IPv6助力工業互聯網駛上快車道，打通工業應用中最后一公里

工業互聯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。網絡與現場級工業互聯網深度融合，期望實現互聯互通，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 才能滿足工業現場設備對海量地址空間的需求。如何實現IPv6 技術與工業網絡的融合，突破IPv6 技術與工業有線、工業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 的工業互聯網關鍵技術及標準化需求

1、IPv6關鍵技術

基于IPv6 的工業互聯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。針對基于IPv6 的工業互聯網環境中存在的安全威脅，需考慮面向工業互聯網底層設備需求，研究資源受限性環境下基于IPv6 的安全實現方法，面向數據、網絡和節點的安全策略，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境下的工業互聯網IPv6 安全機制、安全管理方法、安全分級進行規范，從而為實現可信的IPv6 地址分配、路由環境以及為工業互聯網的安全通信建立基礎，確立基于IPv6 的工業互聯網的安全模型，給出基于IPv6的工業互聯網安全策略，并劃分基于IPv6 的工業互聯網安全等級。

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互聯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地址的自動配置技術。有狀態地址自動配置技術是通過DHCPv6，即動態主機配置協議實現的，DHCPv6 系統中的DHCP 服務器、DHCP客戶端和DHCP 中繼通過UDP 協議交換消息。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，應考慮對面向工業互聯網的IPv6地址分配和管理進行規定，梳理工業領域地址資源，提出地址規劃的相關要點，實現基于IPv6 工業互聯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

隨著工業網絡的發展，越來越多的無線網絡接入到工業網絡當中。由于工業現場網絡協議眾多，系統尺度和維度各異，網絡間互聯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無線網絡地址分配和互聯互通的難題。部署和實現IPv6 工業互聯網，需考慮與傳統非IP工業無線網絡的兼容性，設計與支持工業無線網絡等網絡的集成架構，構建全面的底層物聯網到互聯網無縫融合和集成的技術體系。同時，工業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、無線設備狀態監控等應用的需求。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 技術的工業無線網絡接入架構，支持IPv6 的工業無線網絡接入要求和不支持IPv6 的工業無線網絡接入要求。

4、基于IPv6 的有線網絡接入技術

工業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，促使工業控制網絡與信息網絡無縫連接，實現企業信息系統的垂直集成。工業以太網與IP 技術的結合擁有大量前期基礎，但將工業以太網遷移到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以太網和工業無線的相應的專用信息服務適配器，實現工業以太網與基于IPv6 的全互聯網絡之間的集成。標準化方面，應考慮工業以太網過渡到IPv6 網絡的適配技術要求，包括工業以太網與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調整，軟件定義網絡(SDN) 是其中實現方式之一。對于IPv6 工業互聯網而言，由于工廠規模較大，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網絡的控制平面。通過建立基于SDN 的工業網絡數據流管理與調度機制，打破傳統網絡管理、控制分層異構的網絡架構，實現全網的統一調度與整體優化。標準化方面，應考慮工業場景下基于SDN 的聯合調度結構、流程和接口，及網絡多控制器的管理結構、跨網數據流聯合調度過程、SDN 控制器與工業現場網絡管理器之間的東西向接口等要求。

二、基于IPv6的工業互聯網標準化工作

目前，針對基于IPv6 的工業互聯網的互聯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互聯網IPv6 標準的先驅，取得了大量IPv6 核心標準和工業互聯網標準相關成果。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范等方面目前還有待進一步標準化。

結語

工業互聯網環境下IPv6 的應用部署和兩者的融合發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 在工業的廣泛應用部署，研制行業IPv6應用的技術、設備、管理等標準，爭取打通IPv6 在工業應用中的最后一公里。