智能物聯網與IPv6

智能物聯網與IPv6

智能物聯網

近年來,物聯網技術和應用服務發展迅速。物聯網是互聯網服務的延伸,它使普通對象能夠支持網絡功能並形成一個物聯網。它的大小可能從幾個物體的小物聯網到數萬或數億物體的物聯網不等。

除了使用有線網絡連接之外,物聯網通常側重於無線通信網絡。從應用層面來看,物聯網應用服務隨處可見,包括環境監測、智能工廠、智能交通、智能家居、智能農業、醫療保健、智能生活等。

智能物聯網架構通常可分為傳感層、網絡傳輸層和應用服務層。傳感層是物聯網架構中最底層,指的是傳感技術和傳感組件,如溫度傳感、壓力傳感、振動傳感等。網絡傳輸層是指物體之間的通信和網絡互連技術,例如:NB-IoT、LoRa、Zigbee、Wireless LAN、Bluetooth。應用服務層是物聯網應用服務,包括信息存儲、管理和分析技術,如網頁技術、數據庫技術、大數據分析和雲計算。

物聯網無線通信技術

如果我們看看物聯網網絡傳輸層,近年來已經開發了許多用於物聯網應用的無線通信技術。,常見物聯網無線通信技術有NB-IoT、LoRa、SIGFOX、Zigbee、WiFi、Bluetooth、NFC…等。

2018年電信業者已陸續開放NB-IoT商用服務。NB-IoT(Narrow Band -Internet of Things) 是NB-CIoT和NB-LTE兩種標準的結合,是3GPP R13階段LTE的一項重要增強技術,網絡可以直接部署在現有2G/3G/4G網絡,具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優…等特點。雖然NB-IoT技術被提出的時間比較晚,但近一年在全世界發展速度非常快,其中主要關鍵是電信業者可以不必重新布建基地臺,透過在現有4G基地臺升級就可以提供NB-IoT服務,大幅降低電信業者建置服務的成本。

LoRa(Long Range)是一種低功耗廣域網(Low PowerWide Area Network,LPWAN)通訊技術,Semtech公司於2013年發佈的超長距離低功耗數據傳輸技術。過去,在LPWAN出現之前,我們似乎只能在長距離和低功耗之間做出選擇。lora無線技術的出現改變了傳輸距離和功耗之間的平衡,不僅可以實現遠程傳輸,而且具有低功耗和低成本的優點。lora的傳輸距離從15到20公里不等。低功耗特性延長了電池壽命、免許可頻帶、基礎設施和節點/終端的低成本。

SIGFOX也是一種低功率廣域網通信技術。SIGFOX臺灣地區、新加坡營運商臺灣優納比(Unabiz)於2017年獲得NCC核發“互聯網接取一般二類電信執照”,目前SIGFOX在臺灣的合作伙伴包括中興保全、Obike等50多家廠商,未來可望能發展更多物聯網應用。

除了上述三種類型的低功率廣域網之外,常見的低功率短程物聯網無線通信技術包括ZigBee、wifi、藍牙、NFC等。藍牙5.0於2016年6月發佈,許多底層優化都是針對物聯網的。

物聯網網絡地址需求

不管物聯網應用服務選擇哪種無線通信技術,最重要的是它將面臨對象設備(物聯網節點)地址不足的問題,尤其是數萬或數億對象設備。良好的尋址方案將降低網絡互連的複雜性和維護管理成本。

由於IPv4地址空間有限,因此許多尋址方案常會採用NAT(Network Address Translation)IP地址分享之解決方案。然而,NAT會破壞網絡連接,因此需要雙向數據傳輸的物聯網應用程序會出現雙向連接問題。雖然還有其他解決方案來處理NAT透明性,但是它們會增加網絡複雜性以及維護和管理成本。

IPv6是下一代互聯網協定,它被設計用來替代當前互聯網IPv4,地址長度從32位增加到128位,IPv6地址空間多達2128個地址。因此,IPv6可以直接解決物聯網面臨的地址不足的問題,保持網絡連接,並且可以以任何形式雙向連接目標設備。

結論

物聯網應用服務不斷髮展。無處不在的連接和控制是物聯網的基本要素和命題。如何有效地進行網絡傳輸,並在目標設備之間提供無縫通信鏈路,將是物聯網必須克服的挑戰。全球範圍內,移動網絡將在2016年至2021年間支持大約40億個新的移動連接設備和連接。因此,與IP v4的各種解決方案相比,IPv6仍然是發展物聯網應用的最佳解決方案。IPv6可以降低網絡互連的複雜性和成本。我相信IPv6將在未來物聯網應用的趨勢下,在新一代通信協議中發揮重要作用。


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