IPv6助力工業(yè)互聯(lián)網駛上快車道，打通工業(yè)應用中最后一公里

工業(yè)互聯(lián)網是實現智能制造的重要使能技術，通過人機物的深度互聯(lián)和深度融合，可為智能工廠提供完備的網絡支撐。網絡與現場級工業(yè)互聯(lián)網深度融合，期望實現互聯(lián)互通，滿足靈活便捷接入需求，實現現場終端和設備的可尋址、可通信、可控制。然而IPv4 的地址早已枯竭，只有引入IPv6 才能滿足工業(yè)現場設備對海量地址空間的需求。如何實現IPv6 技術與工業(yè)網絡的融合，突破IPv6 技術與工業(yè)有線、工業(yè)無線等網絡的適配關鍵技術，解決標準化問題，打通IPv6 在工業(yè)應用中的“最后一公里”，是當前急需解決的問題。

一、基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網關鍵技術及標準化需求

1、IPv6關鍵技術

基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網實現了工廠內外網的打通，同時也帶來了新的安全風險和安全挑戰(zhàn)。針對基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網環(huán)境中存在的安全威脅，需考慮面向工業(yè)互聯(lián)網底層設備需求，研究資源受限性環(huán)境下基于IPv6 的安全實現方法，面向數據、網絡和節(jié)點的安全策略，制定密鑰管理、訪問控制、路由安全、加密校驗和IPSec 等多項安全機制，以達到數據保密性、數據完整性和數據新鮮性等安全目標。標準化方面，應考慮對資源受限性環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網IPv6 安全機制、安全管理方法、安全分級進行規(guī)范，從而為實現可信的IPv6 地址分配、路由環(huán)境以及為工業(yè)互聯(lián)網的安全通信建立基礎，確立基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網的安全模型，給出基于IPv6的工業(yè)互聯(lián)網安全策略，并劃分基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網安全等級。

2、IPv6地址分配和管理技術

IPv6 地址分配及管理體系是構成工業(yè)互聯(lián)網的關鍵性基礎資源。IPv6 地址分配和管理過程中主要使用有狀態(tài)地址的自動配置技術。有狀態(tài)地址自動配置技術是通過DHCPv6，即動態(tài)主機配置協(xié)議實現的，DHCPv6 系統(tǒng)中的DHCP 服務器、DHCP客戶端和DHCP 中繼通過UDP 協(xié)議交換消息。網絡接口從DHCP 服務器得到地址配置信息，DHCP 服務器只對廣播前綴地址廣播，客戶端收到這種廣播后再使用EUI64 算法生成全球唯一的IPv6 地址，進行自我配置。標準化方面，應考慮對面向工業(yè)互聯(lián)網的IPv6地址分配和管理進行規(guī)定，梳理工業(yè)領域地址資源，提出地址規(guī)劃的相關要點，實現基于IPv6 工業(yè)互聯(lián)網的關鍵性基礎資源有效分配和管理，以提高地址資源利用效率及網絡傳輸性能。

3、基于IPv6的無線網絡介入技術

隨著工業(yè)網絡的發(fā)展，越來越多的無線網絡接入到工業(yè)網絡當中。由于工業(yè)現場網絡協(xié)議眾多，系統(tǒng)尺度和維度各異，網絡間互聯(lián)互通難且傳輸效率低，缺乏高效的融合組網架構及靈活的配置方法，無法滿足實現制造網絡的扁平化。通過引入IPv6 技術，可有效解決異構工業(yè)無線網絡地址分配和互聯(lián)互通的難題。部署和實現IPv6 工業(yè)互聯(lián)網，需考慮與傳統(tǒng)非IP工業(yè)無線網絡的兼容性，設計與支持工業(yè)無線網絡等網絡的集成架構，構建全面的底層物聯(lián)網到互聯(lián)網無縫融合和集成的技術體系。同時，工業(yè)無線網絡也需考慮通過引入適配層等方法兼容IPv6，提升尋址技術、移動性技術等適配能力，滿足AGV機器人、遠程無線控制、無線設備狀態(tài)監(jiān)控等應用的需求。標準化方面，主要應考慮制定基于IPv6 的無線接入相關標準，定義面向IP 技術的工業(yè)無線網絡接入架構，支持IPv6 的工業(yè)無線網絡接入要求和不支持IPv6 的工業(yè)無線網絡接入要求。

4、基于IPv6 的有線網絡接入技術

工業(yè)以太網采用典型的以太網+TCP/IP 應用模式，能很自然的與信息網絡集成，促使工業(yè)控制網絡與信息網絡無縫連接，實現企業(yè)信息系統(tǒng)的垂直集成。工業(yè)以太網與IP 技術的結合擁有大量前期基礎，但將工業(yè)以太網遷移到IPv6 仍是一個漸進的過程。初始階段，在基于IPv4 的工業(yè)以太網絡中，依然會出現IPv6 孤立網絡，為了保持通信，這些IPv6 孤立網絡可通過IPv4 隧道實現連接。同時，要實現IPv6 和IPv4 網絡資源的互訪，可以利用精準時間同步技術與總線供電技術設計面向工業(yè)以太網和工業(yè)無線的相應的專用信息服務適配器，實現工業(yè)以太網與基于IPv6 的全互聯(lián)網絡之間的集成。標準化方面，應考慮工業(yè)以太網過渡到IPv6 網絡的適配技術要求，包括工業(yè)以太網與IPv6 網絡融合的網絡結構、翻譯、隧道、雙棧、時間同步、安全、IPv6 適配邏輯模型與數據流以及協(xié)議與標識等適配要求。

5、IPv6 網絡調度技術

未來的智能制造柔性生產將實現在生產域中按需靈活重構，智能設備在不同生產域間遷移和轉換，并在生產域內實現即插即用。這就需要網絡的靈活組網和調度, 實現網絡資源的可定制化和動態(tài)調整，軟件定義網絡(SDN) 是其中實現方式之一。對于IPv6 工業(yè)互聯(lián)網而言，由于工廠規(guī)模較大，必然存在著多個類型或相同或不同的網絡，這些網絡的控制器共同組成了針對工廠的整個工業(yè)網絡的控制平面。通過建立基于SDN 的工業(yè)網絡數據流管理與調度機制，打破傳統(tǒng)網絡管理、控制分層異構的網絡架構，實現全網的統(tǒng)一調度與整體優(yōu)化。標準化方面，應考慮工業(yè)場景下基于SDN 的聯(lián)合調度結構、流程和接口，及網絡多控制器的管理結構、跨網數據流聯(lián)合調度過程、SDN 控制器與工業(yè)現場網絡管理器之間的東西向接口等要求。

二、基于IPv6的工業(yè)互聯(lián)網標準化工作

目前，針對基于IPv6 的工業(yè)互聯(lián)網的互聯(lián)互通標準的研究較少，IETF、ISO/IEC JTC1、ITU-T、IEC 等國際標準化組織作為早期研究和制定工業(yè)互聯(lián)網IPv6 標準的先驅，取得了大量IPv6 核心標準和工業(yè)互聯(lián)網標準相關成果。同時，也應該看到在IPv6 安全技術、IPv6 地址分配和管理、基于IPv6 的有線網絡接入及相關測試規(guī)范等方面目前還有待進一步標準化。

結語

工業(yè)互聯(lián)網環(huán)境下IPv6 的應用部署和兩者的融合發(fā)展已經成為必然趨勢。未來，應在標準體系的支撐下，進一步推動IPv6 在工業(yè)的廣泛應用部署，研制行業(yè)IPv6應用的技術、設備、管理等標準，爭取打通IPv6 在工業(yè)應用中的最后一公里。