IPv6 无线传感器网络地址配置研究
摘要： 无线传感器网络（wireless sensor networks, WSN）节点需要配置唯一的地址标
识，才能实现有效的通信和管理。IPv6 的丰富地址资源对 WSN 具有很大的吸引力。无线传
感器网络引入 IPv6 后，可以很方便地接入其它网络。文中深入研究了 IPv6 地址自动配置方
式，提出了基于 IPv6 的无线传感器网络地址配置方案，对进一步研究具有重要意义。
关键词：IPv6；无线传感器网络；地址配置
中图分类号：TP393
1 引言
随着 Internet、电信技术的发展，采用 IPv6 技术的下一代网络已初见端倪，并将进一步
演进和发展。IPv6 具有地址资源丰富、地址自动配置、安全性高、移动性好等优点，可以
满足无线传感器网络在地址和安全方面的需求[1]。将 IPv6 引入无线传感器网络，使得 Internet
延伸到物理世界，对实现无处不在的网络具有重要意义。
在信息网络中，如果要实现各节点之间的通信，首先必须给每个节点分配一个唯一的标
识。本文对基于 IPv6 的无线传感器网络地址配置进行了深入研究。
2 IPv6 地址配置
地址配置方式
IPv6 中的地址配置主要采用自动配置方法，分为有状态自动配置协议和无状态自动配
置协议。IPv6 地址标识网络中一个节点的某个接口的连接，一个接口地址主要配置两个内
容，用于标识接口的 128 位 IPv6 地址；用于标识接口属于哪个网络的前缀长度。
有状态自动配置是通过 DHCP 服务器获取来配置地址和其他信息。服务器必须保持每
个节点的状态信息，并管理这些保存的信息。因此有状态自动配置在组网以及地址维护上都
比较复杂[2]。
无状态自动配置相对容易实现。如果使用 IEEE EUI-64 链路层地址，用户就可以确信自
己的主机 ID是唯一的。因此，节点要完成的工作就是确定自己的链路层地址并计算出EUI-64
地址，然后确定自己的 IPv6 网络地址。
无状态自动配置
无状态自动配置技术基于对主机使用的 IPv6 地址的如下结构性假设：一个主机的 IPv6
地址由前缀和接口 ID 组成[3]。
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接口 ID
接口 ID 由 48 位 MAC 地址通过 EUI-64 转换算法得到。48 位 MAC 地址符合
的规定，由网卡制造商 ID 和网卡 ID 组成。制造商 ID 称为机构唯一标识符（organizationally
unique identifier, OUI），有 24 位，网卡 ID 称为扩展唯一标识符（extension unique identifier,
EUI），也有 24 位。转换算法是在 24 位 OUI 和 24 位 EUI 之间插入 16 位比特值（十六进制
的 FFFE），如图 1 所示。
图 1 IEEE EUI-64 格式
Format of IEEE EUI-64
MAC 地址中间插入 FFFE 后，还需要把从高位开始的第 7 位管理标志位 U/L（unicast /
local）设置为 1[4]，转换过程如图 2 所示。
图 2 MAC 地址转换为 EUI-64 地址过程
Process of MAC address transforming to EUI-64 address
地址前缀
IPv6 前缀的实际作用是标识主机与路由器之间的路由，所以，一般来讲，主机需要的
这个前缀就是路由器接口的前缀。主机向 ALL-ROUTERS 组播组发送路由请求消息（Router
Solicitation, RS），其作用就是发现路由器并促使路由器发送路由器通告消息（Router
Advertisement, RA）通报前缀信息，如图 3 所示。前缀信息是作为 ICMP 选项的形式承载在
RA 报文中的，如图 4 所示。主机收到路由器接口前缀信息后，和转换的 EUI-64 接口 ID 就
组成一个主机 IPv6 地址。
图 3 前缀信息获取
Asking for the Prefix
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图 4 承载在 RA 中的前缀选项
The Prefix in Router Advertisement
重复地址检测
IPv6 配置到接口上以后，需要检测所配置的地址在链路上是否唯一。若没有通过重复
地址检测，则该地址称为临时地址。该接口会加入所有节点多播组和临时地址对应的请求节
点多播组，节点向多播组发送邻居请求消息（Neighbor Solicitation, NS），若可以收到其他站
点应答的邻居通告消息（Neighbor Advertisement, NA），则证明该 IPv6 地址已经被使用。IPv6
节点一般是在尝试一定次数（这是一个可配置参数）以后，如果没有收到相关的 NA，那么
就启用该地址。
3 基于 IPv6 无线传感器网络地址配置
IPv6 over 地址配置方式
定义了两种地址模式：IEEE EUI-64 地址和 16 位短地址。16 位短地址由
网络的发起者 Coordinator 动态分配，它的有效性和唯一性受到动态分配的限制。一旦 PAN
Coordinator 失效，对网络影响极大，因此网络部署之初要仔细权衡补救措施。 IEEE EUI-64
地址不受分配影响，但在路由及配置等方面仍存在一定问题。地址分配后，再获取前缀信息
则构成节点地址[5]。
IPv6 over 接口 ID 配置
根据 RFC[4921]， 节点的接口 ID 是基于 EUI-64 地址的。如果节点采用的
是 16 位短地址，则首先形成 48 位地址，其左边 32 bit 为：
16_bit_PAN：16_zero_bits
如果没有 PAN ID，则用 16 位 0 代替。然后再加上 16 位短地址形成 48 位地址为：
32_bits_as_specified_previously：16_bit_short_address
后续处理则与 节类似，插入 FFFE 后，还需要把从高位开始的第 7 位管理标志位
U/L（unicast / local）设置为 1。
如果节点采用的是 IEEE EUI-64 地址，则直接将其 48 位 MAC 地址进行 EUI-64 转换。
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IPv6 over 单播地址映射
IEEE 节点采用 EUI-64 地址或 16 位短地址，其单播地址分别为：
图 5 EUI-64 单播地址
EUI-64 unicast address mapping
图 6 16 位短地址单播地址
16 short address unicast address mapping
其中，类型字段：1 表示源节点链路层地址，2 表示目标节点链路层地址；
长度字段：1 表示使用的是 16 位短地址，2 使用的是 EUI-64 地址。
IPv6 over 地址配置过程
当一个节点想加入 IPv6 无线传感器网络时，首先执行接口 ID 自动配置，获得 EUI-64
地址；然后侦听路由器通告消息，或者主动发送路由器请求消息以获得路由器通告消息，如
果在路由器通告消息中包含有效的前缀信息，则节点将前缀信息与接口 ID 组合构成自身地
址标识；最后通过重复地址检测，确认节点地址的唯一性。
地址配置完成后，节点将通过向边缘路由器发送节点注册消息请求注册，如果接收到边
缘路由器回传的节点确认消息，则注册成功。如果没有本地边缘路由器，则节点将注册消息
发送到其它路由器中转，再经此路由器接收边缘路由器发送过来的节点确认消息。当节点地
址信息成功绑定到边缘路由器上后，此节点便可以与网络中其它节点进行有效通信了。
4 总结
无线传感器网络由大量传感器节点组成，每个节点拥有一个网内唯一的 ID 来表示自己
的地址，这是网络路由和数据传输的基础和前提条件。当节点数量很大时，静态设置地址的
方法是不可行的，这就需要网络具有自动分配节点地址的能力。本文简要介绍了 IPv6 地址
自动配置方式，并对基于 IPv6 的无线传感器网络节点地址配置进行了深入分析，提出了配
置方案，对进一步研究奠定基础。
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参考文献：
[1] 王相林．IPv6核心技术[M]．北京：科学出版社．2009．
[2] R. Droms． RFC3736, Stateless Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Service for IPv6[S]．2004
[3] S. Krishnan． RFC5453, Reserved IPv6 Interface Identifiers[S]．2009．
[4] R. Hinden, S. Deering．RFC3513, IP Version 6 Addressing Architecture[S]．2006.
[5] G. Montenegro, N. Kushalnagar, J. Hui, D. Culler．RFC4944, Transmission of IPv6 Packets over IEEE
Networks [S]．2007
A Study on Address Configuration of IPv6 based Wireless
Sensor Networks
YI Rong
School of Information and Electrical Engineering, China University Of Mining and Technology,
Xu Zhou, JiangVu (221008)
Abstract: It’s necessary for Wireless sensor networks (WSN) nodes to configure the unique address
identification in order to achieve effective communication and management. The rich address resources
of IPv6 are very attractive for WSN. Achieving IPv6 in WSN will make it very easy to connect with
other networks. While doing deep research with IPv6 Address Autoconfiguration, the scheme of
Address Configuration for IPv6 based wire less sensor networks is proposed, and it’s very significative
for further research.
Keyword: IPv6��Wireless Sensor Networks�� Address Configuration
作者简介：易蓉，女，1985 年生，四川彭州人，硕士研究生，主要研究方向为无线传感器
网络。
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