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IoT6實現虛實與跨界整合

隨著多元應用需求的增加，引領科技的快速發展與網際網路的普及，生活環境不再侷限於仰賴人與人(Human-to-Human, H2H)之間傳遞訊息，以及透過人力進行裝置管理或控制(Human-to-Machine, H2M)，而是藉由物與物(Machine-to-Machine, M2M)之間的相互連網以進行溝通，達到生活科技的跨界整合與智慧化。物與物之間相互連接，達到特定的智能控制與服務，其所形成的聯網方式稱為物聯網(Internet of Things, IoT)，在物聯網環境中，物與物之間可透過各自唯一ID來辨識身分，並可相互進行溝通與傳輸資料。全球物聯網的時代來臨，使得環境的狀況及裝置設備更容易被掌控與管理，藉由將多個裝置進行連網，人們的生活型態將更加智慧與便利。

物聯網與無線網路技術的發達，使得物聯網相關的裝置如雨後春筍般出現且價格低廉。根據BI Intelligence的估計，2015年約有100億個物件裝置連接網路，至2020年時全球將會有340億個物件連網，而其中物聯網裝置將佔240億個。然如此大量的連網物件，將造成巨量的資料傳輸，伴隨著聯網規模的擴大，於管理、傳輸方面議題與安全性亦是一大問題，如何結合IPv6、物聯網技術達到更有效的服務運用與資訊管理將是為全球發展趨勢。

IPv6與物聯網整合的優勢包含兩項特點，(1) IPv6能有效適應物聯網其網路傳輸控制的發展：在物聯網應用環境下，其硬體設備具有記憶體較小、資訊輸送量較低等特點，因此，在資料傳遞至雲端的過程中，必須計算出適合網路傳送的資料大小，並適度地調整封包。IPv6在功能上包含簡易靈活的標頭格式、網路資源可進行預先分配、較佳的安全性機制、支援隨插即用和移動性等，故IPv6在物聯網傳輸控制的發展上具有一定程度的高適應性。(2) IPv6能夠提供物聯網更佳的互通性、可擴展性及穩定性需求：IPv6協定支援物件彼此之間以及物件與網路基礎設施之間，具備可持續互相聯繫通訊之功能，供網路中不同鏈路層內和層級間達成互通一致性。另一方面，IPv6協定能夠在物聯網物件的發展上，提供可持續開發與擴展的機制，具有龐大且獨立IP位址空間，足以供應大量物聯網設備需求。除此之外，IPv6雖非全新的網路通訊協定標準，但它總結IP基礎架構，並充分運用逾30年的IP技術開發經驗，其技術發展的穩定性有目共睹，必足以應付物聯網使用的相關需求。

物聯網應用層面快速擴增，傳統TCP/IP通訊協定已不敷使用，因此新興技術協定順應而生，目前採用IP-based之IoT協定比較受人矚目的有6LoWPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks)、MQTT((Message Queue Telemetry Transport)與CoAP(Constrained Application Protocol)，以下是三個協定之介紹:(1) 6LoWPAN：6LoWPAN為IPv6與物聯網技術整合的實例，可將連網設備連線至雲端平臺，同時具備低功率IP節點與大型網狀網路等特質。6LoWPAN的網路技術為IEEE 802.15.4定義的小型連接層架構中，可迅速傳輸IPv6封包，達成點到點通訊架構，適合物聯網應用。(2) MQTT：此為針對機器對機器在物聯網上所提出之通訊協議標準，MQTT構建在TCP/IP上的通訊協議，透過Publish/Subscribe方式進行訊息傳送，此為針對物聯網所訂定的協議，因此所需之頻寬與資源配置需求相對較低。(3) CoAP：此為改良現有Web of Things (WoT)，並以HTTP協定為傳輸技術重心所延伸的一種技術，使得受限於硬體的裝置(Constrained Device)具有HTTP功能。CoAP並非直接採用HTTP標準，而是透過將訊息轉換成HTTP的方式進行傳輸，且與傳統不同的是採用UDP而非TCP協定進行傳輸，以簡化傳統HTTP內容，並修改Handshake的過程，進而改善Response Time過長的問題。

在物聯網應用系統研發過程，目前多採用IP-based的方式來進行研發，其中包括美國IzoT雲端平臺、微軟Azure IoT技術以及工業4.0智慧工廠等，都是以IP為基礎的物聯網服務應用。IoT技術應用可用來讓生產工廠在監控與生產上完全自動化，透過廠區內所佈建之IoT感應器來獲取數據資訊，如溫度、濕度、黏膠強度等資訊，並透過IP-based的IoT閘道裝置收集資訊，有效提升整體工廠的產能。此外，還可透過IoT平臺所收集之廠區資訊進行資料分析，或透過平臺對自動化工廠進行監控與控管。在智慧工廠的願景下，IP-based為必然之趨勢，因此我國資通訊產業積極打造工業4.0智慧工廠，以IP-based為基礎實現遠端監控製程，達成生管、物管及倉管之需求與即時產能排配，不僅提高整體工廠效益，也滿足客製化訂單之即時需求。

IPv6能為物聯網的硬體應用和軟體服務上提供可橫跨多種通信技術的互通、擴展及穩定的功能表現，使物聯網擺脫日益複雜且難以管理和控制的局面，進而發展得更加穩定、可靠和高效能。智慧裝置的普及與物聯網的興起，使人類生活更加便利，企業也積極著手開發IPv6與物聯網之應用，使得一物一地址，萬物皆在線，這將對物聯網建設有相當重大的意義。然在物聯網結合IPv6的過程中，亦將面臨相當多的挑戰，包含IPv6網路堆疊機制、IPv6結構性、安全性及自我配置與管理等議題。

1. IPv6網路堆疊機制：受限於MAC層技術(IEEE 802.15.4)之特性，物聯網之感知層節點必須符合低功耗、低容量、低運算，不能直接將IPv6直接架構在IEEE 802.15.4 MAC層之上，需要相對應的位址轉換機制將IPv6位址與IEEE 802.15.4長、短MAC位址之間做轉換，達到IEEE 802.15.4低速傳輸之規範。
2. IPv6結構性：由於IPv6的封包標頭過大，導致封包傳送效率降低，無法讓物聯網設備達到快速回傳感知訊息，故必須將IPv6標頭進行壓縮，解決封包負載過重的問題。此外，引入IPv6可能會導致物聯網設備實體之功能更為複雜、功耗、體積與成本變大，這些都是須進一步研究並改善的議題。
3. 安全性議題：當物聯網設備皆有自身的IP時，可能導致設備受到IPv6自身的缺陷影響，遭受到非法攻擊，這些攻擊都可能使連網設備失能以及資料被竊取，甚至影響到人身安全。為了解決上述之安全性問題，必需要針對IPv6網路閘道器進行安全參數設定，並且針對所有通訊要求進行認證，確認是可信賴的訊息後，再進行訊息交換。
4. 自我配置與管理：物聯網引入IPv6之後，網路的規模相對應會變大許多，且許多物聯網節點設備配置的位置是人無法到達且可取用的，因此物聯網之感知層節點以及網路勢必都需要擁有自我配置與修復之功能，減少大量人力成本，並且透過IPv6有效管理高度密集分布的感知層設備。

因應物聯網技術與應用發展，其位址需求也隨之增加，為了提升整體網路品質，IPv6的出現帶給網路資源之契機與技術突破。不僅提供用戶更好物聯網環境，IPv6根本性地改變物聯網之價值，例如現今蓬勃發展之德國的工業4.0、美國工業網際網路、中國智慧水利、未來智慧城市與智慧農業皆導向以IPv6為基石。物聯網的時代勢在必行，而IPv6將會是物聯網發展的基礎，IPv6搭配物聯網顯然是未來趨勢，不僅有充足的位址資源提供萬物在線，更具有互通性、可擴展性、整體架構穩定之優點，帶來食、衣、住、行上創新服務的可能，並實現物聯網之虛實跨界整合。