IPv6助力工业互联网驶上快车道，打通工业应用中最后一公里

工业互联网是实现智能制造的重要使能技术，通过人机物的深度互联和深度融合，可为智能工厂提供完备的网络支撑。网络与现场级工业互联网深度融合，期望实现互联互通，满足灵活便捷接入需求，实现现场终端和设备的可寻址、可通信、可控制。然而IPv4 的地址早已枯竭，只有引入IPv6 才能满足工业现场设备对海量地址空间的需求。如何实现IPv6 技术与工业网络的融合，突破IPv6 技术与工业有线、工业无线等网络的适配关键技术，解决标准化问题，打通IPv6 在工业应用中的“最后一公里”，是当前急需解决的问题。

一、基于IPv6 的工业互联网关键技术及标准化需求

1、IPv6关键技术

基于IPv6 的工业互联网实现了工厂内外网的打通，同时也带来了新的安全风险和安全挑战。针对基于IPv6 的工业互联网环境中存在的安全威胁，需考虑面向工业互联网底层设备需求，研究资源受限性环境下基于IPv6 的安全实现方法，面向数据、网络和节点的安全策略，制定密钥管理、访问控制、路由安全、加密校验和IPSec 等多项安全机制，以达到数据保密性、数据完整性和数据新鲜性等安全目标。标准化方面，应考虑对资源受限性环境下的工业互联网IPv6 安全机制、安全管理方法、安全分级进行规范，从而为实现可信的IPv6 地址分配、路由环境以及为工业互联网的安全通信建立基础，确立基于IPv6 的工业互联网的安全模型，给出基于IPv6的工业互联网安全策略，并划分基于IPv6 的工业互联网安全等级。

2、IPv6地址分配和管理技术

IPv6 地址分配及管理体系是构成工业互联网的关键性基础资源。IPv6 地址分配和管理过程中主要使用有状态地址的自动配置技术。有状态地址自动配置技术是通过DHCPv6，即动态主机配置协议实现的，DHCPv6 系统中的DHCP 服务器、DHCP客户端和DHCP 中继通过UDP 协议交换消息。网络接口从DHCP 服务器得到地址配置信息，DHCP 服务器只对广播前缀地址广播，客户端收到这种广播后再使用EUI64 算法生成全球唯一的IPv6 地址，进行自我配置。标准化方面，应考虑对面向工业互联网的IPv6地址分配和管理进行规定，梳理工业领域地址资源，提出地址规划的相关要点，实现基于IPv6 工业互联网的关键性基础资源有效分配和管理，以提高地址资源利用效率及网络传输性能。

3、基于IPv6的无线网络介入技术

随着工业网络的发展，越来越多的无线网络接入到工业网络当中。由于工业现场网络协议众多，系统尺度和维度各异，网络间互联互通难且传输效率低，缺乏高效的融合组网架构及灵活的配置方法，无法满足实现制造网络的扁平化。通过引入IPv6 技术，可有效解决异构工业无线网络地址分配和互联互通的难题。部署和实现IPv6 工业互联网，需考虑与传统非IP工业无线网络的兼容性，设计与支持工业无线网络等网络的集成架构，构建全面的底层物联网到互联网无缝融合和集成的技术体系。同时，工业无线网络也需考虑通过引入适配层等方法兼容IPv6，提升寻址技术、移动性技术等适配能力，满足AGV机器人、远程无线控制、无线设备状态监控等应用的需求。标准化方面，主要应考虑制定基于IPv6 的无线接入相关标准，定义面向IP 技术的工业无线网络接入架构，支持IPv6 的工业无线网络接入要求和不支持IPv6 的工业无线网络接入要求。

4、基于IPv6 的有线网络接入技术

工业以太网采用典型的以太网+TCP/IP 应用模式，能很自然的与信息网络集成，促使工业控制网络与信息网络无缝连接，实现企业信息系统的垂直集成。工业以太网与IP 技术的结合拥有大量前期基础，但将工业以太网迁移到IPv6 仍是一个渐进的过程。初始阶段，在基于IPv4 的工业以太网络中，依然会出现IPv6 孤立网络，为了保持通信，这些IPv6 孤立网络可通过IPv4 隧道实现连接。同时，要实现IPv6 和IPv4 网络资源的互访，可以利用精准时间同步技术与总线供电技术设计面向工业以太网和工业无线的相应的专用信息服务适配器，实现工业以太网与基于IPv6 的全互联网络之间的集成。标准化方面，应考虑工业以太网过渡到IPv6 网络的适配技术要求，包括工业以太网与IPv6 网络融合的网络结构、翻译、隧道、双栈、时间同步、安全、IPv6 适配逻辑模型与数据流以及协议与标识等适配要求。

5、IPv6 网络调度技术

未来的智能制造柔性生产将实现在生产域中按需灵活重构，智能设备在不同生产域间迁移和转换，并在生产域内实现即插即用。这就需要网络的灵活组网和调度, 实现网络资源的可定制化和动态调整，软件定义网络(SDN) 是其中实现方式之一。对于IPv6 工业互联网而言，由于工厂规模较大，必然存在着多个类型或相同或不同的网络，这些网络的控制器共同组成了针对工厂的整个工业网络的控制平面。通过建立基于SDN 的工业网络数据流管理与调度机制，打破传统网络管理、控制分层异构的网络架构，实现全网的统一调度与整体优化。标准化方面，应考虑工业场景下基于SDN 的联合调度结构、流程和接口，及网络多控制器的管理结构、跨网数据流联合调度过程、SDN 控制器与工业现场网络管理器之间的东西向接口等要求。

二、基于IPv6的工业互联网标准化工作

目前，针对基于IPv6 的工业互联网的互联互通标准的研究较少，IETF、ISO/IEC JTC1、ITU-T、IEC 等国际标准化组织作为早期研究和制定工业互联网IPv6 标准的先驱，取得了大量IPv6 核心标准和工业互联网标准相关成果。同时，也应该看到在IPv6 安全技术、IPv6 地址分配和管理、基于IPv6 的有线网络接入及相关测试规范等方面目前还有待进一步标准化。

结语

工业互联网环境下IPv6 的应用部署和两者的融合发展已经成为必然趋势。未来，应在标准体系的支撑下，进一步推动IPv6 在工业的广泛应用部署，研制行业IPv6应用的技术、设备、管理等标准，争取打通IPv6 在工业应用中的最后一公里。