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來源 | 數據觀（轉載請註明來源）網絡
做者 | 陸寶華 李晉 張永紅 李學良人工智能
編輯 | 蒲蒲計算機網絡
引言設計
智慧城市已經熱炒幾年了，目前還在升溫，而且一些作國際聯網應用的大企業提出了「城市大腦」的概念。當年這些概念的提出，對於推動智慧城市建設是有意義的，但做爲城市的管理者和建設者，不能被這些概念所「忽悠」，由於目前尚未哪一個作網絡應用的企業是真的站在城市建設者和管理的角度來考慮智慧城市的建設問題，而且因爲他們「大腦」想的更可能是企業的利益，還不是哪一個具體的城市，因此，城市的建設者和管理者能夠多參考他們的想法，可是主導權仍是要放在本身的手裏，從實際出發，去規劃、設計本身的智慧城市。視頻
筆者雖然是從事網絡安全行業，可是幾年來爲了智慧城市的安全，不得不對城市和智慧城市有所理解，有一些體會和想法，供讀者參考。網絡安全
第一個問題，咱們討論智慧城市建設中，IPV6做爲傳感器地址的問題。資源
IPV6在國際上已經討論了有若干多年了，中共中央辦公廳、國務院辦公廳已於2017年印發了《推動互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》。其中的動因之一是因爲IPV6能夠爲地球上的「每一粒砂子，分配一個地址」，爲萬物互聯提供了地址基礎。部署
可是，今天筆者想給你們潑一點冷水。class
1.計算機聯網與萬物聯網的通訊地址需求
對於計算機聯網與各種「物」的聯網，其共同點是每一個聯網的節點，都須要有一個地址，對本身進行標識，以區別於其它的節點。可是，採用什麼樣的地址，與相應的通訊模式是相關的。
早期的局域網通常都採用總線制，使用的可能是802.3協議，尋址直接使用MAC地址。而對於較大的計算機聯網，特別是Internet這種國際聯網，每一個聯網節點都存在與在網上的任意節點通訊需求的可能，這樣通訊協議就必須保證任意一個節點都能尋找到其它任意不一樣的節點地址，同時也能夠被任意其它節點尋找到的可能。IP協議，正是支撐了這樣的一個需求，特別是IPV6，地址空間是128位（16個字節），真的能夠爲每一粒砂子提供一個地址。
對於「物」的聯網，是否有這樣的地址需求呢？每一個「物」是否有與在網上聯接的其它的「物」進行這種通訊呢？這是須要作一點分析的。
1.1 物聯網傳感器的基本鏈接方式
1.1.1 物的鏈接方式
「物」能鏈接到網上，要考慮幾種方式：
經過各種標識碼的讀卡器，將這個物映射到網上；
經過數字標籤RFID將所表明的「物」映射到網上；
經過大量的傳感器，將「物」的非電量轉換爲能夠被網絡識別的電量；
電氣設備的直接鏈接；
可能的其它方式。
本文僅對傳感器（不包括視頻攝像頭）的連網進行分析。
1.1.2 傳感器的基本原理
傳感器是將非電物理量轉化爲電量的一種變換器。如圖1所示：
圖1傳感器
轉換的原理實際是很簡單的，無非是將一些對某個非電物理量變化比較敏感的電子元器件接入到實際的「物」的某個比較容易檢測到的部位，當這個「物」的物理量變化時，就會引發相關敏感元器件的電阻、電容、電感，或者是其它的電學物理量發生變化，從而變成電流、電動勢、電磁場強度等等的變化。傳感器的部署從系統論的分層觀點來看，應該是智慧城市的最底層。
1.1.3 傳感器的幾種主要場景
這些傳感器變換化的電量，主要有如下的幾種應用場景：
（1）無控制的數值上傳
這種狀況就是爲測量之用，是最簡單、最直接的應用。
（2）有控制數值上傳及控制信號的產生
這種情形的應用，在工業控制體系中是比較廣泛的，傳感器不只用於測量，同時還會事先設定必定的閾值，當達到閾值規定時，會有相應的觸發，致使執行器作出相應的動做，這種控制有開環的控制，也有通過反饋造成的閉環控制。如圖2所示：
圖2控制
控制系統要向上一級控制器報送狀態數據，如執行器所執行動做的頻率，執行器所維持的狀態，傳感器上報數據的範圍，傳感器的狀態等等。
圖3傳感器的匯聚
1.1.4 多傳感器匯聚場景
在工業控制和智慧城市須要的控制項目中，可能還須要與相應的計算端進行鏈接，由計算端給出相應的計算結果，再命令相應的執行器執行各種動做。執行器多是一個也多是多個。這就是系統控制，而計算端能夠是針對一個「物」狀態的（端）計算，也能夠是針對多個「物」的邊緣的系統計算。如圖3所示。
1.2 傳感器地址
對於一個單路的傳感器的測量體系，傳感器的地址不那麼重要。可是，對於一個多路的體系來講，不管是僅用於測量，仍是用於控制，傳感器的地址都是很是重要的。若是每一個傳感器沒有區別於其它傳感器的地址，那麼就沒法確認數據是由哪一個傳感器所產生的，系統固然也沒法正常地運行。
傳感器地址必須知足如下的條件：
（1）在一個小系統內，地址空間要足夠，以保證小系統內的全部傳感器都有一個獨立的地址；
（2）地址應該足夠的短，這樣計算資源和網絡資源用於地址解析的開銷就少，特別是對於實時性要求較高的應用場景，這種對資源的節省，就會減小延時；
（3）保證傳感器是合法接入的（關於這一點，本文暫不討論）。
2.傳感器數值（數據）的通訊模式
前面說過，通訊的地址尋址方式與網絡傳輸模式是相關的，分析傳感器的傳輸需求，對於分析傳感器的尋址是重要的。
不管是哪種應用場景，傳感器是一個單向的數據上傳的部件，也就是說它的通訊僅僅是向一個方向的傳輸，固然它的數據可能會有多個系統對其進行採集，不管數據是由傳感器推送給上一級節點，仍是由上一級節點對傳感器進行詢問。數據是由傳感器產生並由傳感器做爲通訊的信源端，傳感器永遠不會成爲信宿端。
2.1 控制執行器與控制信號
在物聯網中，控制是可能存在的，一些系統須要從感知端得到數據，當數據達到某個閾值時，應該觸發控制執行器產生某些動做，使得系統處於一個良好的狀態。前面已經說過，這種控制有開環的，也有閉環的。控制，不管是開環仍是閉環，對實時性的要求通常會比較高，執行端能夠認爲是通訊的信宿端。可是，執行端並不必定僅僅是接收數據，也可能會將自身（或系統）的狀態數據做爲信源端發送給更高一級的節點，顯然控制執行端也是須要相應地址的。
須要說明的是，控制信號不一樣於數據，一個是實時要求比較高，另外一個是控制信號是不能像數據那樣重複使用的。
3.計算機網絡與傳感器網絡通訊
3.1 計算機網絡通訊
各計算機之間的通訊尋址方式是與這個網絡的複雜度有關的，對於早期的局域網來講，通訊協議多采用的是IEEE802.3總線網的協議，這個協議描述的是物理層和數據鏈路層的MAC子層的實現方法，尋址也僅僅是針對MAC地址進行尋址。而對於範圍較大的網絡來講，多是多網的結構，網與網之間是不能直接用MAC地址尋址的。這樣的複雜網絡環境，任意兩臺計算機之間的通訊，先創建會話，使得通訊信道創建後，通訊才能得以實現，因此OSI七層協議模型是很是重要的。TCP/IP協議，雖然沒有一一的對應七層協議，可是協議中的功能一點都沒少。IP層是爲了解決尋址的，IP地址必須與MAC地址相對應，而TCP/UDP是對應到傳輸層的。
一個通訊的創建必須包括五元組：源IP地址、源端口、目的地址、目的端口、4層協議號。這樣就保證了任意一臺計算機與另外任意一臺計算機之間的通訊的可靠性和惟一性。
對於複雜網絡的計算機通訊來講，這是很是必要的。
3.2 傳感器網絡通訊
在傳感網絡中，從傳感器的匯聚端，如圖3（注：匯聚端的說法，不必定準確，是指傳感器將數據傳送的最近節點）所示，仍然能夠當作是複雜的計算機網絡的通訊，可是傳感器與匯聚器之間，則不能簡單地當作是計算機網絡通訊。
(一)傳感器網絡使用IPV6地址致使的問題
對於使用IPV６做爲傳感器的識別地址就會存在如下的問題：
3.2.1 IPV６須要與MAC地址創建對應關係
對於任意一個傳感器，咱們確實須要有一個能夠識別的地址，若是沒有這樣的一個地址，就不知道數據的來源，就沒法體現這個數據的價值。可是，是否必定須要用IPV6做爲地址則是須要分析的。
至關多數的傳感器目前仍然是非數字化的傳感器，即使是已經數字化了的傳感器，是否須要一個MAC地址，而後再與IPV６創建對應關係呢？
雖然IPV6地址空間足夠大，可是隻要傳感器的匯聚端可以識別鏈接到該匯聚端上的全部傳感器就足夠了，通常這種匯聚端可鏈接的傳感器，不過是幾個，十幾個、幾十個的都是比較少見的，就算數量級很大，咱們也能夠用匯聚器級聯的方式進行擴展。咱們徹底不須要那麼大的地址空間來區別各個傳感器，況且還要在傳感器上加個網卡。
3.2.2 IPV6地址空間數據過大，致使傳感器數據報有效數據佔比太低
IPV6的地址空間是128位，對於一個五元組來講，源地址加上源端口就須要18個字節，完整五元組就須要37個字節，而一個傳感器產生的數值每每只有3到5位十進制數據，一個5位十進制數據的數值轉換成二進制，也僅僅是3個字節，用37個字節的地址大包裝箱，只裝上了3個字節的小貨物，大量的算力和帶寬都浪費在對地址的處理上，是極不合理的。一些從事物聯網應用的企業也證實了這一點，他們對每月傳輸一次的計量數據（積攢了一個月，數據量還算比較大），對於IPV4來講，數據部分僅佔了數據報三分之一。
3.2.3 傳感器的通訊模式
對於計算機網絡來講，任意兩臺計算機之間是有通訊需求的，這任意的兩臺計算機多是在不一樣的國度，也就是說有全球可達的通訊需求。這種通訊的路徑，很難說是南北向的仍是東西向的（向直接的服務端請求通訊是南北向的，而與其它的計算機節點的通訊，則均可以認爲是東西向的），而且通訊是雙向的。而對於傳感器與匯聚端的通訊來講，僅僅單向的由傳感器向匯聚端的通訊，這就說明：
（1）傳感器的數據沒有全球可達的通訊須要，若是有，徹底可能經過匯聚端進行傳輸；
（2）傳感器之間沒有通訊的需求，而且也不存在傳感器之間通訊的可能，即使有，也能夠經過匯聚端來實現；
（3）傳感器與匯聚端的通訊是定向的，不須要用五元組來肯定。
結論
用IPV6做爲傳感器的識別地址是不科學的，徹底沒有必要，甚至是有害的。
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