IPv4已经无法满足物联网的需求

IPv4已经无法满足物联网的需求 百恒物联 2018-07-28 2162

IPv4已经无法满足物联网的需求


  丰富的应用和庞大的节点规模既给物联网带来了商业上的巨大潜力,同时也带来了技术上的挑战。


  首先,物联网由众多的节点连接构成,无论采用自组织方式,还是采用现有的公众网进行连接,这些节点之间的通信必然涉及寻址问题。目前物联网的寻址系统可以采用两种方式,一种方式是采用基于E.164电话号码编址的寻址方式,但由于目前大多数物联网应用的网络通信协议都采用TCP/IP协议,电话号码编址的方式必然需要对电话号码与IP地址进行转换,这将提高技术实现的难度,并增加成本,同时由于E.164编址体系本身的地址空间较小,也无法满足大量节点的地址需求;另一种方式是直接采用IPv4地址的寻址体系来进行物联网节点的寻址,随着互联网本身的快速发展,IPv4的地址已经日渐匮乏,从目前的地址消耗速度来看,IPv4地址空间已经很难满足物联网对网络地址的庞大需求。从另一方面来看,物联网对海量地址的需求,也对地址分配方式提出了要求,海量地址的分配无法使用手工来分配,使用传统DHCP的分配方式也对网络中的 DHCP服务器提出了极高的性能和可靠性要求,可能造成DHCP服务器性能不足,成为网络应用的一个瓶颈。

  其次,目前互联网的移动性不足也造成了物联网移动能力的瓶颈。IPv4协议在设计之初并没有充分考虑到节点移动性带来的路由问题,即当一个节点离开了原有的网络时,如何保证这个节点访问可达性的问题。由于IP网络路由的聚合特性,在网络路由器中路由条目都是按子网来进行汇聚的,当节点离开原有网络时,其原来的IP地址离开了该子网,而节点移动到目的子网后,网络路由器设备的路由表中并没有该节点的路由信息(为了不破坏全网路由的汇聚,也不允许目的子网中存在移动节点的路由),这会导致外部节点无法找到移动后的节点,因此如何支持节点的移动能力是需要通过特殊机制实现的。在IPv4中,IETF提出了MIPv4(移动IP)的机制来支持节点的移动。但这样的机制引入了著名的三角路由问题,对于少量节点的移动,该问题引起的网络资源损耗较小,而对于大量节点的移动,特别是物联网中特有的节点群移动和层移动,会导致网络资源被迅速耗尽,使网络处于瘫痪的状态。

  再次,网络质量保证也是物联网发展过程中必须解决的问题。目前IPv4网络中实现QoS有两种技术,其一采用资源预留(Interserv)的方式,利用RSVP等协议为数据流保留定的网络资源,在数据包传送过程中保证其传输的质量;其二采用Diffserv技术,由IP包自身携带优先级标志,网络设备根据这些优先级标志来决定包的转发优先策略。目前IPv4网络中服务质量的划分基本是从流的类型出发的,使用Diffserv来实现端到端服务质量保证。例如,视频业务有低丢包、时延、抖动的要求,就给它分配较高的服务质量等级:数据业务对丢包、时延、抖动不敏感,就分配较低的服务质量等级。这样的分配方式仅考虑了业务的网络侧的质量需求,并没有考虑业务的应用侧的质量需求。例如,一个普通视频业务对服务质量的需求,可能比一个基于物联网传感的手术应用对服务质量的需求要低,因此物联网中的服务质量保障必须与具体的应用相结合。

  最后,物联网节点的安全性和可靠性也需要重新考虑。限于成本约束,很多物联网节点都是基于简单硬件的,不可能处理复杂的应用层加密算法,同时单节点的可靠性也不可能做得很高,其可靠性主要是依靠多节点冗余来保证的,因此,依靠传统的应用层加密技术和网络冗余技术很难满足物联网的需求。
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