IPv6+技术在中国移动智慧家庭中的应用探索
【慧聪通信网】一、我国加快推进IPv6的规模部署及IPv6+体系的创新应用
伴随着数字经济的快速发展，以及新一代信息技术5G、云计算和物联网的蓬勃发展，万物互联即实现物与物、人与物的联接的需求进一步扩大，网络需要支持的节点和联接数量扩大到了前所未有的规模，多元化的服务和复杂的应用连接场景亟需要新一代的网络基座作为支撑，IPv6成为了下一代互联网以及全球数字化升级的核心和底层基础，推动 IPv6 部署对于提升互联网承载能力和服务水平，助力经济社会数字化转型，促进全球经济繁荣发展具有重要意义。
近年来，为规模部署和推进IPv6创新应用，我国多次印发相关指导意见。如下图所示。
IPv6的规模部署相关政策文件
IPv6是互联网升级演进的必然趋势、网络技术创新的重要方向、网络强国建设的基础支撑，我国以加强新型信息基础设施建设、推进下一代互联网升级演进为主线，以促进IPv6技术演进和应用创新发展、增强IPv6规模部署和应用内生动力为目标，打造技术、网络、设备、应用、安全协同互促的产业生态，构筑下一代互联网创新发展新优势，将积极助力制造强国、网络强国和数字中国建设，有力支撑经济社会高质量发展。
二、IPv6+技术体系的内涵和关键技术
随着我国IPv6地址资源的大量增加与IPv6活跃用户数流量的快速增长。IPv6技术创新研究及应用成为未来网络演进发展的方向，2020年初，推进IPv6规模部署专家委员会提出“IPv6+“是面向5G和云时代的智能IP网络，可以满足灵活组网、业务快速开通、简化网络运维、差异化保障等承载需求。从此，我国率先开展了“IPv6+”网络创新体系的研究，围绕基于IPv6的各种创新技术，开展技术研究和标准化工作。
IPv6+演进体系是主要以SRv6/G-SRv6、MSR6、网络切片、iFIT随流检测、APN6应用感知、SAVNET等关键技术构建的新型协议体系，形成新一代IP网络技术体系，面向多元化应用承载和千行百业的全新应用场景，衍生出广联接、大带宽、低时延、确定性、智能化和高安全六大特性，更好的适应不同场景下数字化转型需求[1]。IPv6+演进技术本质是在IPv6基础上增加智能识别和控制。IPv6报文由IPv6基本报文头、IPv6扩展报文头以及上层协议数据单元（载荷）三部分组成，取消原有IPv4报文头中的选项字段，引入了进行定制化修改的扩展报文头。由IPv6基本报文头保障了IPv6的可达性，IPv6扩展头长度任意扩展的特性使IP协议具备优异的灵活性和巨大的创新空间[2]。IPv6演进技术创新刺激了业务创新，满足了多元化应用承载和不同行业用户的需求，重新赋予了协议的商业价值和模式。IPv6+体系的代表性关键技术主要为以下几种：
（1）SRv6/G-SRv6
SRv6即SR（Segment Routing）+IPv6，通过路由扩展报文头扩展来实现，结合了Segment Routing的源路由优势和IPv6的简洁易扩展特质，是新一代IP承载核心协议和5G云时代构建智能IP网络的基础，具备可路由属性、可编程能力，可简化网络路径创建，可满足灵活的网络和业务功能需求，结合SDN技术使能可编程的网络，为算网时代的网络基础服务、增值服务提供了技术基础。SRv6协议简化了网络协议，简化了IP承载网，降低管理复杂度，提升了运维水平；具备Native IPv6属性，基于IPv6可达性实现跨域节点的互通，提升跨域体验；结合SD-WAN实现路径统一管控、编排，提升算网一体能力。
但由于原生SRv6在长路径编排情况下报文头开销大、净荷利用率低，降低封装效率，中国移动对IPv6报文头的基础帧格式和基本转发机制进行创新，提出了G-SRv6技术，通过压缩冗余前缀提升封装效率，实现多长度段标识混编兼容原生SRv6，使用二维索引准确定位压缩段标识，使用段标识压缩标记灵活编排SRv6压缩路径，彻底解决了原生SRv6存在的转发效率低、部署难度大的问题[1]。
（2）APN6应用感知
应用感知的新型网络架构体系APN6(Application-aware Network- ing IPv6，基于IPv6的应用感知)是一种利用IPv6/SRv6/G-SRv6报文带的可编程空间，将应用信息携带进入网络，使网络能够感知应用及其需求，进而为其提供精细的网络服务和精准的网络运维的新型IPv6技术[1]。APN6具备应用和网络无缝融合、扩展性强、兼容性好、自主性强等明显的技术优势。
APN6利用IPv6扩展头将应用信息（包括应用标识符及其对网络性能的要求）携带进入网络，使得网络感知应用及其需求，并为其提供相应SLA保障。实现了网络识别应用，并通过对应用级的精细化管理，加速新业务持续创新。
（3）网络切片
网络切片是指同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络（切片），将一张物理网络划分为多张逻辑网络，逻辑网络之间资源互相隔离，业务互不干扰，不同的逻辑网络可以为不同行业提供定制化网络拓扑和连接，提供差异化且可保证的服务质量，每个逻辑网络可服务于指定的业务类型或者用户。网络切片可以灵活定义的逻辑拓扑、SLA需求、可靠性和安全等级，以满足不同业务、行业或用户的差异化需求，提供了高安全、高可靠、可预期的网络环境。[2]
典型的IP网络切片应用场景有垂直行业切片场景和运营商专线业务场 景。具备灵活精细化的资源预留能力，将物理网络中的资源划分为相互隔离分别提供给不同的切片使用。具备切片实力管理能力，与SRv6承载技术结合在物理网络中生成不同的逻辑切片实例整合并分配网络资源整合；具备切片管理能力，实现提供端到端IP网络切片的生命周期管理。
（4）iFIT随流检测
随流检测技术是一种对实际业务流进行特征标记，并对特征字段进行丢包、时延测量的技术，可以提供高精度的流质量可视和实时的网络故障告警(例如:抖动、时延、丢包、误码和负载不均衡)，支持端到端及逐跳网络性能可视化，提升性能劣化类故障的定界、定位效率。
随流检测可以分为端到端测量和逐点测量两种检测类型。端到端测量整个网络的丢包和时延性能，逐点测量准确定位每个网络节点的丢包和时 延性能，进一步定位影响网络性能的网元位置。采用随流检测技术，可对网络性能进行长期、实时监控，将网络运维 由被动处理故障投诉，变为主动监控预防，降低用户故障率，提升用户体验。
（5）BIERv6组播
BIERv6是利用IPv6扩展头、IPv6地址可达性及其可编程空间，以Native IPv6的方式实现的BIERv6多播架构，提供更好的多播部署能力和扩展支持后续Native IPv6特性的能力。在跨地域组播组网中，头节点将组播接收者以比特字符串的形式进行编排，由头节点向外发送，中间节点根据报文头中的地址信息将数据向下一个节点进行无状态转发。不需要额外的组播协议，中间节点不需要为每条组播流维护状态，实现了协议极简，运维简化，同时收敛与组播流的数量无关，用户体验和可靠性也得到了极大的增强。
BIERv6基于IPv6封装仅在头节点配置，可穿越不支持的节点与第三方网络配置简单，简化跨域部署业务，实现跨地域的组播业务。同时，由于中间节点不感知业务，协议收敛快，保障了组播的高质量体验。
三、IPv6+技术体系在智慧家庭中的应用
在“网络强国、数字中国、智慧社会”等国家战略的全面推进下，数字化、网络化、智能化的数字家庭已经成为智慧城市理念在家庭层面的体现，“十四五”规划和2035远景目标中，数字家庭被定位为构筑“美好数字生活新图景”的重要组成部分，在新一代信息技术的支持下，数字家庭正向智慧家庭不断演进，完成从“数字”到“智慧”的转变。
当前,中国智慧家庭市场规模逐年扩大，中国已成为全球最大的智能家居市场消费国，占据全球约 50%~60% 的市场份额(数据来源：CSHIA，艾梅数据，国家统计局)。据赛迪顾问研究预计，2030 年中国智慧家庭市场规模将会达到 15700 亿元，2021—2030年平均复合增长率(CAGR)高达14.6%。
同时，中国移动家庭市场近年来也发展迅速，截至目前，中国移动家庭宽带用户已达2.53亿，其中千兆用户占比22.3%，智能组网用户数超1亿，家庭设备连接数达4.49亿，智慧家庭应用增长贡献持续加强。由此可见，我国智慧家庭行业市场发展前景较好，市场空间广阔，已成为新的蓝海。
IPv6规模部署及创新技术作为新一代网络基础设施的核心技术，也对智慧家庭的基础设施提出了新要求，三部门发布的《深入推进IPv6规模部署和应用 2023 年工作安排》中指出：“云平台和内容分发网络IPv6服务覆盖范围持续拓展，新出厂家庭无线路由器、家庭智能组网产品、机顶盒等支持IPv6，并默认开启IPv6地址分配功能”，并且在重点任务中提到“提升终端支持能力，包括完善智慧家庭 IPv6 产业生态、加快推进物联网 IPv6 应用、提升家庭路由器 IPv6 支持能力专项行动“。指导智慧家庭IPv6基础设施进入从“通路”到“通车”，从“能用”到“好用”的关键阶段。
为了加速构建IPv6应用生态，推动IPv6技术创新、网络提质、应用改造、生态建设，中国移动智慧家庭中心以云网边端等资源为基础，利用IPv6+技术体系打造面向家庭的“连接+算力+应用”一体化解决方案，形成新型智慧家庭基础设施，加速智慧家庭业务场景的落地，使智慧家庭向精细化、智能化、产业化的趋势演进。
（1）IPv6+技术使能家庭算网基础设施
随着东数西算战略的部署，算力网络成为长距离传输的技术方案，算网基础设施成为了基石，算力基础设施从云向算、从中心向边缘和端侧泛在演进，通过发展边缘计算、端计算，形成更广泛的立体算力布局，网络侧，核心网基本完成完成了IPv6改造、承载网都已具备IPv6+ Ready能力。智慧家庭算网基础设施，成为了算网端到端打通并且好用的“最后一公里”。
SRv6作为云网边端的承载协议，使能了家庭算网基础设施，将SDNNFV化家庭边缘算力等各类算力资源接入到算力网络中，实现中心、边缘、三方云多类算力的统一承载和高效灵活的组网能力；提升了新型家庭网络的规模组网、泛在连接和极简业务配置能力，从传统跨域业务逐段、逐跳配置提升到只需要在家庭端侧和业务端侧进行业务配置，从多跳上云、多跳开通演进到一跳入云、一跳开通；实现了网络可编程能力，端到端形成业务多平面架构，保障端到端业务的可靠性，满足业务的灵活调用和智能管控。
（2）IPv6+实现家庭端到端确定性服务保障
在智慧家庭业务中，业务规模和需求比较大的典型场景如云游戏场景，云游戏中VR/AR等对时延、抖动、带宽等要求触发了家庭业务场景时延敏感性业务端到端确定性服务需求。通过SRv6/G-SRv6，实现了家庭用户的端到端Overlay、Underlay路径的融合，打通了不同SLA要求下云网边端优化路径的体验，奠基了端到端的确定性传输；结合SRv6 Policy低时延路径平面、IP网络切片技术、随流检测技术、弱网条件下的传输协议优化技术等综合技术，确保业务时延不受网络流量峰谷影响，提供单跳微秒级的时延保障能力；通过APN6实现家庭业务统一标识和识别，识别不同时延敏感性业务的SLA要求，满足公网传输时的SLA以及游戏，VR/AR 等敏感业务的确定性网络需求。
（3）IPv6+技术形成家庭业务定制化服务能力
随着家庭业务的发展和丰富，场景化宽带、云电脑、云商铺等不同产品和业务都提出各自细分场景下的用户需求，为满足业务的灵活调用和智能管控，需打造差异化和定制化服务能力。
通过APN6构建感知应用的网络架构，以APN6实现应用细粒度感知需求，与SRv6、IP网络切片、确定性时延网络、业务链、随流检测等结合，在现有技术基构建应用感知维度，提供感知应用的精细化运营，形成差异化定制化增值服务的能力，提供感知应用的精细化运营。
例如，APN技术进行应用识别加速，将不同的直播业务送入SRv6加速上行通道，从而实现各类视频直播确定性网络体验；结合SFC业务链可实现增值业务的定制化，随着NFV化的进展，大量的网络SF(Service Function，业务功能)实现了与硬件解耦和功能云化，通过SFC业务链可增值业务的选择和快速部署；结合SRv6引导进入相应的SRv6 Policy隧道、IP网络切片、确定性网络路径或者SFC路径，实现敏捷灵活的定制化自动选路；结合BIERv6、SRv6，建立链路状态库，实现高效组播报文分发，减轻组播业务运营成本。
（4）IPv6+技术优化运维精细化保障
随着家庭算网确定性与定制化能力的具备，下一步需要增强运维保障能力，实现闭环精细化运营。
iFIT随流检测技术与SRv6承载结合，灵活实现数据封装、逐跳和整个隧道的数据收集；结合IP网络切片实现精细化的切片规划、部署、可视、变更等全生命周期管理功能和租户级的精细化业务管理，实现从用户意图到业务开通的全流程打通，完成对网络动态、高效、智能、自动化的运营管理。结合新一代信息技术AI，提供智能选流技术，实现业务应用级的监测数据策略选择，以满足各种测量需求，减少数据传输带宽和分析器处理负担。
通过APNv6精细标识关键的应用或用户，实施逐跳或端到端模式的随流检测，构建一个由真实业务异常主动感知、故障自动定界、故障快速定位、故障自愈恢复等功能共同构成的智能网络运维系统，实现网络分析、自动调优等网络智能化运维的下一代网络的创新。
四、结语
随着我国深入推进IPv6规模部署和应用，以及新一代信息技术的不断发展，IPv6+技术将在智慧家庭场景中探索出新的应用场景，从而满足家庭用户日益增长的美好生活需求。同时，能力开放、业务创新的新一代IPv6网络也将进一步整合全产业链资源，带来端、边、云、网的智慧家庭新业态。中国移动智慧家庭中心将加快推动IPv6 技术创新、演进和规模部署，协同推动智慧家庭产业生态，助力网络强国、数字中国的全面建设。
参考文献：
[1]中国移动IPv6演进技术及应用白皮书，2023；
[2]刘妍，华为IPv6+，https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100219690/4b93f8d1，2023.7.20；
作者信息：
梁芳，中移（杭州）信息技术有限公司，工程师，毕业于北京邮电大学，在算力网络、IPv6+、CDN、智慧城市ICT等技术领域已有10年研究经验。
