物联网(Internet of Things)的概念最初在1999年由美国麻省理工学院的Auto-ID实验室提出,其构想是通过RFID与无线传感器网络的结合来构建一个追踪货物的全球系统。Internet of Things这个思路最初是非常具体的,但是其概念本身给人以很大的遐想空间,并且随着集成电路技术、无线传感器网络技术的飞速发展,这个幼小的思想得到了越来越广泛的关注,并且被各方赋予了新的内涵和外延。2005年,国际电信联盟(ITU)在其年度报告中对物联网的概念、技术、市场、挑战和未来构想方面进行了阐述。与此同时,互联网的诞生地IETF自2006年开始也从技术层面展开了对物联网的研究,制定了网络层的相关技术标准。2010年3月,IRTF主席Aaron Falk在第77次会议上发起了IoT的兴趣小组,计划从研究层面推进相关工作。
IETF成立了3个工作组来进行低功耗IPv6网络方面的研究。6LowPan(IPv6 over Low-power and Lossy Networks)工作组主要讨论如何把IPv6协议适配到IEEE 802.15.4 MAC层和PHY层协议栈上的工作。RoLL(Routing Over Low Power and Lossy Networks)主要讨论低功耗网络中的路由协议,制订了各个场景的路由需求以及传感器网络的RPL(Routing Protocol for LLN)路由协议。CoRE(Constrained Restful Environment)工作组由6LowApp兴趣小组发展而来,主要讨论资源受限网络环境下的信息读取操控问题,旨在制订轻量级的应用层协议(Constrained Application Protocol,CoAP)。
Zigbee最初是不支持IP协议的,目前Zigbee已经正式发布的应用规范都没有对IP协议的支持。但是随着IETF,IPSO相关工作的推进,以及Zigbee内部成员单位的推动,Zigbee的智能电力Smart Energy 2.0应用已经开始全面支持IP协议。同时,Zigbee内部成立了IP-stack工作组,专门制定IPv6协议在Zigbee规范中的应用方法。Zigbee Smart Energy2.0应用也将采用IETF 6LowPan制订的适配层,要求IEEE 802.15.4设备的网络中使用这种轻载的IPv6协议栈,同时把对6LowPan的支持作为一种必选。在应用层,新的规范也支持轻量级的COAP协议。Zigbee IP-stack工作组的工作范围可以从图3显示出来。
图3 Zigbee IP Stack工作组的工作范畴
适配层(Adaption Layer)提供报头压缩和解压缩功能,IP报文分片重组的能力;网络层提供IPv6地址配置、ICMPv6协议、邻居发现、路由、安全接入的能力;传输层要求提供多路数据流服务,进行拥塞控制和流量控制;在基础设施服务层,Zigbee IP Stack工作组正在制订EAP认证,TLS,端到端安全的相关架构和技术规范。
3.3 ISA-100
ISA(International Society of Automation)是无线传输在工控领域的产业联盟,ISA专门成立了一个由终端用户和技术提供者组成的ISA-100委员会,该委员会的主要任务是制定标准、推荐操作规程、起草技术报告等,用以定义工业环境下的无线系统相关规程和实现技术。ISA-100.11a工作组主要由10个子工作组组成:系统工作组、汇集工作组、PHY/MAC层工作组、安全工作组、网络/传输层工作组、网络管理工作组、评估工作组、应用层工作组、编辑工作组合网关工作组。其中,在网络/传输层上,ISA-100.11a组织也要求支持RFC4944的网络层协议栈,支持6LowPan,IPv6协议和TCP/UDP。