1 引言
　　油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是利用各種傳感器與智能裝置對(duì)油田的物理狀況進(jìn)行感知識(shí)別，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井口、地下實(shí)時(shí)情況的監(jiān)控，并通過(guò)控制設(shè)備高效的完成油氣生產(chǎn)任務(wù)[1]。由于油田地理分布廣而且不集中的特點(diǎn)，且每個(gè)井場(chǎng)都需要大量的感知設(shè)備，那么這些感知設(shè)備如何接入網(wǎng)絡(luò)，為油田應(yīng)用提供所需要的數(shù)據(jù)是值得我們深思的。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸是建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，但目前互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互連的協(xié)議是基于IPv4，日益膨脹的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)無(wú)法容納更多配備獨(dú)立IP的主機(jī)，我們?cè)谟吞锷a(chǎn)中各個(gè)感知設(shè)備只能通過(guò)一些非網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給RTU網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再通過(guò)TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)端服務(wù)器。典型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分析
2.1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)及突顯問(wèn)題
　　通過(guò)對(duì)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的分析，我們發(fā)現(xiàn)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中以井場(chǎng)為基本單位，達(dá)到了數(shù)十萬(wàn)，而每個(gè)井場(chǎng)的傳感設(shè)備大約在10個(gè)左右，那么油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備數(shù)量上百萬(wàn)，而且以后設(shè)備的增加量也不容小覷。我們要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行有效的管理，必須采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有效的將設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。目前事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為T(mén)CP/IP協(xié)議，并且是基于IPv4的協(xié)議棧，IPv4地址嚴(yán)重匱乏是已存在的事實(shí)，根本無(wú)法滿足油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用；感知層的設(shè)備因?yàn)镮P地址不足或設(shè)備無(wú)法運(yùn)行IP協(xié)議棧，導(dǎo)致多數(shù)是通過(guò)各種非IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至上一級(jí)的RTU，如MODBUS協(xié)議、RS485自定義協(xié)議、zigbee協(xié)議等；RTU作為網(wǎng)關(guān)身份在管理著眾多的設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用。每一級(jí)的RTU對(duì)下級(jí)設(shè)備進(jìn)行管理，一旦RTU發(fā)生故障，那么下一級(jí)設(shè)備所有的數(shù)據(jù)將無(wú)法傳輸至遠(yuǎn)端服務(wù)器，只能派維護(hù)人員去維修故障，維護(hù)成本比較高。由此總結(jié)出油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在面臨的主要問(wèn)題是：設(shè)備數(shù)量多、傳輸協(xié)議不一致、RTU的重要性過(guò)于突出。
2.2 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題分析及解決方案
　　為此引入了下一代網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IPv6。IPv6主要解決了設(shè)備數(shù)量多無(wú)法編址的問(wèn)題；從而也統(tǒng)一了協(xié)議；每個(gè)設(shè)備也可以通過(guò)IPv6技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，使得各個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)不依賴RTU而進(jìn)行遠(yuǎn)傳。既然IPv6可以很好的解決目前油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的主要問(wèn)題，那么我們?cè)摽紤]如何應(yīng)用IPv6的技術(shù)，也就是IPv6如何順利的在不影響目前油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的前提下融入油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)。這是本文探討的重點(diǎn)內(nèi)容，核心問(wèn)題也就是油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中IPv4與IPv6如何共存。
3 IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共存
　　首先分析油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中IPv4協(xié)議棧的分布特點(diǎn)。目前從油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的軟件是基于IPv4設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口到傳輸層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同樣運(yùn)行在IPv4協(xié)議棧下，感知層設(shè)備如RTU之類的，普遍也是運(yùn)行著IPv4協(xié)議棧，但是采集模擬數(shù)據(jù)的一些感知設(shè)備則從成本、資源考慮，并沒(méi)有為了移植IPv4協(xié)議棧而使用性能更高的MCU和容量大的RAM。對(duì)于編址不足的設(shè)備，主要也正是這些性能比較低的感知設(shè)備。
　　本文是對(duì)IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)共存技術(shù)的分析，必然是在設(shè)備上都可運(yùn)行IPv4或IPv6協(xié)議棧的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一些性能比較低的感知設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，我們必須考慮這些感知設(shè)備如何盡快將IPv6協(xié)議棧移植到這些設(shè)備中。新設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，首選移植IPv6協(xié)議棧，避免了日后的大量升級(jí)工作。當(dāng)設(shè)備都具備了IP接入網(wǎng)絡(luò)的功能，我們真正的才開(kāi)始考慮IPv4與IPv6如何共存。
　　由于IPv6的設(shè)計(jì)者并沒(méi)有考慮到與IPv4的兼容性，IPv4與IPv6不能無(wú)縫對(duì)接，只能獨(dú)立成為兩個(gè)體系運(yùn)行。兩個(gè)體系在同一個(gè)主機(jī)運(yùn)行，其方法只能是二者運(yùn)行在各自的空間、其中一者通過(guò)某種轉(zhuǎn)換運(yùn)行在另一者之上及借助某種手段二者可以相互轉(zhuǎn)換。
　　首先，二者運(yùn)行在一臺(tái)主機(jī)中的各自的空間也就是實(shí)現(xiàn)了IPv4與IPv6同時(shí)運(yùn)行在主機(jī)上，也就是雙協(xié)議棧的方式。該種方式實(shí)現(xiàn)的原理是主機(jī)既支持IPv4，同時(shí)支持IPv6，當(dāng)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，可動(dòng)態(tài)的選擇調(diào)用不同的IP協(xié)議棧。同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)不同的協(xié)議棧，對(duì)主機(jī)性能的要求比較高，一般這種方法應(yīng)用在性能較高的PC機(jī)或服務(wù)器上；同時(shí)該主機(jī)必須同時(shí)配備IPv4和IPv6的IP地址，這在需要大量的IP地址的感知層也不適用。在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中，我們可以應(yīng)用在應(yīng)用服務(wù)層面。
　　其次，目前網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)、軟件都是運(yùn)行在IPv4協(xié)議棧下，若是將網(wǎng)絡(luò)全面升級(jí)為IPv6協(xié)議棧下的話，成本太高，而且對(duì)各個(gè)方面的影響無(wú)法估量，而新終端為了避免日后的升級(jí)任務(wù)，首選移植IPv6協(xié)議棧，針對(duì)一些性能較低的終端，想要采用第一種方法同時(shí)運(yùn)行兩種協(xié)議棧的話，無(wú)疑是空想。我們可以設(shè)計(jì)出將IPv6的數(shù)據(jù)包封裝成IPv4數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行傳輸，或者IPv4數(shù)據(jù)包封裝成IPv6數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。這種方法稱之為“隧道”。該方法適合于移植有IPv6協(xié)議棧的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)感知終端將IPv6數(shù)據(jù)作為應(yīng)用數(shù)據(jù)以IPv4協(xié)議向上層應(yīng)用發(fā)送感知數(shù)據(jù)，本方法并沒(méi)有從根本上解決IPv4與IPv6通訊問(wèn)題，仍然需要進(jìn)行日后的升級(jí)工作。
　　最后，針對(duì)IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)，我們可以采用一個(gè)稱之為“協(xié)議轉(zhuǎn)換器”將IPv4與IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如我們可以在RTU內(nèi)預(yù)置一個(gè)“協(xié)議轉(zhuǎn)換器”，對(duì)將感知設(shè)備發(fā)送的IPv6的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成IPv4數(shù)據(jù)包，再向網(wǎng)絡(luò)層傳輸；對(duì)從網(wǎng)絡(luò)層接收到的IPv4數(shù)據(jù)包，可以轉(zhuǎn)換成IPv6數(shù)據(jù)包，發(fā)送至感知設(shè)備。這種方法對(duì)數(shù)據(jù)流入、流出都必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換，復(fù)雜度較高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。
4 結(jié)論
　　在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的旅程上，IPv4與IPv6長(zhǎng)久共存是不爭(zhēng)的事實(shí)，發(fā)展前期及中期IPv4將占據(jù)主導(dǎo)地位，后期將會(huì)由IPv6全面替代IPv4。前中期的物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)情況是相當(dāng)復(fù)雜，在這種情況下，多種互連方案也會(huì)共存，如何選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)互連方案，也是我們需要思考并積極面對(duì)的問(wèn)題。