寻找无线传感器网络与IPv6的契合点
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场合等遍地开花的关键。
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合智能信息系统，具有广阔的应用前景，是目前非常活跃的一个领域。2000年美国国防部就将传感器网络列为国防5个尖端领域之一。
WSN具有广阔的应用前景，可用于公共安全、生态环保、应急指挥、智能交通、反恐、智能家居等诸多领域。例如，智能化家居中的传感器/控制器网络、工业现场各种参数收集、控制器的统一联网调控等，都可以通过WSN实现。
这些应用通常需要使用无线网络技术，网络节点采用自组织网络技术。这些应用不需要很高的带宽，但是需要非常低的能耗，从而延长电池的使用寿命。由于无线传感器节点通常使用存储器容量受限的嵌入式处理器/控制器，所以对协议栈的大小也提出了严格的要求。另外，在安全、节点自动配置、网络动态重组等方面也有诸多要求。
目前，在WSN网络协议方面的研究尚无定论，蓝牙、ZigBee、Ad hoc等无线网络技术都是人们讨论的热点之一。IPv6作为互联网上的宠儿，在WSN领域也有其生长空间。
IPv6的优势
IP解决的最根本问题是如何把网络连接在一起。在其发展过程中，IPv4是一个令人难以置信的协议，它已经在Internet上成功地连接了数以千万计的主机。然而随着Internet的普及，IPv4面临着日益迫切的升级问题。
IPv6中的变化体现在以下5个重要方面：
● 扩展地址。扩展地址意味着IP可以继续增长而无需考虑资源的匮乏，解决了IPv4的燃眉之急。这对于WSN的某些应用也是非常有吸引力的，如健康监控等。
● 简化头格式。对于包头的简化减少了路由器上所需的处理过程，从而提高了选路的效率。主要简化有：IPv6使用固定格式包头，去除了包头长度段;分段只能由源节点进行;去除IP头校验和，将校验工作交给高层协议负责。
● 增强对于扩展和选项的支持。改进对头扩展和选项的支持意味着可以在几乎不影响普通数据包和特殊包选路的前提下适应更多的特殊需求。IPv6把选项加在单独的扩展头中，这样，选项头只有在必要的时候才需要检查和处理。例如，分段只由源节点处理，这样一来只有源节点和目的节点需要处理分段扩展头，而路由器则不需要处理，这样就提高了包选路的效率。
● 流标记。流标记办法为更加高效的处理包提供了一种机制，这对于实时应用尤其有用。流标记用于标识某些需要某种QoS的从一个特定源发向一个特定目的地的分组流。路由器需要对流进行跟踪，并保持一定的信息。这样，路由器可以对流中的包进行特殊的处理，而且由于路由器无需对每个包头重新处理，所以对流中包的处理可以更快。
● 身份验证和保密。身份验证和保密方面的改进使得IPv6更加适用于那些对敏感信息和资源有特别处理要求的商业应用。
WSN与IPv6结合
1．地址空间
人们常常形容说：IPv6可以为地球上的每一粒沙子都分配一个地址。这一特点对于WSN的某些应用是非常有吸引力的，如智能家居。对于一个有几百万人口的城市，如果将来全部实现家居智能化，至少需要几十万的地址来区分不同的家庭，才能在家庭网络发出安全警报（如火警）的情况下提高应急能力。IPv6为此类应用提供了可行性。
2．移动
不论设备平常是通过有线媒体或者无线媒体连接到网络，当设备移动时，不论移动设备实际上在何处，其他设备都能够通过同一个IP地址来访问该设备，这样将是很方便的。而且在某些应用场合下，这种能力还是必须的，如医疗监控/健康监控等。对于某些类型的病人（如心脏病），正常情况下其活动范围是很大的，可以是整个城市，甚至也会到其他的城市。如果能够通过移动IP技术使之保持一个惟一的IP，在危机时刻（如心脏病突发），警报信息能够与IP绑定在一起发出，就有助于及时为医生提供病人的一些有用信息。
3．安全性
在IP协议发展中，对安全服务的一个建议是根据不同的用户名进行身份验证并加以访问控制。同时还提出了关于一致性的强制措施，其中包括了一些方法，来防止传输过程中数据被修改以及对于传输源的欺骗和抵制重播攻击。其他的服务包括保密性（加密）、不可再现性（签名）和通过拒绝对于某些服务的攻击以实现保护。安全性在国防方面的WSN应用中非常重要。工业控制中也有可能出于商业机密保护的角度而要求一定的安全性。
4．邻居发现
IPv6的邻居发现机制，对WSN的一些需求也提供了很好的支持，如：
● 路由器发现：帮助节点来识别本地路由器。
● 参数发现：此机制在IPv6中可以帮助节点确定诸如本地链路MTU之类的信息;而在WSN中有可能帮助节点确定一些有助于选择最佳路由的参数，如：带宽、路由器的功耗等。
● 地址自动配置:用于WSN节点自动配置。
● 邻居不可达检测：邻居发现可帮助节点确定邻居（目的节点或路由器）是否可达。
除此之外还有重复地址检测、重定向等。
IPv6中的邻居发现机制通过定义特殊的ICMP报文类型来执行。在WSN应用中可以依据WSN的特点而对某些报文做一些修改。这些ICMP报文包括：
● 路由器通告——WSN应用除了需要路由器通告等一般性信息（可用性、本地MTU指标等）外，还需要通告WSN敏感信息，如能量的可用性（电池剩余可用时间）等。
● 路由器请求——WSN节点结束休眠/节点新加入时，可以请求本地路由器立即发送其路由器通告。由于WSN节点通常工作时间短而休眠时间长，所以在一定程度上，路由器可以降低其“路由器通告”报文的发送频率，而由节点主动请求，尤其是在节点数量少的应用场景下，这样的措施可以减少路由器的能量消耗。
● 重定向——路由器发送重定向报文以通知节点，对于特定目的地自己不是最佳路由器。
● 任意点播地址——正如IPv6中所述，任意点播地址表示单播地址的集合，发送给该任意点播地址的包将交付给这些地址中的任一个，发送节点并不在意由节点集合中的哪一个来响应。
5．无状态自动配置
IPv6协议支持即插即用网络连接。如果是状态自动配置，如DHCP，则需要安装和管理DHCP服务器，不够灵活。而通常WSN应用中的无线网络部分的规模较小，所以无状态自动配置更适合WSN应用。IPv6无状态自动配置过程要求节点采用如下步骤：首先，进行自动配置的节点必须确定自己的链路本地地址；然后，必须验证该链路本地地址在链路上的惟一性；最后，节点必须确定需要配置的信息。
完成自动配置的节点首先将其链路本地地址追加到链路本地前缀之后。这样只要同一链路上没有其他节点使用与之相同的EUI-64地址，该节点的IPv6地址就是可用的。
但是，在使用该地址之前，节点必须先证实起始地址在本地链路是惟一的。这在使用网络接口卡（如以太网适配器或者令牌环适配器）的Internet上没有问题，但是在WSN中，节点并没有这样的一个惟一的MAC地址，所以地址重复的情况是有可能发生的。有些嵌入式处理器/控制器配有一个惟一的序列号，这样的配置对于WSN中IPv6的地址自动配置是有益的。
尚待解决的关键问题
1．协议栈的裁减
正如前面所讲到的，由于无线传感器节点通常使用存储器容量受限的嵌入式处理器/控制器，所以对协议栈的大小也提出了严格的要求。在常用的无线协议中，ZigBee协议栈小于32KB，这相对于蓝牙协议栈的250KB而言，无疑前者是很有吸引力的。较小的协议栈规模有助于降低对嵌入式处理器/控制器的性能和存储容量的要求，从而降低成本。
IPv6最初并没有考虑嵌入式应用，所以要想在WSN中实现IPv6，就要在协议栈的裁减方面付出努力。
从OSI七层协议的角度来看，没有必要在每一个无线传感节点上都实现高层协议栈。对于与人交互的节点，如智能手持终端等，需要实现高层协议以实现友好的人机界面。而在某些情况下，这些节点的功能可以融入已有设备，如PC等，此时的协议栈就不必考虑存储容量的问题。另外，对于那些不需要与人交互的节点，如仅仅采集某种信息的终端节点，就不必实现高层协议，只要能够完成传输功能即可。
2．功耗
IPv6最初不是为了嵌入式应用或者移动应用而设计的，所以IPv6中并没有考虑功耗问题。而为了能在无线传感网络中使用，就必须降低功耗。
一个最直接的降低功耗的方法，就是像多数低功耗的无线协议那样，支持休眠模式，并采用非常低的占空比（duty-cycle，或称为忙闲度），在不需要采集和传输数据的时候转入休眠模式。
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