器网络中路由算法研究需要解决最重要的任务有两个：一是减少数据传输的范围，二是减少对能量的浪费。 针对第一个目标，主要是使用传感器节点自身的地址信息作为参考，信息传递只瞄准目标所在的大概区域，这样能够有的放矢，有效降低数据扩散范围。 针对第二个目标，将在发送频率，数据包大小，编码方式等方面进行研究，如何在保证数据传输的前提下，尽量可能的降低路由对能量的消耗。 6. 数据会聚 数据会聚算法相当重要，需要同时考虑效率和负载，并且防止网络拥塞以及Head of the line问题,主要用于大规模无线传感器组网。根据蚂蚁的特点，拟采用蚁群算法〔Swarming Algorithm〕来进行数据会聚。这种仿生学在网络学科的应用，具备相当的创新性。 7. IPv6无线传感器网络和中国移动网络的结合以及应用场景 通过对Ipv6无线传感器网络应用制约因素和关键技术的研究，结合中国移动现有网络资源，整理IPv6无线传感器网络和物联网在移动网络的应用需求分析，并给出IPv6无线传感器网络与互联网〔特别是中国移动CNGI试商用网〕的结合方案，包括和IPv6/IPv4、TD网络可能的结合方案,以及相关的实施策略及建议。 六、研究成果： 1. 完成IPv6无线传感器网络的应用研究研究报告一份 以Pv6无线传感器网络的应用研究研究报告作为本课题的成果之一，该报告将以Ipv6无线传感器网络的关键技术和建设方案、IPv6无线传感器网络与中国移动现网结合的方案和策略等为主要内容。 报告的大纲请见附件一。 2. 专利 通过本项目的研究，拟在IPv6无线传感器网络的路由算法方面，提交1项创造专利申请； 3. 论文 七、课题分工： 深圳分公司具体负责协助本项目的开展以及IPv6宽带接入技术研究研究报告的编制工作。 八、方案进度： • 第一阶段：2023年12月—2023年3月 工作内容：进行资料收集、整理，确定研究报告整体框架； • • 第二阶段：2023年4月—2023年6月 工作内容：开展基于IPv6无线传感器网络在制约因素、拓扑部署、通信协议栈构建、路由优化策略等方面的内容研究，以及中国移动开展此业务的需求分析，拟于提交专利申请1份。 • • 第三阶段：2023年7月—2023年9月 工作内容：深入开展本项目中关键技术和算法的研究，在IPv6无线传感器网络研发和演示平台进行验证；撰写项目研究报告 • • 第四阶段：2023年10月—2023年11月 工作内容：完成项目研究报告，项目结题； 附件一：研究报告大纲 IPv6无线传感器的应用研究的研究报告，大纲如下： 1、 项目概述 2、 IPv6传感器网络根本简介 2.1 IPv6及其相关技术 2.2 无线传感器网络 2.3 IPv6在无线传感器网络中的应用 2.4 物联网根本概念 2.5 小结 3、 IPv6无线传感器的国内外研究和开展现状 3.1 IPv6国内外研究和开展现状 3.2 无线传感器网络国内外研究和开展现状 3.3 物联网研究热点分析及其应用现状 3.4 小结 4、 IPv6无线传感器应用场景分析 4.1环境监测 4.2建筑结构监测 4.3医疗卫生 4.4智能交通 4.5军事领域 4.6其它应用场景 4.7 小结 5、 IPv6无线传感器网络应用应突破的关键技术 5.1基于IPv6的网络通信协议族构建 5.2网络管理 5.3应用层支撑技术 5.4传感器节点的拓扑部署 5.5传感器网络路由算法 5.6传感器网络地址管理 5.7传感器网络数据会聚算法 5.8 IPv6无线传感器网络与互联网〔特别是中国移动CNGI网络〕的结合方案。 5.9 小结 6、 中国移动在开展IPv6无线传感器网络的策略分析 6.1 IPv6无线传感器网络在移动网络的应用需求分析 6.2 IPv6无线传感器网络系统的评价体系分析 6.3 IPv6无线传感器网络的实施策略及建议 6.4 IPv6无线传感器网络业务要注意的问题 6.5 小结 7、 研究结论 研究报告的大纲和结构将根据项目的进