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IPv6如何助力物联网发展:深度解析两者关系

物联网(IoT,Internet of Things)作为互联网服务的一种延伸,近年来其技术与应用服务正快速发展。这项技术使得普通物体具备了网络功能,并形成了物体与物体之间的互联互通网络。这些网络规模不一,小的可能只有几个物体,大的则可能包含上亿个物体。
物联网技术不仅可以通过有线网络连接,更常见的是采用无线通信网络。它的应用范围广泛,涵盖了环境监控、智能工厂、智能交通智能家居、智能农业、健康医疗、智慧生活等多个领域。在这些应用中,物联网架构通常分为三个层次:感测层、网络传输层和应用服务层。
感测层位于架构的最底层,主要负责收集各种数据,如温度、压力、震动等。网络传输层则是连接物体与物体的通信网络,常见的无线通信技术包括NB-IoT、LoRaZigBee、Wireless LAN、Bluetooth等。应用服务层则提供了物联网应用服务,包括信息存储、管理与分析技术,如网页技术、数据库技术、大数据分析与云计算
在物联网的网络传输层,近年来涌现了许多针对物联网应用而发展的无线通信技术。例如,NB-IoT是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术,可以直接部署在现有的2G/3G/4G网络上,具有广覆盖、多连接、低速率、低成本低功耗和优化的架构等特点。LoRa是一种低功耗广域网通信技术,可以实现远距离传输,同时保持低功耗和低成本。SIGFOX也是一种低功耗广域网技术,已经在一些地区获得了广泛的应用。
除了以上这些低功耗广域网技术,还有Zigbee、WIFI、Bluetooth、NFC等常见的低功率短距离物联网无线通信技术。例如,Bluetooth 5.0在2016年进行了许多针对物联网的底层优化。
尽管物联网技术选择多样,但一个关键问题仍然是物体装置(物联网节点)的地址不足。面对成千上万的物体装置,如何有效地寻址成为了一个挑战。IPv4的地址空间有限,因此许多方案采用了NAT来共享ip地址。然而,NAT会破坏网络的透明性,对于需要双向传输的物联网应用来说,这会带来问题。IPv6作为一种新的互联网协议,其地址长度从32位提升到了128位,提供了几乎无限的网络地址空间,能够直接解决物联网的地址不足问题,并保持网络的透明性。
物联网应用服务不断创新,无处不在的连接和控制成为其核心特征。物体装置之间的有效网络传输和无缝通信连接是物联网必须克服的关键挑战。根据预测,从2016年至2021年,移动网络将支持约40亿个新的移动连接设备。因此,相比于IPv4的解决方案,IPv6仍是最适合物联网发展的选择,它能够降低网络互连的复杂性和成本。可以预见,在未来物联网应用的趋势中,IPv6将在新一代通信协议中发挥重要作用。

近几年,物联网IoT,Internet of Things)技术与应用服务快速发展。物联网一种互联网服务的延伸,让一般物体(Things)支持网络功能,并且形成物体与物体之互联网络,规模大小可能从数个物体之小型物联网,大到上万或上亿个物体之物联网。

IPv6如何助力物联网发展:深度解析两者关系

物联网除了可以采用有线网络联机外,一般会以无线通信网络为主,应用层面从环境监控、智能工厂、智能交通、智能家居、智能农业、健康医疗、智慧生活…等,到处都可以看到物联网应用服务。

智能物联网架构一般可以分成感测层、网络传输层、应用服务层。感测层是物联网架构中最底层,是指感测技术与感测组件,例如:温度感测、压力感测、震动感测…。等;网络传输层是指物体与物体通讯及网络互连技术,例如:NB-IoTLoRaZigbee、Wireless LAN、Bluetooth…。等无线通信技术;应用服务层是物联网应用服务,其中包含信息储存、管理与分析技术,例如:网页技术、数据库技术、大数据分析与云端运算。

物联网无线通信技术

如果以物联网网络传输层来看,近几年有许多针对物联网应用之无线通信技术被发展出来,常见物联网无线通信技术有NB-IoT、LoRa、SIGFOX、Zigbee、WiFi、Bluetooth、NFC…等。

2018年电信业者已陆续开放NB-IoT商用服务。NB-IoT(Narrow Band -Internet of Things) 是NB-CIoT和NB-LTE两种标准的结合,是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术,网络可以直接部署在现有2G/3G/4G网络,具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优…等特点。虽然NB-IoT技术被提出的时间比较晚,但近一年在全世界发展速度非常快,其中主要关键是电信业者可以不必重新布建基地台,透过在现有4G基地台升级就可以提供NB-IoT服务,大幅降低电信业者建置服务的成本。

LoRa(Long Range)是一种低功耗广域网(Low PowerWide Area Network,LPWAN)通讯技术,Semtech公司于2013年发布的超长距离低功耗数据传输技术。以往,在LPWAN产生之前,似乎只能在远距离以及低功耗两者之间做取舍。而LoRa无线技术的出现,改变了关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,不仅可以实现远距离传输,并且同时兼具低功耗、低成本的优点。LoRa的传输距离范围为15至20公里,低功耗的特性延长了电池使用寿命,免牌照的频段、基础设施以及节点/终端的低成本。

SIGFOX也是一种低功耗广域网(Low PowerWide Area network,LPWAN)通讯技术。SIGFOX***地区、新加坡营运商***优纳比(Unabiz)于2017年获得NCC核发“互联网接取一般二类电信执照”,目前SIGFOX在***的合作伙伴包括中兴保全、Obike等50多家厂商,未来可望能发展更多物联网应用。

除了以上三种低功耗广域网外,常见的低功率短距离物联网无线通信技术还有Zigbee、WiFi、Bluetooth、NFC…等,其中Bluetooth 5.0在2016年6月被宣布,更针对物联网进行许多底层优化。

物联网网络地址需求

无论物联网应用服务选择那一种无线通信技术,最重要还是将面临物体装置(物联网节点)地址不足问题,尤其面对上万个或上亿个物体装置,好的寻址方案将可以降低网络网网络互连之复杂度与维护管理成本。

由于互联网版本4(IPv4, Internet Protocol version 4)地址空间有限,因此许多寻址方案常会采用NAT(Network Address Translation)IP地址分享之解决方案。然而,NAT会破坏网络互连透通性,因此对于数据双向传输需求之物联网应用,将会产生双向互联问题。虽然目前有其他解决方案可以处理NAT透通性问题,但却会提高网络复杂度与维护管理成本。

互联网版本6 (IPv6, Internet Protocol version 6) 是下一代互联网协定,它被设计用来替代当前互联网IPv4,地址长度由32位提升至128位,IPv6地址空间多达2128个地址。因此,IPv6可以直接解决物联网面临之地址不足问题,并且保持网络互连透通性,物体装置可以进行任何形式之双向联机。

结论

对于物联网应用服务不断推陈出新,无处不在的连接和控制是物联网(IoT)的基本要素与主张,在物体装置与物体装置之间,如何有效率地进行网络传输,提供无缝的通信链接,这将是物联网必须克服的挑战。从全球来看,移动网络将在2016年至2021年期间支持约40亿个新的移动连接设备和连接。因此,对于物联网应用发展,与IPv4各种解决方案相比,IPv6仍是目前最佳的解决方案,IPv6能够降低网络互连复杂性和成本;相信未来物联网应用趋势,IPv6在新一代通讯协议中将扮演重要的角色。

责任编辑:Ct

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