淺談物聯(lián)網(wǎng)與新一代的互聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議IPv6
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)一詞首先由美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID中心主任愛(ài)斯頓(Kevin Ashton)所提出。而比爾蓋茲在1995年《未來(lái)之路》一書(shū)中提及物聯(lián)網(wǎng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展技術(shù)首先由人連物，具體的實(shí)作類(lèi)似透過(guò)web的技術(shù)連上硬件，如冰箱空調(diào)等等。隨著半導(dǎo)體制程以及感測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。傳感器以及運(yùn)算單元可以微縮在一個(gè)便宜又微小的裝置上，這導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)的概念慢慢地被實(shí)作在各種的領(lǐng)域上。
物聯(lián)網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)鏈接方式有人連物以及物連物。人連物可以泛指一般可連網(wǎng)的智能系統(tǒng)，如智能家電、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)等等?；旧系淖龇ǘ际峭高^(guò)計(jì)算機(jī)或是手持式裝置連接到遠(yuǎn)程的裝置。而另一種的連結(jié)方式則是物連物，其運(yùn)作原理是裝置本身的互連以及互動(dòng)。試想一個(gè)情境，在艷陽(yáng)高照的大熱天中，當(dāng)我想要進(jìn)家門(mén)時(shí)候立刻享受到舒適的空調(diào)時(shí)，有何種方式可以完成。人連物的概念就是透過(guò)手機(jī)預(yù)先遠(yuǎn)程開(kāi)啟家中的空調(diào)，一回家后就可以享有舒適的溫度。另外一種物連物的概念則是，當(dāng)車(chē)子上的GPS收到車(chē)主輸入要回家的指令時(shí)，開(kāi)始估計(jì)回家的時(shí)間，這期間車(chē)子或是GPS導(dǎo)航設(shè)備會(huì)接收其他車(chē)子所送過(guò)來(lái)的信息估算回家所需要的時(shí)間，等到適當(dāng)?shù)臅r(shí)間車(chē)子透過(guò)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)送出開(kāi)空調(diào)的訊號(hào)給家中的空調(diào)，過(guò)程中完全不需要屋主的介入，透過(guò)物連物以及感測(cè)的技術(shù)即可達(dá)成物與物的對(duì)話進(jìn)而促進(jìn)智能系統(tǒng)對(duì)萬(wàn)物進(jìn)行高效、節(jié)能、安全、環(huán)保等目標(biāo)之實(shí)現(xiàn)。
以上情境將隨著硬件、通訊以及感測(cè)技術(shù)的進(jìn)步而慢慢導(dǎo)入我們的居家生活中。然而現(xiàn)在最流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv4已經(jīng)無(wú)法滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要那些基礎(chǔ)建設(shè)的支持。
1、首先的基本需求就是要有足夠的網(wǎng)絡(luò)地址(IP Address)。目前IPv4大概可以提供約40億左右的網(wǎng)絡(luò)地址，然而目前全球人口已經(jīng)超過(guò)70億人，這代表平均一個(gè)人分不到一個(gè)IPv4 Address。雖然目前有網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT (Network Address Translation)技術(shù)可以減少I(mǎi)Pv4地址枯竭問(wèn)題，然而面對(duì)到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要大量的地址時(shí)，NAT技術(shù)就不是一個(gè)好的解決方案;
2、第二個(gè)基本需求則是需要自動(dòng)連結(jié)。試想一個(gè)智能家居可能有智能空調(diào)、冰箱、廚房等數(shù)十個(gè)可連網(wǎng)的智能設(shè)備。如果屋主需要針對(duì)每個(gè)設(shè)備設(shè)定其網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，太過(guò)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)設(shè)定將會(huì)影響使用者的使用意愿;
3、第三個(gè)基本需求則是安全。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備如果被黑客入侵，所損失的是個(gè)人機(jī)密的資料如信用卡、銀行賬號(hào)等;而對(duì)企業(yè)而言損失的則是企業(yè)的機(jī)密信息;然而在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用當(dāng)中，所有的設(shè)備都鏈接到網(wǎng)絡(luò)上，因此當(dāng)機(jī)密性、完整性或是可用性受到威脅時(shí)，所遭受到的損失將比以往更大。試想黑客入侵到智能家居時(shí)，如果開(kāi)啟如電爐等電器設(shè)備的后果，又或偷車(chē)賊也不需要冒著被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)去偷車(chē)，只要透過(guò)黑客技術(shù)駭進(jìn)可以自動(dòng)駕駛的智能汽車(chē)，就可以讓受害的汽車(chē)自動(dòng)開(kāi)到黑客指定的倉(cāng)庫(kù)。
反觀IPv6為新一代的互聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議，其特色有：
1、大量的網(wǎng)絡(luò)位置：目前一般分配給計(jì)算機(jī)的地址為IPv4地址，其地址是由 4組 8位數(shù)字 (0～255) 排列組合而成，例如210.130.1.1?？偣?的32次方個(gè)地址可用，合計(jì)4，294，967，296個(gè)，最上游之IP地址管理機(jī)構(gòu)IANA于2011年已將IPv4地址核發(fā)完畢。而IPv6總共有2的128次方個(gè)地址可以使用，也就是有340282366920938463463374607431768211456個(gè)IPv6地址可以使用。一平方公尺能有多少I(mǎi)Pv6的地址呢?以地球總面積來(lái)算算看，地球總面積約5億1仟萬(wàn)平方公里，每平方公尺將可有655570793348866943898599個(gè)IPv6地址(約有6仟5佰萬(wàn)兆個(gè))。把連網(wǎng)設(shè)備想象成沙子，就算如果鋪在地面上的每一顆沙子都有一個(gè)IPv6的地址的情況下都還夠用，那在以IPv6為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中將永遠(yuǎn)不需要擔(dān)心IPv6數(shù)量不夠的問(wèn)題。
2、即插即用：IPv6通訊協(xié)議支持自動(dòng)組態(tài)(Auto-configuration)功能，IPv6主機(jī)接上網(wǎng)絡(luò)后可自動(dòng)取得地址。這種“即插即用”的特色可以減輕網(wǎng)絡(luò)管理者及用戶設(shè)定及管理IPv6地址的負(fù)擔(dān)。若配合DNS自動(dòng)更新設(shè)定，更可立即隨插連網(wǎng)上線使用。
3、內(nèi)建個(gè)人計(jì)算機(jī)身份認(rèn)證加密功能(IPsec)：IPSec是過(guò)去為了解決IPv4的安全性問(wèn)題所產(chǎn)生的IP地址安全協(xié)議。IPv6將IPSec納入其架構(gòu)中，讓IPSec直接可以鑲嵌在IPv6的封包中，此特性將增加物聯(lián)網(wǎng)的安全性。
由以上特色可以了解IPv6為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之重要基礎(chǔ)建設(shè)的好處，除此之外IPv6也提供服務(wù)質(zhì)量保證 (Quality of Service， QoS) 機(jī)制，提供順暢、有秩序的網(wǎng)絡(luò)傳輸，能將網(wǎng)絡(luò)資源分級(jí)與分類(lèi)，借助通過(guò)的流量控管保持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捻槙?。因此要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)除了軟硬件設(shè)備的精進(jìn)外，IPv6通訊協(xié)議也是一個(gè)不可或缺的重要基礎(chǔ)建設(shè)。
隨著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的普及，IPv6的導(dǎo)入以及信息安全將會(huì)是重要的議題。而隨著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，相對(duì)應(yīng)云端應(yīng)用也將會(huì)隨之成長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用使得可以獲得的數(shù)據(jù)大為增加，而大量的數(shù)據(jù)如果需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，則有賴(lài)云端計(jì)算分布式技術(shù)的支持。因此未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、云端分析平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及資通安全技術(shù)將成為熱門(mén)的議題，在這熱門(mén)議題的背后則有賴(lài)于IPv6這重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的支持。
