IPv6技術(shù)標準化

　1 泛在網(wǎng)絡(luò )基本概念

　　Ubiquitous（無(wú)所不在）源自拉丁語(yǔ)，意為存在于任何地方。 1991年Xerox實(shí)驗室的計算機科學(xué)家 Mark Weiser首次提出“泛在計算”（Ubiquitous Computing）的概念，描述了任何人無(wú)論何時(shí)、何地都可以通過(guò)合適的終端設備與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，獲取個(gè)性化信息服務(wù)。隨著(zhù)IT技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò )將不僅僅要滿(mǎn)足人與人之間的通信需求，而且要進(jìn)一步發(fā)展到人與機器（或物體）以及機器到機器之間的通信，并朝著(zhù)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )方向演進(jìn)。在未來(lái)異構的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、車(chē)域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)等不同層次、多種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)會(huì )彼此互補、融合發(fā)展，并在微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、短距離通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能標簽技術(shù)的支撐下，最終促成“泛在信息社會(huì )的實(shí)現”。

　　泛在網(wǎng)是指基于個(gè)人和社會(huì )的需求，利用現有的和新的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務(wù)，泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )具備超強的環(huán)境感知、內容感知及智能性，為個(gè)人和社會(huì )提供泛在的、無(wú)所不含的信息服務(wù)和應用。

　　“5C+5Any”是泛在網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵特征，5C分別是：融合（Convergence），內容（Contents），計算（Computing），通信（Communication），連接（Connectivity）。5Any分別是：任何時(shí)間（Any time），任何地點(diǎn)（Anywhere），任何服務(wù)（Any Service），任何網(wǎng)絡(luò )（Any Network），任何對象（Any Object）?？傮w意思是，通過(guò)底層全連通的、可靠的、智能的網(wǎng)絡(luò )，以及融合的IT技術(shù)和通信技術(shù)，將通信服務(wù)擴展到教育、金融、智能建筑、交通/物流、健康醫療、災害管理、安全服務(wù)等行業(yè)，為人們提供更好的服務(wù)。

　　2 泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )架構

　　泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )架構可以劃分為感知 /延伸層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層組成的三層體系結構

　?。?）泛在網(wǎng)的感知延伸層通過(guò)傳感器、二維條碼、RFID標簽、多媒體信息等信息采集終端實(shí)現物理世界各類(lèi)目標的屬性、標識、狀態(tài)、類(lèi)型、數量、強度等的各類(lèi)信息獲取，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )、信息處理和中間件等技術(shù)將感知信息進(jìn)行局部或全局地交互處理聚合等操作從而形成為網(wǎng)絡(luò )層提供物理世界的感知信息。感知延伸層必須解決低功耗、低成本和小型化的問(wèn)題，并且面向更敏感、更全面的感知能力方向發(fā)展。

　?。?）泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )層包括接入網(wǎng)子層和核心網(wǎng)子層。接入網(wǎng)子層包括衛星至地面無(wú)線(xiàn)接入、有線(xiàn)寬帶接入、無(wú)線(xiàn)寬帶接入、2G/3G/超3G移動(dòng)接入等各種接入技術(shù)。核心網(wǎng)子層包括現有的電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、未來(lái)的下一代網(wǎng)絡(luò )（如NGN/NGI）以及各個(gè)行業(yè)自建的行業(yè)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。泛在網(wǎng)絡(luò )既然作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，就需要一個(gè)統一的網(wǎng)絡(luò )架構和協(xié)議基礎，目前在核心層面可以考慮與NGN/IMS融合，核心協(xié)議包括SIP和TCP/IP等，在接入層面需要考慮多種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的協(xié)同，如Wi- Fi，WAPI，2G，3G，LTE，UWB，ZigBee等。

　?。?）泛在網(wǎng)的應用層主要實(shí)現信息的處理、協(xié)同、共享、決策，包括應用支撐子層和應用服務(wù)子層。應用支撐子層向行業(yè)服務(wù)提供統一、固定的一些網(wǎng)絡(luò )支撐服務(wù)，特別是為一些行業(yè)融合服務(wù)提供支撐，以便支持不同行業(yè)之間的互通。應用服務(wù)子層包括泛在網(wǎng)公眾服務(wù)、行業(yè)專(zhuān)用服務(wù)等。業(yè)務(wù)和應用涉及海量信息的智能處理、分布式計算、中間件、信息發(fā)現等多種技術(shù)。

　　3 泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)

　　泛在網(wǎng)感知延伸層的關(guān)鍵技術(shù)包括數據采集技術(shù)、無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)以及中間件技術(shù)，同時(shí)還涉及感知延伸層與網(wǎng)絡(luò )層的互通技術(shù)。

　?。?）數據采集技術(shù)。主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數據，包括各類(lèi)物理量、標識、音頻、視頻數據，可以利用傳感器、RFID、一維碼/二維碼隨時(shí)隨地獲取物體信息，通過(guò)多媒體技術(shù)采集音、視頻信息，通過(guò)定位技術(shù)獲取物體定位信息。

　?。?）無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)傳輸技術(shù)。主要用于補充和延伸接入網(wǎng)絡(luò )，使得網(wǎng)絡(luò )能夠把各種“物”接入到網(wǎng)絡(luò )，目前，主要采用各種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，包括 IEEE802.15.4，UWB，NFC，藍牙技術(shù)等。

　?。?）組網(wǎng)技術(shù)。通過(guò)無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，將分散的節點(diǎn)在一定范圍之內自動(dòng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現各節點(diǎn)采集信息的統一處理，統一傳送，或者經(jīng)過(guò)節點(diǎn)之間的相互“聯(lián)系”，協(xié)商傳送各自的部分信息，最終實(shí)現信息可靠、高效傳送。

　?。?）信息處理技術(shù)。實(shí)現海量信息的協(xié)同處理，提供智能、精確的多元化信息服務(wù)。

　?。?）中間件技術(shù)。屏蔽底層軟（操作系統）、硬件差異，構建統一的開(kāi)發(fā)平臺，封裝通用的功能組件，為上層應用提供服務(wù)。

　?。?）與網(wǎng)絡(luò )層互通技術(shù)。感知延伸層可以采用兩種不同的技術(shù)路線(xiàn)，一種是非IP 技術(shù)，如ZigBee協(xié)議，另一種是IP技術(shù)。目前，網(wǎng)絡(luò )層主要采用IP技術(shù)組網(wǎng)，因此要實(shí)現采用非IP技術(shù)的感知延伸層與網(wǎng)絡(luò )層的互聯(lián)，必須通過(guò)網(wǎng)關(guān)設備實(shí)現協(xié)議互通。

　　4 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應用

　　4.1 泛在網(wǎng)感知延伸層IP技術(shù)路線(xiàn)

　　從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，泛在網(wǎng)感知延伸層智能終端的組網(wǎng)技術(shù)可以采用兩種不同的技術(shù)路線(xiàn)，一種是非IP技術(shù)，如ZigBee產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的ZigBee 協(xié)議；另一種是IETF和IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟倡導的將IP技術(shù)向下延伸應用到感知延伸層。顯然，采用IP技術(shù)路線(xiàn)，將有助于實(shí)現端到端的業(yè)務(wù)部署和管理，而且無(wú)需協(xié)議轉換即可實(shí)現與網(wǎng)絡(luò )層IP承載的無(wú)縫連接，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構。IP協(xié)議還具有以下特點(diǎn)適應于泛在網(wǎng)的需求，包括：

　?。?）IP協(xié)議是由 IETF標準化的開(kāi)放協(xié)議，使用它不需要交額外的授權費用。

　?。?）IP協(xié)議是輕量級的協(xié)議。IP曾經(jīng)被認為是重量級的，但是最近許多小型的輕量級IP協(xié)議棧已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)，如uIP，Arv6，NSv6，uIPv6，IwIP等，能夠滿(mǎn)足感知延伸層低功耗、低存儲容量、低運算能力智能終端的特殊需求。

　?。?）IP協(xié)議可擴展性強。如IPv6協(xié)議能夠支持巨大的地址空間，采用分層的地址結構能夠支持較大的網(wǎng)絡(luò )規模。

　?。?）IP 協(xié)議可管理性強。IP網(wǎng)絡(luò )具有一套完全成熟并被廣泛認可的管理協(xié)議和機制。

　?。?）IP協(xié)議設計的健壯性、靈活性以及協(xié)議分層的理念架構，使其能夠支持幾乎所有的應用類(lèi)型，包括遠程設備控制等低數據傳輸速率的應用，IP電話(huà)等延遲敏感的應用，以及文件下載等大量數據傳輸的應用等。

　?。?）IP 協(xié)議與底層數據鏈路層協(xié)議無(wú)關(guān)。IP技術(shù)采用了分層架構，使其能夠工作在任何物理層面上，從有線(xiàn)到Wi-Fi到低功耗無(wú)線(xiàn)電等。

　?。?）IP 網(wǎng)絡(luò )無(wú)所不在，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò )都提供有線(xiàn)或者是無(wú)線(xiàn)方式的IP接入。

　　因此，從技術(shù)層面來(lái)看，在泛在網(wǎng)感知延伸層采用IP技術(shù)路線(xiàn)將能夠更好的滿(mǎn)足泛在網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展需要。

　　4.2 IPv6技術(shù)在泛在網(wǎng)感知延伸層的應用

　　在泛在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，要實(shí)現“一物一地址，萬(wàn)物皆在線(xiàn)”，將需要大量的IP地址資源，就目前可用的IPv4地址資源量來(lái)看，遠遠無(wú)法滿(mǎn)足感知智能終端的聯(lián)網(wǎng)需求，特別是在智能家電、視頻監控、汽車(chē)通信等應用的規模普及之后，地址的需求會(huì )迅速膨脹。從目前可用的技術(shù)來(lái)看，只有IPv6能夠提供足夠的地址資源，滿(mǎn)足端到端的通信和管理需求。 IPv6協(xié)議除具有4.1節描述的IP協(xié)議通用特性之外，還具有如下特點(diǎn)：

　?。?）即插即用。IPv6引入自動(dòng)配置以及重配置技術(shù)，對于 IP地址等信息實(shí)現自動(dòng)增刪更新配置，提高IPv6的易管理性。

　?。?）安全性。IPv6集成了IPSec，用于網(wǎng)絡(luò )層的認證與加密，為用戶(hù)提供端到端安全。

　?。?）服務(wù)質(zhì)量。新增流標記域，為源宿端快速處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供可能。

　?。?）移動(dòng)性。移動(dòng)IPv6增強了終端的移動(dòng)特性，為用戶(hù)提供了永久在線(xiàn)的服務(wù)。

　　上述特性使得IPv6除滿(mǎn)足泛在網(wǎng)巨大地址空間的需求之外，也能更好地滿(mǎn)足泛在網(wǎng)智能終端的互聯(lián)需求，但是需要對協(xié)議棧進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，改進(jìn)路由機制以滿(mǎn)足低功耗、低存儲容量、低運算能力的智能節點(diǎn)以及存在損耗的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的特殊組網(wǎng)需求。

　　5 應用于泛在網(wǎng)絡(luò )感知/延伸層的IPv6技術(shù)標準化現狀

　　目前，IETF主要有6lowPAN，ROLL工作組和6lowAPP負責研究感知延伸層的IPv6應用和低功耗路由相關(guān)協(xié)議。

　?。?）6lowPAN（IPv6 over Low Power WPAN）工作組的研究重點(diǎn)為適配層、路由、包頭壓縮、分片、IPv6、網(wǎng)絡(luò )接入和網(wǎng)絡(luò )管理等技術(shù)。該工作組已完成兩個(gè)RFC：《概述、假設、問(wèn)題陳述和目標》（RFC4919）；《基于IEEE802.15.4的IPv6報文傳送》（RFC4944）。

　?。?）ROLL（Routing Over Low Power and Lossy Networks）工作組主要研究低功率損耗網(wǎng)絡(luò )的路由問(wèn)題。該工作組已完成兩個(gè)RFC：《市區低功率損耗網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的路由需求》（RFC5548）；《低功率損耗網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下工業(yè)路由需求》（RFC5673）。

　?。?）6lowAPP主要研究基于資源約束的節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )應用，如無(wú)線(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò )應用。目前，6lowAPP還不是IETF的一個(gè)工作組，在IETF75 “BarBOF”會(huì )議中明確了5個(gè)研究領(lǐng)域，包括應用協(xié)議、業(yè)務(wù)發(fā)現、傳輸、安全和數據表述。

　　成立于2008年9月的IPSO產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，也大力倡導將泛在網(wǎng)感知延伸層融合到IP技術(shù)體系中。IPSO聯(lián)盟的目標是提供給用戶(hù)更多的有關(guān)智能物體和工業(yè)領(lǐng)域以及市場(chǎng)方面的信息。該聯(lián)盟將提供案例研究和白皮書(shū)，跟蹤IETF和其它標準組織的標準，組織演示和互操作性測試等工作。IPSO開(kāi)始工作的第一個(gè)目標是，在IEEE 802.15.4標準上實(shí)現IPv6的互操作性。目前，已發(fā)布了4個(gè)相關(guān)的白皮書(shū)，包括IP技術(shù)應用于智能物體、輕量級的操作系統、 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò )標準以及鄰居發(fā)現機制。

　　6 總結

　　在未來(lái)的泛在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò )將不再是被動(dòng)地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，而是要主動(dòng)感知用戶(hù)場(chǎng)景的變化，并進(jìn)行信息交互，為用戶(hù)提供個(gè)性化的服務(wù)。根據現階段技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，未來(lái)幾年，泛在網(wǎng)將處于泛在物聯(lián)階段，即以滿(mǎn)足物物通信需求目標為主。因此，可以結合終端設備對地址的大量需求，以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構和端到端的業(yè)務(wù)管理為出發(fā)點(diǎn)，考慮在相對封閉的物聯(lián)網(wǎng)中應用IPv6技術(shù)，實(shí)現智能物體的泛在互聯(lián)，同時(shí)帶動(dòng)整個(gè)IPv6產(chǎn)業(yè)的成熟，為下一代互聯(lián)網(wǎng)大規模部署IPv6技術(shù)奠定基礎。