5G時代IPv6之需求與技術現況
在過去十年中網際網路使用量驚人地增長。近幾年來隨著行動網路的普及,有越來越多的網路流量的增長來自於行動網路。這種顯著的增長導致IPv4 (Internet Protocol version 4)地址空間的枯竭,有越來越多的行動網路運營商提供IPv6 (Internet Protocol version 6)位址與連結。而未來第五代行動通訊(5G)與世界趨勢朝著物聯網的發展,預期更增加了IPv6位址的需求。5G除了發展增強型行動寬頻通訊(Enhanced Mobile Broadband, eMBB)以外,另增加了超可靠度和低延遲通訊(Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC)以及大規模機器型通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)兩種應用情境。mMTC提供大量儀器設備與各類附屬感應器產品,透過第五代行動通訊系統連接上網,預期大幅增加對IP位址(IP Address)的需求。 近期有越來越多行動業者部署IPv6。依據Internet Society統計,在下圖一中,全世界流量前25位裡中華電信排名第12。 圖一、世界電信運營商IPv6流量排名 (來源[1]) 而由下圖Google的IPv6統計可以發現,從2009年至今使用IPv6存取Google的比例有指數型的成長。 圖二、使用IPv6存取Google (來源[2]) 下圖三顯示CISCO預估到2021年,將有83億手持或個人行動設備及33億物聯網連接(如:汽車中的定位系統、航運和製造部門的資產追蹤系統)。從地區來看,北美和西歐的行動設備和連接增長最快,2016年至2021年的複合年增長率分別為16%和11%。 圖三、連線設備數量預估(來源[3]) 2016到2021年4G連接數量增長到46%(圖四),遠高於2016年的23%。此外,不需高頻寬且可以容忍高延遲的低功耗廣域網路(Low Power Wide Area,LPWA)也從2016年的7%大幅增長到2021年的31%。 圖四、裝置連結數量來源分析(來源[3]) 依據CISCO的評估[3],到2021年西歐以及中歐和東歐65%的移動設備和連接將具備4G以上的功能。到2021年,北美(63%)將擁有第二高的4G以上連接比率。而中國將擁有86%的總連接數量,澳大利亞擁有4G連接的75%。到2021年,LPWA採用率北美佔31%,西歐佔20%。 5G是新世代的行動網路技術,相對於4G的主要改進包括大頻寬(大於1 Gbps)、更廣泛的覆蓋範圍,和超低延遲時間。5G與4G不同在於將主要由物聯網應用驅動。目前一些行動網路運營商正在進行5G系統與應用現場試驗。 目前4G連接產生的流量幾乎是3G連接的四倍,已經佔移動流量總量的69%,佔網絡類型移動數據流量的最大比例。到2021年,4G將繼續以比其他網絡更快的速度增長,佔所有移動數據流量的79%。預估到2021年,5G將支持1.5%的移動流量。具有超高頻寬(100 Mbps)和超低延遲(1毫秒)的5G連接預計將帶來非常高的流量。 越來越多的物聯網設備連接到網際網路中,逐漸產生巨量的網際網路位址需求。新世代IPv6協定可以提供足夠的IP位址,亦充分地考慮移動性與安全性的需求,使IPv6成為未來行動網路5G與網際網路成功的關鍵之一。 談到協定標準部分,行動網路的標準是基於第三代合作夥伴計劃(3GPP)所定義的。由於3GPP採用許多既有網際網路之協定,而這些協定大部分由網際網路工程任務組(Internet Engineering Task Force,IETF)所制訂。當這些協定在行動網路佈建遇到問題時,IETF與3GPP合作探討以下協定在行動網路的問題。- SIP、IMS、SDP、RTP、XCAP、WebRTC、Telepresence、CLUE、Diameter
- IPv6
- Security (e.g. AKA)
- Explicit Congestion Negotiation (ECN)
- Robust Header Compression (ROHC)