【正文】 有敵對(duì)環(huán)境的應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)必須能夠認(rèn)證來(lái)自基站或網(wǎng)絡(luò)用戶的廣播消息。由于無(wú)線信道是開放的，所以不能像有線網(wǎng)絡(luò)那樣依靠通信信道的安全來(lái)保護(hù)信息，必須假設(shè)所有網(wǎng)絡(luò)入侵者可以獲得無(wú)線信道中傳輸?shù)男畔?nèi)容，因此要通過(guò)加密技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)由大量機(jī)器構(gòu)成、缺少人對(duì)設(shè)備的有效監(jiān)控、數(shù)量龐大、設(shè)備 集群等特點(diǎn)，如何保障信息安全問(wèn)題，除了面對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題之外，還存在著一些與已有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全不同的特殊安全問(wèn)題。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用環(huán)境往往涉及到無(wú)線、無(wú)源、資源受限等問(wèn)題 ，傳統(tǒng)的針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的安全體系并不適用于無(wú)線傳感網(wǎng)的應(yīng)用。 對(duì)現(xiàn)有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的符合度： 本項(xiàng)目符合《中國(guó)移動(dòng) M2M 終端規(guī)范 —— WMMP 協(xié)議分冊(cè)》（版本號(hào)： ,編號(hào)：QBE0072020）。但 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)能量有限、存儲(chǔ)空間有限、計(jì)算能力弱的特點(diǎn)，使得加密算法及其實(shí)現(xiàn)方式的評(píng)價(jià)與選擇除了考慮足夠的安全強(qiáng)度外，還要考慮運(yùn)行時(shí)間、功耗、存儲(chǔ)空間占有量等因素。 該項(xiàng)目的專利情況： 正在準(zhǔn)備預(yù)申請(qǐng)的專利： 《一種支持優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?IEEE 》 《 IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)頭壓縮方法》 該項(xiàng)目研發(fā)存在的主要問(wèn)題及今后的設(shè)想： 一、 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) Ipv6 Over WSN 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)研究 研發(fā)進(jìn)展 完成基于 IPv6 Over WSN協(xié)議實(shí)現(xiàn)平臺(tái)硬件架構(gòu)整體設(shè)計(jì)，完成基于 IPv6 Over IEEE Over WSN協(xié)議的軟件開發(fā)，完成對(duì) IPv6 Over WSN 協(xié)議中的路由協(xié)議的改進(jìn)，搭建實(shí)現(xiàn) MESH組網(wǎng)原型進(jìn)行系統(tǒng)演示。 二、 傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證和加密技術(shù)研究 目前存在的問(wèn)題： 仿真結(jié)果的可靠性 在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)選定的加密算法對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的加解密，仿真結(jié)果是否適合于真實(shí)的傳感器網(wǎng)絡(luò)還有待進(jìn)一步的論證，就其安全性而言，傳感器網(wǎng)絡(luò)還需要通信安全，如節(jié)點(diǎn)的安全保證、被動(dòng)抵御入侵的能力和主動(dòng)反擊入侵的能力等。 加密算法選擇的多樣化 加密算法的選擇除需要滿足傳感器節(jié)點(diǎn)自身能源受限、計(jì)算能力受限等限制外，還具有多樣化的特點(diǎn)。在金融和民用系統(tǒng)中，對(duì)于信息的竊取和修改比較敏感，而對(duì)于軍事領(lǐng)域，除了信息可靠性以外，還必須對(duì)被俘節(jié)點(diǎn)、異構(gòu)節(jié)點(diǎn) 入侵的抵抗力進(jìn)行充分的考慮，所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)必須采用多樣化的，精巧的靈活的方式解決安全問(wèn)題，需要根據(jù)不同應(yīng)用的要求對(duì)加密算法進(jìn)行不同的選擇。 成果： （ 1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全加密算法研究論文 （ 2）傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算法應(yīng)遵循的原則歸納 （ 3）適用于傳感網(wǎng)的加密算法篩選及實(shí)現(xiàn) （ 4）加密算法的評(píng)價(jià)因子確定 目標(biāo)： 廣播認(rèn)證方案主要由兩個(gè)部分組成：一是用于廣播認(rèn)證的加密技術(shù)，二是廣播認(rèn)證協(xié)議。 成果： （ 1）廣播認(rèn)證方案原理研究報(bào)告 （ 2）適用于廣播認(rèn)證的加密技術(shù)的選擇與改進(jìn)方案 （ 3）廣播認(rèn)證協(xié)議的選擇與改進(jìn)方案 （ 1）應(yīng)用及組網(wǎng)方案設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)智能家居中三個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景：遠(yuǎn)程抄表、溫度查詢和空調(diào)控制。 （ 2）設(shè)備組網(wǎng)與仿真平臺(tái)搭建 根據(jù)應(yīng)用方案在感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的具體組網(wǎng)方案進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的 配置 。溫總理指出，搶占五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，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(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) （簡(jiǎn)稱 WSN)成為當(dāng)前的應(yīng)用熱點(diǎn)，同時(shí)也是中國(guó)移動(dòng)的重點(diǎn)發(fā)展業(yè)務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要大量的地址空間，然而全球 IPv4公有地址即將耗盡， IPv6技術(shù)的興起是解決地址問(wèn)題的有效解決方案。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入 IPv6 后，可以很方便地接入其它網(wǎng)絡(luò)。 廣東移動(dòng) 2020 年度“物聯(lián)網(wǎng)”重大科技專項(xiàng) 項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東 有限公司 6二、技術(shù)特點(diǎn)分析 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) ,作為 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，它是集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的物聯(lián)網(wǎng)智能傳感系統(tǒng)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議采用 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，其是符合低速無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（ LRWPAN)要求的低層協(xié)議，鏈路層以上基本采用專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，專用協(xié)議的優(yōu)勢(shì)是較為符合 LRWPAN低功耗、低成本、低速率傳輸?shù)纫蟆? 該技術(shù)的研究成果主要表現(xiàn)在： ? 研究并 創(chuàng)建 IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)新型體系結(jié)構(gòu)形態(tài)； ? 通過(guò)對(duì)上層 IPv6 協(xié)議報(bào)頭壓縮、信息包的分片與重組，實(shí)現(xiàn) IPv6 協(xié)議在 MAC 層的正確傳輸； ? 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中真正的端到端的智能通信模式提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段； ? 為海量的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供足量的 IP地址空間； ? 通過(guò) 承載 IPv6核心功能， 實(shí)現(xiàn)傳感終端的地址自動(dòng)配置，真正滿足物聯(lián)網(wǎng)的即插即用特性； ? 為實(shí)現(xiàn) WSN網(wǎng)絡(luò)與 IP網(wǎng)絡(luò)之間的融合與統(tǒng)一管理提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段； 技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析 IPv6 Over WSN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)主要是將當(dāng)前的通用的 IPv6協(xié)議棧移植 到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，從而能讓眾多無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)直接無(wú)縫接入 IP體系結(jié)構(gòu)中，其滿足于真正意義上的端到端之間的直接數(shù)據(jù)通信。所以必須設(shè)計(jì)一種既適合IPv6協(xié)議又滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的另外一種協(xié)議架構(gòu)形態(tài)。參考模型如圖所示。 由于 IEEE （ MTU)為 127字節(jié)，除去 MAC頭部 25字節(jié)后，僅剩下 102字節(jié)的有效載荷，如果在 MAC引入安全機(jī)制，則另外需要最大 21字節(jié)的安全相關(guān)字段，因此所能提供給上層的數(shù)據(jù)報(bào)文僅剩下 81字節(jié)。即使不考慮任何附加機(jī)制，一個(gè) IEEE 能封裝一個(gè)完整的 IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文。 IPv6 Over IEEE ，報(bào)頭處理在 6LowPAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)頭壓縮和解壓流程，如圖所示。 ? 接收過(guò)程：在協(xié)調(diào)器從網(wǎng)關(guān)接收到高速鏈路傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包，送入壓縮器進(jìn)行報(bào)頭壓縮，之后送入低速本地鏈路 ，用戶接收到數(shù)據(jù)包之后進(jìn)行報(bào)頭解壓，還原原始 IPv6包，并交由上層處理。在此基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn) UDP信息頭壓縮和分段是我們進(jìn)一步需要考慮和解決的問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)負(fù)載 IPv6報(bào)文，不能在一個(gè)單獨(dú)的 IEEE 幀中傳輸時(shí)，需要對(duì)負(fù)載報(bào)文進(jìn)行 6LowPAN適配層的分片。另外，適配層需要維護(hù)當(dāng)前的 FragmentTag值并在節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)將其設(shè)置為一個(gè)隨機(jī)值。適配層分片的判斷條件為 :負(fù)載報(bào)文長(zhǎng)度十不分片頭部長(zhǎng)度 +Meshnelivery字段長(zhǎng)度 (或 Broadcast字段長(zhǎng)度 )IEEE MAC層的最大 Payload長(zhǎng)度。 6LowPAN適配層分片的具體過(guò)程下圖所示。 Prot_type字段設(shè)置為上層協(xié)議的類型，特別的，如果是 IPv6協(xié)議該字段設(shè)置為 1。 用當(dāng)前維護(hù)的 DatagramTag值來(lái)設(shè)置 datagram一 ag字段 。 如果需要在 Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由， MeshDelivery字段應(yīng)該緊隨在分片頭部之后并在負(fù)載報(bào)文碎片之前。 fragment_offset字段則設(shè)置為當(dāng)前碎片相對(duì)于原負(fù)載報(bào)文起始字節(jié)的偏移，需要注意的是這里的偏移是以 8字節(jié)為單位的，因此 每個(gè)分片的最大負(fù)載報(bào)文碎片長(zhǎng)度也必須是 8字節(jié)邊界對(duì)齊的，也就是說(shuō)負(fù)載報(bào)文碎片的最大長(zhǎng)度實(shí)際上只有 88字節(jié)。 如果需要在 Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由， MeshDelivery字段應(yīng)該緊隨在分片頭部之后并在負(fù)載報(bào)文碎片之前。 對(duì)于適配層廣播幀，由于節(jié)點(diǎn)能量和資源方面的限制，對(duì)于一個(gè)較大的負(fù)載報(bào)文的多個(gè)分片的廣播將給整個(gè) LoWPAN網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)嚴(yán)重的 負(fù)擔(dān)。 B、 重組 當(dāng) 6LowPAN適配層收到一個(gè)分片的幀后，根據(jù)以下兩個(gè)字段判斷該分片是屬于哪個(gè)負(fù)載報(bào)文的 : ? 源 MAC地址 ? 適配層分片頭部的 datagram_tag字段 對(duì)于同一個(gè)負(fù)載報(bào)文的多個(gè)分片，適配層使用如下算法進(jìn)行重組，其重組過(guò)程參見下圖所示。需要注意的是，這里的源 MAC地址應(yīng)該是適配層分片幀源發(fā)地址，如果分片幀有 MeshDelivery字段的話，源 MAC地址應(yīng)該是 MeshDelivery字段中的 originator Address字段。如果發(fā)現(xiàn)收到的是一個(gè)重復(fù)但不重疊的分片，應(yīng)該使用新收到的分片進(jìn)行替換。 ③如果成功接收到所有分片，將所有分片按 Offset進(jìn)行重組，并將重組好的原始負(fù)載報(bào)文遞交給上層。 3)IPv6核心機(jī)制在 6LowPAN 下的承載。 因?yàn)?IEEE 支持廣播機(jī)制，因此可以實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)的組播功能，但是其任何一件事情需要喚醒全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，不符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗、低速率等特點(diǎn)。基于 6LowPAN 的特點(diǎn)，我們需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種低能耗、低帶寬的IPv6 Over IEEE 組播機(jī)制。 無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置是 IPv6的核心機(jī)制，其能夠解決節(jié)點(diǎn)地址的自動(dòng)配置，因此有效 地解決了網(wǎng)絡(luò)管理問(wèn)題。而 IEEE ， MAC 子層設(shè)備地址存在兩種不同的格式：（ 1)16 位短地址；（ 2)EUI64 地址，因此需要實(shí)現(xiàn)一種地址映射方法解決 IPv6所需要的 128位地址。 IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)具有很多重要的功能，包括路由發(fā)現(xiàn)、鄰居發(fā)現(xiàn)、重復(fù)地址檢測(cè)、不可達(dá)地址檢測(cè)、前綴發(fā)現(xiàn)等，其能夠有效地降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理的要求。 技術(shù)的進(jìn)步性 1）在 IPv6 Over IEEE IPv6協(xié)議信息頭的機(jī)制和方法，實(shí)現(xiàn) ipv6數(shù)據(jù)適應(yīng)在 。因此，為了在 IEEE MAC層傳送 IPv6數(shù)據(jù)包，需要利用鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之間的 6LowPAN適配層，提出適合 6LowPAN網(wǎng)絡(luò)的報(bào)頭壓縮策略。 技術(shù)的核心價(jià)值 1）研究并創(chuàng)建一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)新型體系結(jié)構(gòu)形態(tài)； 2）通過(guò)對(duì)上層 IPv6協(xié)議報(bào)頭壓縮、