引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的不斷發(fā)展，以及移 動終端設備、網(wǎng)絡設備數(shù)量的不斷增加，基于IP協(xié)議的設備 對IP地址有極大的需求，而如今所用的IPv4地址已經(jīng)分配 完畢，無法應對人們對IP地址的更多需求。同IPv4相比較， IPv6有巨大的地址容量，更好的安全性和高效的路由報表， 另外在移動性、網(wǎng)絡管理以及服務質量等方面都有明顯改進， 并且已經(jīng)在主流設備中獲得廣泛支持。因此，IPv6替代IPv4 成為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)是大勢所趨，迫在眉睫。

IPv6協(xié)議作為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，已經(jīng)受到我國相關 部門和企業(yè)的重點關注。2012年，工信部頒布了關于《基于 IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)體系架構》的通信行業(yè)標準，該標準結 合我國運營商網(wǎng)絡的具體情況制定，規(guī)定了基于IPv6的下一 代互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)架構及總體技術要求。根據(jù)國家發(fā)改委等七部 委聯(lián)合發(fā)布的《關于下一代互聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展建設的意見》， 將我國下一代互聯(lián)網(wǎng)分階段部署，大大促進了 CNGI在我國的 發(fā)展與普及。目前，國內(nèi)運營商已經(jīng)著手架設IPv6網(wǎng)絡，并 且提供基于IPv6的各類增值業(yè)務和接入服務。

1智能農(nóng)業(yè)發(fā)展背景

目前，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具 備了一定的技術、產(chǎn)業(yè)和應用基礎，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。 物聯(lián)網(wǎng)應用已逐步遍及各個領域，如智能家居、智能交通、 智能農(nóng)業(yè)、智慧城市等，其中智能農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用中十分重 要的組成部分。

本文介紹的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是在農(nóng)業(yè)領域推出的遠程環(huán)境 檢測系統(tǒng)，它通過實時采集溫室內(nèi)溫度、土壤溫濕度、CO,濃度、 濕度信號以及光照、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關閉指定設備。通過布放監(jiān)控設備實時采集視頻信號, 用戶可以通過計算機或者手機，隨時查看農(nóng)場現(xiàn)狀并對其進 行處理。實時采集的數(shù)據(jù)對環(huán)境進行自動控制和智能化管理 提供科學依據(jù)。隨著當今互聯(lián)網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的蓬勃發(fā)展， 為實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)提供了可能。

2 IPv6網(wǎng)絡在智能農(nóng)業(yè)中的應用實踐

2.1 IPv6在智能農(nóng)業(yè)應用中的主要意義

本文以某地市建設的智能農(nóng)業(yè)項目為例，介紹IPv6技術 在智能農(nóng)業(yè)中的應用。該項目是將各種類型的傳感器覆蓋到該 農(nóng)場的種植范圍區(qū)域內(nèi)，然后將其在各個生產(chǎn)大棚內(nèi)進行部 署，通過省中心平臺實現(xiàn)在同一平臺上對多個大棚的數(shù)據(jù)和設 備進行分析及控制。各種傳感器的數(shù)據(jù)通過大棚數(shù)據(jù)采集機, 經(jīng)上聯(lián)的BRAS和SR上行至省中心平臺服務器。

在現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)匯聚和與服務器遠程通信的過程中, IPv6技術的應用為拓展設備應用部署數(shù)量和空間提出了新的 思路和解決辦法，能應對IPv4地址不足的瓶頸。該思路主要 表現(xiàn)在以下三個方面：

IPv6網(wǎng)絡具有足夠的地址量，能確保任意通信終端 都能擁有公有IP地址，能更開的開展和支持多樣化業(yè)務。該 農(nóng)場在業(yè)務終端應用IPv6網(wǎng)關設備，可對現(xiàn)場的傳感采集設 備和控制器設備進行IPv6格式地址惟一性標識，以區(qū)分現(xiàn)場 設備所屬的使用單位、安裝位置、設備類型。

移動IPv6技術的應用使網(wǎng)絡終端具有移動性，給用 戶帶來了極大的方便。智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)用戶可以通過智能手機、 PDA、PC等終端，實時采集的數(shù)據(jù)，隨時隨地高效、精準地 控制相應的農(nóng)業(yè)設施，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。對實時業(yè)務而言, 傳輸時延是一個極其重要的參數(shù)，在這方面，IPv4很難處理, IPv6的解決辦法則有可取之處。

IPsec作為是IPv6必備的安全機制，對網(wǎng)絡安全有

很好的保障。IPsec在IP層提供安全服務，使用IPsec協(xié)議能 對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，確保業(yè)務應用層數(shù)據(jù)的安全通信。對 于IPv4來說，IPsec安全協(xié)議只是可選字段，但是對于IPv6 來說，IPsec是必選字段，這樣大大增強了網(wǎng)絡的安全性。

在IPv4-IPv6的不斷演進的進程中，IPv6協(xié)議提供了一 個全新的網(wǎng)絡平臺，通過對IPv6地址逐級細分規(guī)劃和網(wǎng)絡設 備IPv6地址協(xié)議配置的不斷更新，它讓各種多樣化的終端更方 便的接入IP網(wǎng)，并且相比IPv4在終端的移動性和安全性有了很 大改進，最終將為物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用推廣帶來突破性飛躍。

2.2 IPv6組網(wǎng)方式

2.2.1 IPv4向IPv6的過渡技術

雖然IPv6技術能徹底解決IP地址枯竭的問題，但是由 于IPv4已經(jīng)得到大量的應用，并且IPv6協(xié)議不能兼容IPv4 協(xié)議，IPv6網(wǎng)絡對于IPv4網(wǎng)絡不可能是簡單的替換，因而需 要實現(xiàn)IPv4/IPv6長期共存過程中的平穩(wěn)過渡。在該智能農(nóng)業(yè) 系統(tǒng)建設的過程中，需要根據(jù)實際應用場景選擇合適的IPv4/ IPv6過渡技術，進行混合組網(wǎng)技術方案的設計實施。如何實 現(xiàn)IPv4和IPv6的的無縫結合及平滑過渡成為下一代互聯(lián)網(wǎng)演 進過程中的難點，各種過渡技術應運而生。

NAT444

NAT444是IPv6過渡時期的重要技術，NAT444就是二 級NAT，CPE 一級的NAT44地址轉化(私網(wǎng)IPv4」——私網(wǎng) IPv4_2),網(wǎng)絡設備(例如BRAS) 一級NAT44地址轉化(私 網(wǎng)IPv4_2——公網(wǎng)IPv4),共二級NAT地址轉化。NAT444 雖然擁有成熟可靠、部署簡單以及節(jié)省投資等優(yōu)勢，但從長 遠來看，由于NAT技術不能從根本上解決地址短缺的問題, 而且會增加網(wǎng)絡結構的復雜性，NAT444并不能推進網(wǎng)絡向 IPv6的演進，因此是初期過渡方案。

公網(wǎng)雙棧

這是升級的BRAS設備，設備支持IPv4、IPv6雙棧，用 戶側無須進行改造。BRAS設備為用戶分配公網(wǎng)IPv4地址和 IPv6地址。用戶訪問IPv4應用時，采用BRAS分配的公網(wǎng) IPv4地址實現(xiàn)訪問。用戶訪問IPv6應用時，采用BRAS分配 的IPv6地址實現(xiàn)訪問。

輕型雙棧(DS-Lite)

輕型雙?？赏ㄟ^IPv6隧道承載IPv4流量，要求終端、 網(wǎng)絡、認證等各個環(huán)境必須IPv6就緒，有效促進IPv6推廣 和部署。相對于常規(guī)雙棧，DS-Lite在BRAS和家庭網(wǎng)關之間 只需啟用IPv6協(xié)議，分配IPv6地址，終端的IPv4地址由家 庭網(wǎng)關自行分配。訪問IPv4業(yè)務的流量在家庭網(wǎng)關出口封裝 到IPv6隧道中傳輸，在局端通過DS-Lite網(wǎng)關設備解封裝， 并對私有地址進行NAT。訪問IPv6業(yè)務的流量在網(wǎng)絡中直 接轉發(fā)。運營商的BRAS無需為終端用戶規(guī)劃、部署和分配 IPv4地址，因此稱為輕型雙棧。

2.2.2 IPv4/IPv6混合組網(wǎng)實例及演進方案

該地市新建的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)通新增視頻監(jiān)控設備及各類 傳感器，組建傳感器網(wǎng)絡，并通過無線接入的方式，由3G路 由器上傳至智能農(nóng)業(yè)采集機，采集機通過承載網(wǎng)絡上聯(lián)至智 能系統(tǒng)農(nóng)業(yè)省中心平臺的應用系統(tǒng)，進行相關管理。

該智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用部署IPv4 /IPv6的混合組網(wǎng)的應用 解決方案。該方案主要從以下兩個技術方面實現(xiàn)：

IPv6傳感器網(wǎng)絡業(yè)務終端

在IPv6傳感器網(wǎng)絡業(yè)務終端各類傳感器采集的數(shù)據(jù)通過 ZigBee無線傳輸模式上傳，ZigBee發(fā)送模塊將傳感器的采集 數(shù)據(jù)傳送到ZigBee邊緣網(wǎng)關，ZigBee網(wǎng)關把數(shù)據(jù)傳給IPv6 網(wǎng)關適配。IPv6邊緣網(wǎng)關將所有的底層設備進行IPv6地址適 配并進行協(xié)議棧適配，在IPv6網(wǎng)關上，配置了 IPv6/IPv4雙 棧協(xié)議，網(wǎng)關可以通過IPv6鏈路與平臺IPv6服務器通信，也 可以通過IPv4鏈路與平臺IPv4服務器通信。

承載網(wǎng)絡組網(wǎng)方式

根據(jù)實際網(wǎng)絡環(huán)境和智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)業(yè)務特點，綜合分析 后，由于現(xiàn)階段智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還屬于發(fā)展初期，應用 較為貧乏，因而目前該智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)承載網(wǎng)絡是采用雙協(xié)議棧 技術來實現(xiàn)IPv4/IPv6混合組網(wǎng)方案，該方案主要是對原有 IPv4網(wǎng)絡進行升級改造，傳輸線路啟動雙棧協(xié)議，IPv4/IPv6 共享網(wǎng)絡資源，IPv4和雙棧用戶共存，當出現(xiàn)IPv6信息源時, 雙棧用戶優(yōu)先使用IPv6。具體實施方案包括網(wǎng)絡硬件基礎設 施的升級支持和配置、各終端的升級支持及應用系統(tǒng)的升級 支持，將終端側和業(yè)務側與智能農(nóng)業(yè)平臺相連的骨干網(wǎng)路由器， 該地市的出口路由器以及BRAS設備啟用雙棧協(xié)議，此外還需 要運營商將該鏈路各節(jié)點配好IPv6地址及路由表。具體的組 網(wǎng)情況如圖1所示。

(3) IPv4/IPv6 混合組網(wǎng)演進方案

雖然該農(nóng)場采用的雙協(xié)議棧技術很好地解決了 IPv6的業(yè) 務，但是該技術依然需要消耗IPv4地址，不能解決IPv4地 址緊缺問題，隨著智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)業(yè)務終端數(shù)量逐漸增多，必 然會造成IPv4地址的緊張。而DS-Lite過渡技術運營商只需 要給用戶分配純IPv6地址，不需要消耗公網(wǎng)IPv4地址，DS- Lite 以IPv6為基礎，可以加速和推進IPv6產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，是 智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中期階段的一種可選技術。

隨著智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大規(guī)模的應用以及各類 IPv6 應用豐富后，由于業(yè)務終端的數(shù)量大規(guī)模的增加，流量達到一定量級，可以考慮新建一張 IPv6 網(wǎng)絡，原有 IPv4 網(wǎng)絡升級為 IPv4/IPv6 雙棧網(wǎng)絡，新建網(wǎng)絡與原有網(wǎng)絡物理隔離。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的普及，各類 IPv6 新增用戶或具有 IPv6 需求的用戶接入到新建的 IPv6 網(wǎng)絡中，新建的 IPv6 網(wǎng)絡只需支持 IPv6 的基礎路由協(xié)議和體系標準，滿足快速提供 IPv6 服務與業(yè)務的需求，IPv4/IPv6 雙棧網(wǎng)絡可以通過 IPv4/IPv6 骨干路由器訪問新建的純 IPv6 網(wǎng)絡，從而保持原有網(wǎng)絡與業(yè)務的穩(wěn)定運行。具體組網(wǎng)情況如圖 2 所示。

3 基于 IPv6 網(wǎng)絡在智能農(nóng)業(yè)應用中的功能實現(xiàn)

3.1 無線傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在 IPv6 技術的支持下，該農(nóng)場通過在大棚內(nèi)部署各類傳感裝置，時刻收集到農(nóng)作物生長的各種環(huán)境變化。各類傳感器包括光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、空氣二氧化碳傳感器、土壤鹽分傳感器、光合有效傳感器，并投入使用水溫、水位、水 PH 值、水溶解氧傳感器。傳感器采集的數(shù)據(jù)通過 ZigBee無線采集系統(tǒng)上傳至ZigBee 邊緣網(wǎng)關。ZigBee 邊緣網(wǎng)關將數(shù)據(jù)上傳至 IPv6 網(wǎng)關進行 IPv6 地址適配。用戶可以在智能農(nóng)業(yè)中心平臺上或通過手機、計算機等終端查看現(xiàn)場的實時采集的數(shù)據(jù) ,并且在界面上可顯示實時采集數(shù)據(jù)的曲線圖。圖 3 所示是某農(nóng)場大棚傳感器采集的數(shù)據(jù)圖例。

3.2 智能農(nóng)業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該農(nóng)場對大棚內(nèi)部署視頻傳感器（IPCam），用于采集大棚內(nèi)的視頻信號。同時，還部署無線控制器，一體化控制器?？刂破髋c控制設備相連，接收控制指令并輸出高低電平電壓 ；一體化控制器除具備控制器功能之外，還可以實現(xiàn)本地手動/ 遠程控制的模式切換，并有本地手動控制按鈕，本地手動控制和遠程控制二者互斥。智能農(nóng)業(yè)中心平臺通過控制器與農(nóng)業(yè)大棚現(xiàn)有的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對接，實現(xiàn)對風機、天窗、遮陽布、外遮陽、水簾、灌溉設施等的控制。同時用戶也可以在權限范圍內(nèi)進行遠程的圖像訪問，實現(xiàn)多點、在線、便捷的監(jiān)測。圖 4所示是其視頻監(jiān)控的實時界面。

5 總 結

基于 IPv6 技術的下一代互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)是未來社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，本文以某地市建設的智能農(nóng)場為例，簡單介紹了基于 IPv6 在智能農(nóng)業(yè)中應用的功能實現(xiàn)，分析了 IPv6 的過渡技術及具體組網(wǎng)方案。通過分析可以得出對于未來 IPv6 技術的大規(guī)模的應用還有很多工作要做，需要各個設備生產(chǎn)商、電信運營商、IT 企業(yè)、技術支持部門等多方面的配合，最終實現(xiàn)各種業(yè)務在 IPv6 平臺上的承載。

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