引言

2011年2月3日，全球互聯(lián)網數(shù)字分配機構(IANA)正 式宣布已無新的IPv4地址分配，IP地址短缺的問題已成為 業(yè)界普遍關注的焦點。在我國IPv4地址缺乏問題尤為嚴重, IPv4地址枯竭問題已經開始制約中國互聯(lián)網的發(fā)展。為了解 決地址短缺的問題，IPv6替代IPv4成為下一代互聯(lián)網協(xié)議的 國際呼聲越來越高。

目前業(yè)界已對下一代互聯(lián)網相關技術進行了一系列測試研 究，IPv6也逐步從實驗室走向現(xiàn)網應用。下一代互聯(lián)網技術 的演進和部署也為物聯(lián)網技術在人們生產生活中實現(xiàn)廣泛應 用提供了良好的網絡環(huán)境和技術支撐。在物聯(lián)網中應用IPv6 進行通信，可以有效解決泛在網需要消耗大量地址的問題, 從而促進物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展。

1 IPv6網絡演進技術及其部署

IPv6可以徹底解決傳統(tǒng)互聯(lián)網存在IP地址不足的問題, 恢復了原來因地址受限而失去的端到端連接功能，并將促進 互聯(lián)網的進一步普及與發(fā)展。同IPv4相比較.IPv6在地址容量、 安全性、網絡管理、移動性以及服務質量等方面有明顯的改進。

然而，由于IPv6和IPv4的報文格式并不兼容，因此, 如何實現(xiàn)IPv4和IPv6的的無縫結合及平滑過渡成為IPv6網 絡演進過程中的難點。目前-IPv4向IPv6演進的技術多種多樣, 如 NAT444、NAT64、NAT-PT、DS-Lite、6RD、IVI 等。

從技術本質上講，解決IPv4地址短缺，可采用兩種技 術路線, 一種是多級NAT技術，另一種是IPv6技術。通 過NAT技術進行私網IPv4地址到公網IPv4地址的轉換，雖 然可大大提高公有IPv4的利用率，但考慮到NAT技術帶來的 破壞網絡端到端透明性，網絡地址溯源實現(xiàn)復雜，增加網絡 運維成本等問題，因此從長遠來看，IPv6技術是應對IP地址 短缺的根本解決方案。

但是由于IPv6的全面部署面臨諸多困難，IPv6與IPv4 長期共存的局面將持續(xù)很長時間，因此，需要綜合考慮各方面 因素，包括成本、部署難易、業(yè)務發(fā)展、對用戶的影響、網絡 流量模型(IPv4/v6比例)、未來演進方向和IPv4地址空間等, 在網絡演進過程中尋求異構網絡共存與互通問題的最佳解決 方案，實現(xiàn)IPv4到IPv6的順利過渡。

目前，比較主流的可部署的幾種IPv6過渡技術有: NAT444、DS-Lite、Smart6、6RD、L2TP、NAT64等。

1.1初期過渡方案NAT444

NAT444是IPv6過渡初期的重要技術，由兩級NAT構 成——CPE的NAT,運營商網絡的NAT44。NAT444可以部 署在網絡核心出口或者業(yè)務控制層面，前者稱為集中式部署, 后者稱為分布式部署。運營商部署的NAT設備稱為NAT444 網關或者運營商級NAT (CGN)。

NAT444的主要思想是由運營商部署運營級NAT44設備 CGN,同時與用戶側的NAT組成兩級地址轉換，形成三塊地 址空間，即用戶側私網地址、運營商私網地址、公網地址。

其部署架構如圖1所示。

用戶使用私網 IPv4 地址，例如 10.0.0.0/8，經過用戶側 CPE 處進行 NAT 轉換，將 10.0.0.0/8 的私網 v4 地址轉換為另一私網空間的v4地址如172.16.0.0/12,經過運營商級 的NAT444網管(CGN)設備后進行第二級NAT轉換，將 172.16.0.0/12的私網v4地址轉換為公網IPv4地址，實現(xiàn)從 私網IPv4——私網IPv4——公網IPv4地址的NAT444轉換。 這樣將很大程度上提高公網IPv4地址的復用率，有效解決地 址枯竭的問題。

NAT444技術有四種部署方式，包括集中旁掛式、集中 插卡式、分布旁掛式和分布插卡式。集中式NAT444網關部 署在網絡流量的匯聚點，如城域網出口、移動分組域出口；分 布式NAT444網關部署在業(yè)務接入點，比如BRAS、PDSN等。 運營商可根據(jù)需要靈活選擇合適的部署方式。NAT444技術 現(xiàn)網部署方式如圖2所示。

NAT444方案可以提高IPv4地址的復用率，有效緩解地 址枯竭問題，而且便于部署，只需在業(yè)務控制層或者核心層 增加CGN設備即可，無需進行較大規(guī)模的設備替換。從用戶 感知度、技術成熟度和部署難易度等方面考慮，NAT444是 IPv6過渡初期比較好的方案。

1.2長期演進方案DS-Lite

NAT444雖然擁有成熟可靠、部署簡單以及節(jié)省投資等優(yōu) 勢，但從長遠來看，由于NAT技術不能從根本上解決地址短 缺的問題，而且會增加網絡結構的復雜性，NAT444并不能推 進網絡向IPv6演進，而DS-Lite則是業(yè)界公認的下一代互聯(lián) 網中后期演進方案。

DS-Lite方案的特點是在接入網部署“純IPv6”，對于 用戶的IPv4業(yè)務應用，采用隧道技術把IPv4業(yè)務放到IPv6 伺服器上，主要解決IPv4或者雙棧用戶穿越運營商IPv6網絡, 進而訪問IPv4服務的問題。

DS-Lite是輕量級雙棧方案，只需要家庭網關(B4)和 AFTR (Address Family Translation Router)設備開啟 雙棧， 其它網絡節(jié)點只需要支持IPv6即可。運營商只需為家庭網關 (B4)分配IPv6地址，終端的私網IPv4地址由家庭網關自行 分配。用戶訪問IPv6業(yè)務可通過家庭網關及IPv6城域網直接 到達；對于IPv4業(yè)務，通過家庭網關(B4)與AFTR之間建 立IPv4-in-IPv6的隧道，用戶側設備B4將IPv4流量封裝在 IPv6隧道內，在AFTR處實現(xiàn)隧道的解封裝，并將IPv4私 有地址轉化為IPv4公網地址，最終轉發(fā)至IPv4業(yè)務系統(tǒng)。通 過DS-Lite方案部署，可減輕寬帶接入服務器設備的壓力，運 營商可以通過一個IPv6承載網絡同時提供IPv4與IPv6服務。

DS-Lite現(xiàn)網部署包括如下幾種方式：

集中旁掛式DS-Lite

城域網出口路由器CR處旁掛AFTR設備，CR通過物理 端口與AFTR設備相連，CR旁掛2臺AFTR，實現(xiàn)集中旁掛 式DS-Lite的部署。部署方案如圖3 (a)所示：

集中插卡式DS-Lite

城域網出口路由器CR提供槽位，插入AFTR板卡，實 現(xiàn)集中插卡式DS-Lite的部署。每臺CR至少配置2塊AFTR 板卡，實現(xiàn)板卡之間冗余和負載分擔。部署方案如圖(b)所示:

分布旁掛式DS-Lite

在城域網BRAS/SR處旁掛AFTR設備，BRAS通過物 理端口與AFTR設備相連。每臺BRAS配置2臺AFTR，實 現(xiàn)集中插卡式DS-Lite的部署。部署方案如圖3(c)所示：

（4）分布插卡式 DS-Lite

城域網 BRAS上插入 AFTR 板卡，實現(xiàn)分布插卡式 DS-Lite 的部署。每臺 BRAS 至少配置 2 塊 AFTR 板卡，實現(xiàn)板卡之間冗余和負載分擔。部署方案如圖 3（d）所示 ：

未來，使用 IPv4 的終端以及服務會逐漸消失，運營商網絡實現(xiàn)IPv6單協(xié)議棧運行，整個IPv4向IPv6遷移的過程結束。

與 NAT444 方案相比較，DS-Lite 對于 IPv6 的演進態(tài)度更積極，更能促進 IPv6 產業(yè)鏈的發(fā)展。

2 下一代互聯(lián)網在物聯(lián)網中的應用實例

物聯(lián)網被公認為是繼計算機、互聯(lián)網與移動通信網之后的世界信息產業(yè)第三次浪潮，已經成為全世界矚目的焦點和熱點。物聯(lián)網，顧名思義就是將物體互聯(lián)的網絡，可實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互，這就意味著需要消耗大量的 IP 地址，然而現(xiàn)有的 IPv4 地址已經不能滿足物聯(lián)網時代的地址需求，IPv6 技術的演進部署為物聯(lián)網的應用提供了更加廣闊的發(fā)展前景。目前，已有許多行業(yè)的物聯(lián)網應用了下一代互聯(lián)網技術，下面介紹幾個下一代互聯(lián)網在物聯(lián)網中的應用實例。

2.1 下一代互聯(lián)網在智能農業(yè)中的應用部署

農業(yè)是最早應用下一代互聯(lián)網技術的行業(yè)之一。2009 年，湖南農科院成功部署了基于 IPv6 的溫室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，為下一代互聯(lián)網的物聯(lián)網應用提供了示范。目前，已有多個農業(yè)基地應用了下一代互聯(lián)網部署智能農業(yè)項目，如百果園、千龍湖農場、郴州煙草基地等。下面以某農業(yè)基地建設的基于 IPv6 的智能農業(yè)項目為例，介紹下一代互聯(lián)網在智能農業(yè)中的應用部署。

該項目主要包括兩部分的建設內容，大棚內無線傳感器及網絡的部署，農業(yè)監(jiān)控應用系統(tǒng)中心平臺的建設。項目系統(tǒng)架構如圖 4 所示。

該項目在大棚內新增各類支持 IPv6 的傳感器（包括空氣二氧化碳傳感器，土壤鹽分傳感器，光照度傳感器，空氣溫濕度傳感器，土壤水分傳感器，投入使用水溫、水位、水 PH值、水溶解氧傳感器等）、攝像頭，通過無線接入的方式組建傳感器網絡，每個傳感器、攝像頭擁有一個 IPv6 地址。各類傳感器將采集到的信息（溫度、濕度、光照、風速、風向、營養(yǎng)液 PH 值、營養(yǎng)液 EC 值等）上傳至智能農業(yè) IPv6 采集機，采集機上聯(lián)至智能農業(yè)監(jiān)控應用系統(tǒng)中心平臺，對大棚進行管理，如灌溉、關窗、開啟風機等操作，實現(xiàn)農業(yè)的實時監(jiān)控、實時管理。

圖 5 是下一代互聯(lián)網智慧小區(qū)網絡拓撲圖。

2.2 下一代互聯(lián)網在智慧小區(qū)中的應用部署

基于下一代互聯(lián)網的智慧小區(qū)是物聯(lián)網的一項典型應用，它將物聯(lián)網和下一代互聯(lián)網等新興技術和人們的日常生活緊密聯(lián)系起來，能為人們帶來更多便利，可以成為推廣物聯(lián)網的一個良好平臺。

下一代互聯(lián)網智慧小區(qū)技術上利用泛在網絡和相關傳感終端及探頭，應用下一代互聯(lián)網相關技術，以智慧社區(qū)云平臺為基礎，以 IPv4/IPv6 雙棧通信網絡為智能管道，將小區(qū)內各類公共智能信息應用系統(tǒng)和業(yè)主家居智能應用系統(tǒng)進行集成，將 IPv6 傳感終端獲取的信息通過云計算技術反饋到用戶的手機、PC 和電視等屏幕上，實現(xiàn)用戶在任何時間、任何地點、以任何主體、向任何對象、傳播任何信息。

下一代互聯(lián)網智能示范小區(qū)架構圖如圖 6 所示。

部署在小區(qū)內的各類智能終端、傳感器、攝像頭等設備通過智能家居網關分配的 IPv6 地址進行通信，用戶可以通過手機、電腦客戶端對設備進行訪問和操作。項目可為小區(qū)各方提供 ：物業(yè)管理系統(tǒng)、平安管家、電子相冊、周邊商家信息共享系統(tǒng)、停車管理系統(tǒng)、門禁及樓宇對講系統(tǒng)、小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)、家居智能管理系統(tǒng)、TV 電視系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、電子支付等系統(tǒng)，實現(xiàn)小區(qū)住戶、物業(yè)公司與電信業(yè)務的信息化融合。

2.3 下一代互聯(lián)網在能源智能監(jiān)控項目中的應用部署

近年能源短缺現(xiàn)象日益突出，節(jié)能降耗已經成為全社會普遍關注的熱點問題。目前我國許多工業(yè)企業(yè)管理模式粗放、工藝及設備 較 為落后，缺少能耗和能效監(jiān)測、管理工具及手段，使得單位產品的能耗過高，能源利用效率與世界先進水平相比約低 10 多個百分點。因此，開展能源智能監(jiān)控項目刻不容緩。

該項目主要通過能源消耗情況實時監(jiān)控管理平臺的建設實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測、統(tǒng)計和分析。在工業(yè)企業(yè)安裝計 量裝置，并分配 IPv6 地址，實現(xiàn)對能耗的分類、分項、分產品線精確計量。工業(yè)企業(yè)監(jiān)管部門實時采集各企業(yè)能耗數(shù)據(jù)，構建數(shù)據(jù)庫，并進行綜合分析，為節(jié)能減排管理提供依據(jù) ；相關單位加入平臺后，通過平臺，可以進行節(jié)能減排方面的資源共享，可以對單位線路和設備的運行情況進行監(jiān)測，控制終端，可以通過專業(yè)的能效管理師進行數(shù)據(jù)分析，針對企業(yè)用能不合理的情況提出適合的解決方案。項目采用自動化、信息化技術建立能源管理調度中心，實現(xiàn)從能耗數(shù)據(jù)采集——過程監(jiān)控——能源介質消耗分析——能耗管理等全過程自動化、高效化、科學化管理。

能源管理平臺系統(tǒng)架構圖如圖 7 所示。

該項目的組網架構見圖 8。

IPv6 網關部署在各大企業(yè)，為計量裝置分配 IPv6 地址。計量裝置，包括給排水采集系統(tǒng)的流量計、壓力表，智能水表；店里采集系統(tǒng)的變壓器溫控儀、電表；燃氣采集系統(tǒng)的流量計、壓力表、溫度儀等。計量裝置采集到的各類信息通過 IPv6 網絡傳輸至信息存儲平臺進行分類，并最終到達能源監(jiān)控管理

平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和報警等功能。

3 結 語

下一代互聯(lián)網意味著更大的地址空間，更好的 QoS，更高的安全性，更實時有效的通信，應用下一代互聯(lián)網技術建設物聯(lián)網是物聯(lián)網發(fā)展的必然方向。目前，物聯(lián)網應用仍處于起步階段，而下一代互聯(lián)網的演進也不是一蹴而就的，不同電信業(yè)務、不同應用場景在不同階段對 IPv6 演進方案有著不同需求，而各個行業(yè)各個領域的物聯(lián)網建設也需要進一步的研究探索?；谙乱淮ヂ?lián)網的物聯(lián)網技術發(fā)展演進之路將是一個長期的過程。

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