物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是家庭中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，正在以驚人的速度增長。 有人估計(jì)，到 2025 年，家用設(shè)備的數(shù)量約為 300 億。換個(gè)角度來看，這是 2020 年部署的設(shè)備數(shù)量的兩倍。

無論是工業(yè)環(huán)境還是聯(lián)網(wǎng)家庭環(huán)境中的用戶，都需要這些產(chǎn)品和應(yīng)用程序?yàn)樗麄兲峁┛尚泻陀欣蓤D的服務(wù)。但是這種技術(shù)的爆炸式增長給網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)所依賴的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來了前所未有的壓力。

IP 技術(shù)，尤其是 IPv6，可以幫助實(shí)現(xiàn)這種快速增長。開發(fā)人員、制造商和 IT 專家必須使用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來確保物聯(lián)網(wǎng)的互操作性和長期可行性。

連接標(biāo)準(zhǔn)和向全 IP 的轉(zhuǎn)變

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，許多不同的連接標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出現(xiàn)并在今天使用。 Z-Wave、Zigbee 和藍(lán)牙最初都是為了使用特定的無線頻譜以及用于配對和消息傳遞的附加協(xié)議進(jìn)行高效通信。

與 Wi-Fi 不同，這些技術(shù)不是基于 IP 的，但隨著它們的成熟，它們都增加了 IP 功能。此舉有以下幾個(gè)原因：與其他網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的互操作性。最初，智能家居技術(shù)依賴于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對中心通信。與其他 IP 連接應(yīng)用程序(尤其是在云中)的直接通信變得更加必要。易于開發(fā)。 IP 技術(shù)高度標(biāo)準(zhǔn)化，并擁有龐大的開源支持社區(qū)，這為開發(fā)人員提供了更廣泛的工具來更快地構(gòu)建和部署解決方案。對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、語音和視頻的原生支持。隨著時(shí)間的推移，IP 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以處理多種應(yīng)用流量，尤其是那些適用于智能家居和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用流量。

IPv4 給物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)帶來挑戰(zhàn)

IPv4 及其支持的高層協(xié)議、TCP 和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議幾十年來一直是互聯(lián)網(wǎng)的支柱。然而，自 2015 年以來，IPv4 地址空間已經(jīng)耗盡，只有少數(shù)地址在這里和那里掙扎。今天的基于 IPv4 的家庭網(wǎng)絡(luò)依賴于與網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (NAT) 保持在一起的私有地址空間，這讓單個(gè)公共地址在私有地址空間中處理它“后面”的主機(jī)。

這給許多物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)帶來了一些挑戰(zhàn)。使用基于不同物理層技術(shù)的產(chǎn)品，智能家居內(nèi)部將有許多網(wǎng)絡(luò)——而不僅僅是一個(gè)專用局域網(wǎng)——這意味著使用多個(gè)專用地址空間并防止簡單的點(diǎn)對點(diǎn)通信。盡管有可能，但諸如 NAT 會(huì)話遍歷實(shí)用程序或依賴“始終在線”的通信通道之類的變通方法很復(fù)雜，對于僅偶爾輪詢一次信息的休眠設(shè)備或傳感器來說可能很困難。

IPv6呢?

盡管 IPv6 已經(jīng)存在了 20 年，但 IPv4 的持久力主要是通過 NAT 技術(shù)推動(dòng)的，這讓許多人猶豫是否將其批發(fā)用于他們的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。然而，IPv6 為物聯(lián)網(wǎng)提供了獨(dú)特的優(yōu)勢，它是為穿越數(shù)千個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)十億網(wǎng)絡(luò)連接的未來而設(shè)計(jì)的。

僅地址空間的龐大規(guī)模就是 IPv6 對物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。完整的 IPv6 部署完全消除了對私有地址空間的需求，允許設(shè)備和應(yīng)用程序之間輕松進(jìn)行雙向通信。由于IPv4地址空間耗盡，運(yùn)營商部署了各種過渡機(jī)制——例如6rd、使用轉(zhuǎn)換的地址和端口映射、使用封裝的地址和端口映射——在IPv6骨干網(wǎng)上運(yùn)行IPv4。

此外，IPv6 大大減少了引導(dǎo)和地址分配的網(wǎng)絡(luò)開銷。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置使節(jié)點(diǎn)無需中央管理和分配即可協(xié)商自己的網(wǎng)絡(luò)地址。這對于在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)百個(gè)設(shè)備以及頻繁進(jìn)入和停止服務(wù)的設(shè)備的任何部署來說都是一個(gè)巨大的福音。

您可以怎樣做才能在您的產(chǎn)品中獲得更可靠的 IPv6 支持?

如上所述，IPv6 得到了標(biāo)準(zhǔn)和開源社區(qū)的大力支持。然而，對使用 IPv6 的物聯(lián)網(wǎng)和智能家居產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格而全面的測試對于讓它為最終用戶工作是絕對必要的。在為您的 IoT 產(chǎn)品考慮 IPv6 時(shí)，需要檢查以下一些重要因素：

連接到云服務(wù)。您的產(chǎn)品能否連接到運(yùn)行所需的云服務(wù)并保持更新?您的 IPv6 連接在固件更新之前和之后都能正常工作嗎?引導(dǎo)。您的設(shè)備是否需要能夠同時(shí)使用 IPv4 和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)連接?它可以在重啟或睡眠模式后啟動(dòng)、接收地址和連接到服務(wù)嗎?用戶控制。最終用戶如何訪問您產(chǎn)品的 GUI(如果有)?本地接口或首次使用的應(yīng)用程序是否通過 IPv6 工作?基本的服務(wù)互操作性。您的產(chǎn)品需要的核心協(xié)議(例如 DNS 或網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)是否在 IPv6 上運(yùn)行?

通過嚴(yán)格的自動(dòng)化測試可以最好地檢查這些功能。對每個(gè)構(gòu)建和新固件進(jìn)行上述測試對于確保基本 IP 協(xié)議功能沒有退化很重要。此外，即使底層協(xié)議棧(通常從開源代碼實(shí)現(xiàn))適用于基本連接，也有很多因素會(huì)導(dǎo)致設(shè)備最終處于不良狀態(tài)。在很長一段時(shí)間內(nèi)頻繁重復(fù)這些連接測試可以隔離內(nèi)存泄漏或碎片，這些內(nèi)存泄漏或碎片將導(dǎo)致設(shè)備在沒有用戶干預(yù)的情況下鎖定或無法連接。

最終，物聯(lián)網(wǎng)的連接前景可能還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。隨著我們邁向智能產(chǎn)品成為常態(tài)，甚至成為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施一部分的世界，考慮向 IP 和 IPv6 遷移可以幫助組織在這個(gè)美麗的新世界中航行。