CN119254744A - 一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统，包括：设备注册时，先读取自身唯一标识符中的顺序号，与随机数生成器产生的字节组合生成网卡标识符及本地链路地址，触发多播邻居请求，与路由器IPv6网络地址前缀拼成设备IPv6地址，向系统注册标识符信息，设定对象完成注册；设备IPv6网络地址变化监测中，侦听ICMP6协议路由公告，遇路由器网络前缀变化，用新前缀与网卡标识符重生成并重新注册IPv6地址；系统功能方面，接收注册信息登记相关内容，远程设参，进行用户及设备管理，设备管理涵盖软件远程在线升级等多项功能；本发明能够简化地址管理、降低使用门槛与成本、增强设备管理功能、提高动态地址处理效率，克服现有技术中的不足。

Description

一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，尤其涉及一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统。

背景技术

在当今数字化时代，网络通信技术迅猛发展；随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新兴技术的不断涌现和广泛应用，网络中的设备数量呈爆炸式增长，对网络地址资源的需求也日益庞大；

IPv4作为早期广泛应用的网络协议，其地址空间面对海量设备的接入已显得捉襟见肘，地址枯竭问题严重制约了网络的进一步扩展和设备的互联需求；在此背景下，IPv6应运而生，它拥有高达2的128次方的地址空间，几乎可以为地球上的每一个设备分配一个独立地址，这使得万物互联成为了可能的愿景；

然而，IPv6的大规模应用也带来了一系列新的挑战；一方面，其冗长的地址格式给用户记忆和使用带来了极大不便，人们难以直接使用和管理这些复杂的地址；另一方面，在众多实际应用场景中，如家庭宽带网络、移动无线网络（4G/5G）等，设备获取的IPv6地址往往是动态分配的，每次设备上电或切换网络环境时，其IPv6地址可能发生变化；这就导致了在设备间通信时，难以准确找到目标设备，通信连接的稳定性和可靠性受到严重影响；

此外，现有的一些技术手段如动态域名系统（DDNS）虽然在一定程度上尝试解决动态IP地址的问题，但对于互联网上海量设备而言，其需要事先在域名服务提供商处注册域名，操作繁琐且不切实际；而且DDNS主要功能仅局限于域名与IP地址的映射，无法提供设备的其他关键信息，对于设备管理和系统运维缺乏足够的支持，难以满足日益复杂的设备联网需求；

因此，本领域亟需一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统，用以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种基于IPv6协议的设备联网方法及系统，旨在克服现有技术中的上述不足，提供一种高效、便捷且功能全面的基于IPv6协议的设备联网方法及系统。

一方面，本发明提供一种基于IPv6协议的设备联网方法，包括：

步骤一，设备注册步骤；设备读取自身唯一标识符中的顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的字节组合生成网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；设备发送多播邻居请求，若地址不唯一则重复操作直至地址唯一，随后查询路由器IPv6网络地址前缀，与网卡标识符拼成设备的IPv6地址并向系统注册设备标识符信息，随后准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址以设定通信对象，完成设备注册；

步骤二，设备IPv6网络地址变化监测步骤；设备侦听ICMP6协议的路由公告信息，当发现路由器网络前缀变化时，利用新的网络前缀与设备的网卡标识符重新生成设备的IPv6地址，并完成IPv6地址重新注册；

步骤三，系统功能步骤；系统接收设备的注册信息并登记设备相关信息，远程设置设备的相关参数，进行用户管理和设备管理，其中设备管理包括软件远程在线升级、设备统计、运行模式管理、分组管理、通信状态管理和信息查询。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法，在所述设备注册步骤中，设备读取自身唯一标识符中的顺序号的方式包括：

设备从其包含设备类型、运行模式、系统软件版本号、设备顺序号、系统软件长度、系统软件校验和、用户软件长度、用户软件校验和的24字节唯一标识符中提取4字节的设备顺序号。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法，在所述设备注册步骤中，生成网卡标识符的操作包括：

将提取的4字节设备顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法，在所述设备注册步骤中，设备发送多播邻居请求后，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，重复执行以下操作直至本地链路地址唯一：

重新读取设备顺序号，再次与随机数生成器产生的4字节组合生成新的网卡标识符及本地链路地址，随后再次发送多播邻居请求。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法，在所述设备注册步骤中，查询路由器IPv6网络地址前缀后，若该网络前缀不足64位，则在其低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法，在所述系统功能步骤中，用户管理包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息；设备管理中的设备统计包括统计设备类型和数量，设备运行模式管理用于管理设备不同的运行状态，分组管理用于对设备进行分类分组，通信状态管理用于监控设备通信的连接与传输状态，信息查询用于查询设备的各类相关信息。

另一方面，本发明提供一种基于IPv6协议的设备联网系统，包括：设备模块、系统服务器模块、用户数据服务器模块、软件模块；

所述设备模块与所述系统服务器模块、所述用户数据服务器模块以及所述软件模块通信连接，基于设备的唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属的用户数据服务器模块进行通信，实现数据传输与交互；

所述系统服务器模块具有固定IPv6地址，用于接收设备模块注册信息，包括设备标识符和IPv6地址，登记设备相关信息；通过软件模块向设备下发管理指令，实现用户管理、设备管理及设备数据存储功能，在设备模块与用户数据服务器模块通信中起桥梁作用；

所述用户数据服务器模块，用于存储用户属下设备数据，无需固定IPv6地址，基于其唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属设备模块进行通信，实现数据传输与交互；同时执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保在其IPv6地址动态变化时仍能与其属下设备正常通信；

所述软件模块运行于系统服务器上，包含接收设备标识符、IPv6地址注册功能单元，实现设备注册信息的接收与处理；具有系统管理指令下发功能，同时具备用户管理、设备管理、设备数据存贮功能，保障整个系统的正常运行和设备间的有效通信。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网系统，所述设备模块包括：

标识符读取单元，用于读取设备自身唯一标识符中的顺序号，该唯一标识符为24字节，包含设备类型1字节、运行模式1字节、系统软件版本号2字节、设备顺序号4字节、系统软件长度4字节、系统软件校验和4字节、用户软件长度4字节、用户软件校验和4字节，此单元从标识符中提取4字节的设备顺序号；

网卡标识符生成单元，其与所述标识符读取单元连接，接收提取的设备4字节顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；

地址检测与注册单元，其与所述网卡标识符生成单元连接，负责发送多播邻居请求，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，触发标识符读取单元和网卡标识符生成单元重新生成地址，直至本地链路地址唯一，之后查询路由器IPv6网络地址前缀，若不足64位则在低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址，并向系统服务器注册设备标识符信息，完成设备注册过程，同时准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址，设定通信对象；

通信单元，其与所述地址检测与注册单元连接，依据注册时设定的通信对象，与用户数据服务器进行通信，实现数据的传输，同时接收软件模块指令，执行相应操作。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网系统，所述系统服务器模块包括：

注册信息接收单元，其与设备模块连接，用于接收设备模块发送的注册信息；

信息登记单元，其与所述注册信息接收单元连接，负责登记设备的类型、模式、系统版本、顺序号以及IPv6地址信息，为设备管理和查询提供数据支持；

指令下发单元，其与所述软件模块连接，接收软件模块的指令，即设置设备所属用户数据服务器IPv6地址的指令；

用户管理单元，其负责管理用户相关信息，包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息，用于实现用户与设备的关联管理；

设备管理单元，其与所述软件模块连接，实现设备管理功能，包括设备软件远程在线升级功能子单元，用于更新设备的软件程序；设备统计功能子单元，统计设备类型和数量；设备运行模式管理功能子单元，用于管理设备不同的运行状态；分组管理功能子单元，用于对设备进行分类分组；通信状态管理功能子单元，用于监控设备通信的连接与传输状态；信息查询功能子单元，用于查询设备的各类相关信息。

根据本发明提供的一种基于IPv6协议的设备联网系统，所述用户数据服务器模块包括：

数据存储单元，用于存储用户属下设备的数据，为设备数据提供存储和管理空间；

注册单元二，其用于完成用户数据服务器的注册过程；

地址监测单元，用于持续侦听设备的IPv6网络地址变化，当发现路由器网络前缀变化时，通知设备重新生成IPv6地址并完成注册，确保设备与用户数据服务器之间的通信不受地址变化影响；

标识符读取单元二，其用于读取用户数据服务器自身唯一标识符中的顺序号；随后用户数据服务器自动生成网卡标识符；

通信接口单元，用于实现与设备模块和系统服务器模块的数据通信，接收设备模块发送的数据并传输给数据存储单元，同时接收相关指令和信息。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

1、简化地址管理；本申请通过设备顺序号实现到动态IPv6地址的映射，用户只需记住简单的设备顺序号，无需直接处理复杂冗长的IPv6地址，极大地降低了地址管理的难度，提高了设备管理效率；

相比传统方式，用户无需关心设备每次上电后动态变化的IPv6地址，设备自动完成注册和地址更新监测，使动态地址在系统层面实现了相对静态化管理，方便用户随时与设备进行通信。

2、降低使用门槛与成本；无需使用昂贵的IPv6专线，利用家庭宽带、无线等常见且成本较低的网络接入方式，即可实现设备联网，降低了用户的网络通信费用，使更多设备能够接入IPv6网络，促进了IPv6技术的普及应用；

系统自动处理设备注册和地址管理等复杂过程，减少了用户手动配置和干预的需求，降低了对用户专业知识的要求，普通用户也能轻松实现设备联网和管理。

3、增强设备管理功能；设备标识符包含丰富信息，如设备类型、运行模式、系统软件版本号等，不仅实现了顺序号到IP地址的映射，还为系统提供了更多设备相关信息，有助于更精准地进行设备管理、监控和维护；

系统服务器能够全面管理设备信息，包括远程设置设备参数、实现设备软件远程在线升级、设备统计、运行模式管理、分组管理、通信状态管理和信息查询等功能，使设备管理更加便捷、高效和智能化。

4、高效的动态地址处理；设备具备IPv6网络地址变化监测功能，能够实时跟踪网络环境变化，及时重新生成和注册新的IPv6地址，确保设备在动态网络环境下始终保持通信畅通，有效解决了动态地址变化导致的通信中断问题；

与现有动态域名系统（DDNS）相比，本申请设备自动注册，无需事先注册域名，避免了繁琐的注册流程，更适用于海量设备的联网管理场景，提高了系统的可扩展性和实用性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种基于IPv6协议的设备联网方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于IPv6协议的设备联网系统的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图。

在图3中，1、家庭宽带路由器；2、专线路由器；3、载有无线数据采集器（4G/5G）的汽车；4、PLC；5、智能网关；6、系统服务器；7、家庭宽带、无线、专线中的一种；81、用户数据服务器一；82、用户数据服务器二；9、无线网络；10、专线网络；11、家庭宽带；12、压力传感器；13、温度传感器；14、工业机器人；15、采煤机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本发明实施例提供一种基于IPv6协议的设备联网方法，请参阅图1，包括：

步骤一，设备注册步骤；设备读取自身唯一标识符中的顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的字节组合生成网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；设备发送多播邻居请求，若地址不唯一则重复操作直至地址唯一，随后查询路由器IPv6网络地址前缀，与网卡标识符拼成设备的IPv6地址并向系统注册设备标识符信息，随后准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址以设定通信对象，完成设备注册；

步骤二，设备IPv6网络地址变化监测步骤；设备侦听ICMP6协议的路由公告信息，当发现路由器网络前缀变化时，利用新的网络前缀与设备的网卡标识符重新生成设备的IPv6地址，并完成IPv6地址重新注册；

步骤三，系统功能步骤；系统接收设备的注册信息并登记设备相关信息，远程设置设备的相关参数，进行用户管理和设备管理，其中设备管理包括软件远程在线升级、设备统计、运行模式管理、分组管理、通信状态管理和信息查询。

优选的，在设备注册步骤中，设备读取自身唯一标识符中的顺序号的方式包括：

设备从其包含设备类型、运行模式、系统软件版本号、设备顺序号、系统软件长度、系统软件校验和、用户软件长度、用户软件校验和的24字节唯一标识符中提取4字节的设备顺序号。

优选的，在设备注册步骤中，生成网卡标识符的操作包括：

将提取的4字节设备顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址。

优选的，在设备注册步骤中，设备发送多播邻居请求后，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，重复执行以下操作直至本地链路地址唯一：

重新读取设备顺序号，再次与随机数生成器产生的4字节组合生成新的网卡标识符及本地链路地址，随后再次发送多播邻居请求。

优选的，在设备注册步骤中，查询路由器IPv6网络地址前缀后，若该网络前缀不足64位，则在其低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址。

优选的，在系统功能步骤中，用户管理包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息；设备管理中的设备统计包括统计设备类型和数量，设备运行模式管理用于管理设备不同的运行状态，分组管理用于对设备进行分类分组，通信状态管理用于监控设备通信的连接与传输状态，信息查询用于查询设备的各类相关信息。

需要说明的是，对于设备注册步骤而言；通过设备从自身唯一标识符中提取顺序号并与随机数生成器产生的字节组合生成网卡标识符，进而生成本地链路地址，保证了设备在初始网络环境中的初步定位和标识的唯一性；例如，在一个包含众多设备的复杂网络环境中，每个设备都能基于此获得一个唯一的本地链路地址，避免了地址冲突；

设备发送多播邻居请求并根据反馈重复操作直至地址唯一的过程，进一步确保了设备在本地网络中的地址唯一性；这就像在一个社区中，每个家庭都有一个唯一的门牌号，确保了设备在网络中的准确识别和通信的准确性；

与路由器IPv6网络地址前缀组合生成最终的IPv6地址并注册到系统，使得设备能够在整个IPv6网络中获得合法且唯一的地址，完成设备在网络中的正式注册，为后续通信奠定基础。

对于设备IPv6网络地址变化监测步骤而言；设备能够侦听ICMP6协议的路由公告信息，及时发现路由器网络前缀变化，这使得设备可以快速适应网络环境的动态变化；例如，当设备从一个无线网络切换到另一个无线网络，或者家庭宽带路由器重新分配网络前缀时，设备能迅速做出反应；

利用新的网络前缀与网卡标识符重新生成IPv6地址并重新注册，保证了设备在网络环境变化后的通信连续性；即使地址发生改变，其他设备或服务器仍能通过新的地址找到该设备，实现无缝通信，避免因地址变化导致的通信中断。

对于系统功能步骤而言；系统接收设备注册信息并登记相关信息，实现了对设备的全面管理和监控；系统可以清楚地知道网络中每个设备的类型、版本、运行状态等信息，就像一个设备管理中心，对所有接入设备了如指掌；

远程设置设备参数功能方便了管理员对设备的远程管理和配置，无需到设备现场即可调整设备设置，提高了管理效率；例如，管理员可以远程更新设备的软件参数或调整设备的运行模式；

用户管理功能通过记录用户相关信息以及设备与用户的关联关系，实现了对用户资源和设备归属的有效管理，确保了数据的安全性和隐私性，防止未经授权的访问和操作；

设备管理中的各项功能，如软件远程在线升级、设备统计、运行模式管理、分组管理、通信状态管理和信息查询等，使得设备的运维更加智能化和便捷；管理员可以及时了解设备的运行情况，对设备进行分类管理，提高设备的整体性能和可靠性，降低维护成本；例如，通过设备统计可以快速了解不同类型设备的数量和分布，便于资源规划；通信状态管理可以及时发现和解决通信故障。

实施例2：

本发明实施例提供一种基于IPv6协议的设备联网系统，请参阅图2，包括：设备模块、系统服务器模块、用户数据服务器模块、软件模块；

设备模块与系统服务器模块、用户数据服务器模块以及软件模块通信连接，基于设备的唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属的用户数据服务器模块进行通信，实现数据传输与交互；

系统服务器模块具有固定IPv6地址，用于接收设备模块注册信息，包括设备标识符和IPv6地址，登记设备相关信息；通过软件模块向设备下发管理指令，实现用户管理、设备管理及设备数据存储功能，在设备模块与用户数据服务器模块通信中起桥梁作用；

用户数据服务器模块，用于存储用户属下设备数据，无需固定IPv6地址，基于其唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属设备模块进行通信，实现数据传输与交互；同时执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保在其IPv6地址动态变化时仍能与其属下设备正常通信；

软件模块运行于系统服务器上，包含接收设备标识符、IPv6地址注册功能单元，实现设备注册信息的接收与处理；具有系统管理指令下发功能，同时具备用户管理、设备管理、设备数据存贮功能，保障整个系统的正常运行和设备间的有效通信。

优选的，设备模块包括：

标识符读取单元，用于读取设备自身唯一标识符中的顺序号，该唯一标识符为24字节，包含设备类型1字节、运行模式1字节、系统软件版本号2字节、设备顺序号4字节、系统软件长度4字节、系统软件校验和4字节、用户软件长度4字节、用户软件校验和4字节，此单元从标识符中提取4字节的设备顺序号；

网卡标识符生成单元，其与标识符读取单元连接，接收提取的设备4字节顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；

地址检测与注册单元，其与网卡标识符生成单元连接，负责发送多播邻居请求，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，触发标识符读取单元和网卡标识符生成单元重新生成地址，直至本地链路地址唯一，之后查询路由器IPv6网络地址前缀，若不足64位则在低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址，并向系统服务器注册设备标识符信息，完成设备注册过程，同时准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址，设定通信对象；

通信单元，其与地址检测与注册单元连接，依据注册时设定的通信对象，与用户数据服务器进行通信，实现数据的传输，同时接收软件模块指令，执行相应操作。

优选的，系统服务器模块包括：

注册信息接收单元，其与设备模块连接，用于接收设备模块发送的注册信息；

信息登记单元，其与注册信息接收单元连接，负责登记设备的类型、模式、系统版本、顺序号以及IPv6地址信息，为设备管理和查询提供数据支持；

指令下发单元，其与软件模块连接，接收软件模块的指令，即设置设备所属用户数据服务器IPv6地址的指令；

用户管理单元，其负责管理用户相关信息，包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息，用于实现用户与设备的关联管理；

设备管理单元，其与软件模块连接，实现设备管理功能，包括设备软件远程在线升级功能子单元，用于更新设备的软件程序；设备统计功能子单元，统计设备类型和数量；设备运行模式管理功能子单元，用于管理设备不同的运行状态；分组管理功能子单元，用于对设备进行分类分组；通信状态管理功能子单元，用于监控设备通信的连接与传输状态；信息查询功能子单元，用于查询设备的各类相关信息。

优选的，用户数据服务器模块包括：

数据存储单元，用于存储用户属下设备的数据，为设备数据提供存储和管理空间；

注册单元二，其用于完成用户数据服务器的注册过程；

地址监测单元，用于持续侦听设备的IPv6网络地址变化，当发现路由器网络前缀变化时，通知设备重新生成IPv6地址并完成注册，确保设备与用户数据服务器之间的通信不受地址变化影响；

标识符读取单元二，其用于读取用户数据服务器自身唯一标识符中的顺序号；随后用户数据服务器自动生成网卡标识符；

通信接口单元，用于实现与设备模块和系统服务器模块的数据通信，接收设备模块发送的数据并传输给数据存储单元，同时接收相关指令和信息。

需要说明的是，设备模块、系统服务器模块、用户数据服务器模块和软件模块之间的通信连接构建了一个完整且高效的设备联网体系。设备模块作为数据的产生的源头，用户数据服务器模块作为数据存储的终端，他们通过注册机制与系统服务器模块建立联系，实现了设备在网络中的识别和管理，及其数据在网上准确传输；

系统服务器模块凭借其固定的 IPv6 地址，成为整个系统的核心枢纽，有效地协调了设备模块和用户数据服务器模块之间的通信。它不仅接收和管理设备注册信息，还通过软件模块下达管理指令，确保了系统的有序运行和设备间的有效协作。用户数据服务器模块专注于存储设备数据，并通过地址监测功能保障了数据通信的稳定性，即使设备 IPv6地址动态变化，也能持续接收设备发送的数据，实现了数据的可靠存储和管理。

软件模块运行于系统服务器上，作为系统的 “大脑”，统筹管理设备注册、用户管理、设备管理和数据存储等关键功能，使整个系统具备智能化和自动化的管理能力。

实施例3：

在实施例1-2的基础上，提供基于IPv6协议的设备联网的具体实施方式，请参阅图3，本实施例包括以下主题：

一、设备标识符

每台设备拥有唯一的设备标识符，本实施例设备标识符共24字节，包含以下信息：设备类型（1字节）、运行模式（1字节）、系统软件版本号（2字节）、设备顺序号（4字节）、系统软件长度（4字节）、系统软件校验和（4字节）、用户软件长度（4字节）、用户软件校验和（4字节）；其中设备顺序号具有唯一性不重复，是生成设备IPv6地址的组成部分。设备注册信息就是设备标识符。

二、系统服务器

系统服务器具有固定IPv6地址，它是两个具有动态IPv6地址直接通信的媒介；系统接收来自设备和用户数据服务器注册信息，完成设备信息的登记，如设备的类型、模式、系统版本、顺序号、IPv6地址等；在设备完成注册后，系统服务器向设备发送所属用户数据服务器IPv6地址，使设备与其所属用户数据服务器实现端对端直连通信；远程设置设备的相关参数，如用户数据服务器IPv6地址等；用户管理，包括用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号、用户数据服务器编号等信息；设备管理，设备使用与系统约定的传输协议进行设备的软件远程在线升级；设备统计，包括设备类型、数量、统计；设备运行模式；设备分组；设备通信状态管理；设备信息查询等。

在本实施例中，在系统软件中建立3个数据表：

用户表（user_tab）（表1）

本实施例建2个用户，分别是用户名1、用户名2；

设备表（device_tab）（表2）

本实施例建5个设备：PLC，顺序号为1；智能网关，顺序号为2；无线数据采集器，顺序号为3；用户数据服务器一81，顺序号为4；用户数据服务器二82，顺序号为5；

用户-设备关联表（user_device）（表3）

本实施例建用户-设备关联表，见表3，用户1拥有PLC4、智能网关5、用户数据服务器一81；用户2拥有无线（4G/5G）数据采集设备的汽车3、用户数据服务器二82。

三、用户数据服务器

如图3所示，用户数据服务器一81、用户数据服务器二82通过家庭宽带、无线、专线中的一种连接到互联网，用户数据服务器一81按设备注册步骤在系统服务器上注册，系统软件通过注册信息获得该设备的类型为用户服务器，顺序号为4，在用户-设备关联表（表3）中查找该设备属于用户1，因为该设备的类型为用户服务器，最后把注册报文的IPv6地址写入用户表（表1）中的用户编号为1的IPv6_addr字段中；用户数据服务器二82按设备注册步骤在系统服务器上注册，系统软件通过注册信息获得该设备的类型为用户服务器，顺序号为5，在用户-设备关联表（表3）中查找该设备属于用户5，因为该设备的类型为用户服务器，最后把注册报文的IPv6地址写入用户表（表1）中的用户编号为2的IPv6_addrs字段中；用户数据服务器一81、用户数据服务器二82正常接收设备数据的同时，还执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保在其IPv6地址动态变化时仍能与其属下设备正常通信。

四、PLC设备

如图3所示，PLC4通过网线连接家庭宽带路由器1，PLC4设备上电后，按设备注册步骤在系统服务器上注册，系统软件通过注册信息获得该设备的顺序号为1，在用户-设备关联表（表3）中查找该设备属于用户1，然后在用户表（表1）中，查找到用户数据服务器IPv6地址，最后通过系统设置命令把用户数据服务器一81的IPv6地址发给PLC4，同时也把PLC4的IPv6地址发给用户数据服务器一81，随后PLC4设备将与用户数据服务器一81通信，实现具有两个动态的IPv6的设备进行直接通信；因为家庭宽带路由器每次上电，获得的网络前缀可能不同，所以，设备获得的IPv6地址是动态的。如图3所示，PLC4采集压力传感器12、温度传感器13、工业机器人14等实时数据，然后把相应的实时数据传输到用户数据服务器一81上；PLC4正常开展数据采集和控制的同时，还执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保IPv6地址变化以后，PLC4与用户数据服务器一81的正常通信不受影响。

五、智能网关设备

如图3所示，智能网关5通过网线连接专线路由器2，智能网关5上电后，按设备注册步骤在系统服务器上注册，系统软件通过注册信息获得该设备的顺序号为2，在用户-设备关联表（表3）中查找该设备属于用户1，然后在用户表（表1）中，查找到用户数据服务器一81的IPv6地址，最后通过系统设置命令把用户数据服务器一81的IPv6地址发给智能网关5，同时也把智能网关5的IPv6地址发给用户数据服务器一81，这样就建立了智能网关的顺序号与其IPv6映射，标识符注册完成后获得系统服务器发来的用户数据服务器一81的IPv6地址，随后设备将与用户服务器1通信，实现具有两个动态的IPv6的设备进行直接通信；智能网关5与采煤机15按其通信协议进行数据通信交互，然后智能网关5把采煤机15实时数据传输到用户数据服务器一81上。智能网关5正常执行数据采集和协议转换的同时，还执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保IPv6地址变化以后，智能网关5与用户数据服务器一81的正常通信不受影响。

六、载有无线（4G/5G）数据采集设备的汽车

如图3所示，载有无线数据采集器（4G/5G）的汽车3，设备按设备注册步骤通过无线4G/5G卡在系统服务器上注册，系统软件通过注册信息获得无线数据采集器（4G/5G）顺序号为3，在用户_设备关联表（表3）中查找该设备属于用户2，然后在用户表（表1）中，查找到用户数据服务器二82的IPv6地址，最后通过系统设置命令把用户数据服务器二82的IPv6地址发给无线（4G/5G）数据采集器，同时也把无线（4G/5G）数据采集器的IPv6地址发给用户数据服务器二82，随后设备将正常与用户服务器2通信，实现具有两个动态的IPv6的设备进行直接通信；无线4G/5G卡获得的网络前缀因为通信基站不同而不同，所以，设备获得的IPv6地址是动态的。无线数据采集器（4G/5G）采集的数据有：环境参数、汽车参数、GPS等信息，汽车按行驶的路线不断地把采集到的实时数据发送到用户数据服务器二82上。无线数据采集器（4G/5G）正常采集数据的同时，还执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保IPv6地址变化以后，无线数据采集器（4G/5G）与用户数据服务器二82的正常通信不受影响。

本实施例通过详细阐述设备标识符、系统服务器、用户数据服务器以及各类具体设备在基于 IPv6 协议的设备联网中的工作流程和功能实现，展示了本方法、系统在实际应用中的具体操作和优势，实现了设备的高效注册、动态地址管理、稳定通信和智能化管理，为不同类型设备在 IPv6 网络中的互联互通和数据交互提供了可靠的解决方案。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，包括：

步骤一，设备注册步骤；设备读取自身唯一标识符中的顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的字节组合生成网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；设备发送多播邻居请求，若地址不唯一则重复操作直至地址唯一，随后查询路由器IPv6网络地址前缀，与网卡标识符拼成设备的IPv6地址并向系统注册设备标识符信息，随后准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址以设定通信对象，完成设备注册；

步骤二，设备IPv6网络地址变化监测步骤；设备侦听ICMP6协议的路由公告信息，当发现路由器网络前缀变化时，利用新的网络前缀与设备的网卡标识符重新生成设备的IPv6地址，并完成IPv6地址重新注册；

步骤三，系统功能步骤；系统接收设备的注册信息并登记设备相关信息，远程设置设备的相关参数，进行用户管理和设备管理，其中设备管理包括软件远程在线升级、设备统计、运行模式管理、分组管理、通信状态管理和信息查询。

2.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，在所述设备注册步骤中，设备读取自身唯一标识符中的顺序号的方式包括：

设备从其包含设备类型、运行模式、系统软件版本号、设备顺序号、系统软件长度、系统软件校验和、用户软件长度、用户软件校验和的24字节唯一标识符中提取4字节的设备顺序号。

3.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，在所述设备注册步骤中，生成网卡标识符的操作包括：

将提取的4字节设备顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址。

4.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，在所述设备注册步骤中，设备发送多播邻居请求后，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，重复执行以下操作直至本地链路地址唯一：

重新读取设备顺序号，再次与随机数生成器产生的4字节组合生成新的网卡标识符及本地链路地址，随后再次发送多播邻居请求。

5.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，在所述设备注册步骤中，查询路由器IPv6网络地址前缀后，若该网络前缀不足64位，则在其低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址。

6.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的设备联网方法，其特征在于，在所述系统功能步骤中，用户管理包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息；设备管理中的设备统计包括统计设备类型和数量，设备运行模式管理用于管理设备不同的运行状态，分组管理用于对设备进行分类分组，通信状态管理用于监控设备通信的连接与传输状态，信息查询用于查询设备的各类相关信息。

7.一种基于IPv6协议的设备联网系统，基于上述权利要求1-6所述的设备联网方法，其特征在于，包括：设备模块、系统服务器模块、用户数据服务器模块、软件模块；

所述设备模块与所述系统服务器模块、所述用户数据服务器模块以及所述软件模块通信连接，基于设备的唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属的用户数据服务器模块进行通信，实现数据传输与交互；

所述系统服务器模块具有固定IPv6地址，用于接收设备模块注册信息，包括设备标识符和IPv6地址，登记设备相关信息；通过软件模块向设备下发管理指令，实现用户管理、设备管理及设备数据存储功能，在设备模块与用户数据服务器模块通信中起桥梁作用；

所述用户数据服务器模块，用于存储用户属下设备数据，无需固定IPv6地址，基于其唯一标识符通过设备注册步骤将顺序号映射为动态IPv6地址并注册到系统服务器模块，接收软件模块指令，与所属设备模块进行通信，实现数据传输与交互；同时执行设备IPv6网络地址变化监测功能，如有变化，及时再次注册，确保在其IPv6地址动态变化时仍能与其属下设备正常通信；

所述软件模块运行于系统服务器上，包含接收设备标识符、IPv6地址注册功能单元，实现设备注册信息的接收与处理；具有系统管理指令下发功能，同时具备用户管理、设备管理、设备数据存贮功能，保障整个系统的正常运行和设备间的有效通信。

8.根据权利要求7所述的一种基于IPv6协议的设备联网系统，其特征在于，所述设备模块包括：

标识符读取单元，用于读取设备自身唯一标识符中的顺序号，该唯一标识符为24字节，包含设备类型1字节、运行模式1字节、系统软件版本号2字节、设备顺序号4字节、系统软件长度4字节、系统软件校验和4字节、用户软件长度4字节、用户软件校验和4字节，此单元从标识符中提取4字节的设备顺序号；

网卡标识符生成单元，其与所述标识符读取单元连接，接收提取的设备4字节顺序号，将该顺序号与随机数生成器产生的4字节组合，形成64位的网卡标识符，进而生成设备本地链路地址；

地址检测与注册单元，其与所述网卡标识符生成单元连接，负责发送多播邻居请求，若接收到邻居公告则判定地址不唯一，触发标识符读取单元和网卡标识符生成单元重新生成地址，直至本地链路地址唯一，之后查询路由器IPv6网络地址前缀，若不足64位则在低位补0形成64位网络前缀地址，再与设备的64位网卡标识符拼成设备的IPv6地址，并向系统服务器注册设备标识符信息，完成设备注册过程，同时准备接收系统服务器发送的用户数据服务器IPv6地址，设定通信对象；

通信单元，其与所述地址检测与注册单元连接，依据注册时设定的通信对象，与用户数据服务器进行通信，实现数据的传输，同时接收软件模块指令，执行相应操作。

9.根据权利要求7所述的一种基于IPv6协议的设备联网系统，其特征在于，所述系统服务器模块包括：

注册信息接收单元，其与设备模块连接，用于接收设备模块发送的注册信息；

信息登记单元，其与所述注册信息接收单元连接，负责登记设备的类型、模式、系统版本、顺序号以及IPv6地址信息，为设备管理和查询提供数据支持；

指令下发单元，其与所述软件模块连接，接收软件模块的指令，即设置设备所属用户数据服务器IPv6地址的指令；

用户管理单元，其负责管理用户相关信息，包括记录用户编号、名称、联系人、电话、地址、设备编号以及用户数据服务器编号信息，用于实现用户与设备的关联管理；

设备管理单元，其与所述软件模块连接，实现设备管理功能，包括设备软件远程在线升级功能子单元，用于更新设备的软件程序；设备统计功能子单元，统计设备类型和数量；设备运行模式管理功能子单元，用于管理设备不同的运行状态；分组管理功能子单元，用于对设备进行分类分组；通信状态管理功能子单元，用于监控设备通信的连接与传输状态；信息查询功能子单元，用于查询设备的各类相关信息。

10.根据权利要求7所述的一种基于IPv6协议的设备联网系统，其特征在于，所述用户数据服务器模块包括：

数据存储单元，用于存储用户属下设备的数据，为设备数据提供存储和管理空间；

注册单元二，其用于完成用户数据服务器的注册过程；

地址监测单元，用于持续侦听设备的IPv6网络地址变化，当发现路由器网络前缀变化时，通知设备重新生成IPv6地址并完成注册，确保设备与用户数据服务器之间的通信不受地址变化影响；

标识符读取单元二，其用于读取用户数据服务器自身唯一标识符中的顺序号；随后用户数据服务器自动生成网卡标识符；

通信接口单元，用于实现与设备模块和系统服务器模块的数据通信，接收设备模块发送的数据并传输给数据存储单元，同时接收相关指令和信息。