【摘 要】 本文通过介绍第四代移动通信系统（4G）与互联网协议第六版（IPv6）相关的知识，分析IPv6解决移动通信中核心问题移动性，以及IPv6真正实现4G通信需要解决的问题，通过全面部署IPv6这块基石，组建"空中信息高速公路"--4G。
【关键字】 4G IPv6 基石 空中信息高速公路
1、现状
全球互联网IP地址管理机构ICANN亦于2011年2月4日在美国迈阿密发表新闻公报正式宣布，基于互联网通信IPv4协议的最后5组地址已经被分配给了全球5大区域互联网注册管理机构，IPv4地址总库地址资源分配完毕，IPv4地址已经配罄。
过去曾有业界权威预测2008年IPv4地址就会用尽，但因为目前几乎全球所有运营商开展的3G业务都应用了IPv4私网地址，所以节省下一大批IPv4地址，这才使现在还暂时没有出现“IP地址荒”。私网地址虽然节约了IP地址，但同时也限制了新应用和增值应用的开展。
国际移动智能终端数量的快速增长使其对IP地址需求不断激增。例如，苹果手持终端发布9个季度之后，iPhone和iTouch用户总数是美国有线用户的8倍，iPhone用户在线时长大约是普通用户的3倍，这些都对IP地址提出了更多的需求。
2、概述
2.14G
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。 很明显，4G有着不可比拟的优越性。
4G终端通信设备的出现只会增加对IP的需求，因为这些设备都需要单独的IP地址。如果国人人手一部4G手机，那么每部电话都需要一个IP地址。因此，必须要将更多的IP地址纳入4G网络架构。4G具有永久在线特性，对IP地址需求量远高于2G和3G网络，4G用户开机后，不论是否使用业务，都将自动获得一个IP地址，直到用户关机。4G作为新型移动通信系统，应尽早引入更多的IP地址，避免在网络建成后，再进行大规模升级。
2.2IPv4与IPv6
IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写其中Internet Protocol为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。
IPv4中规定IP地址长度为32,即有2^32-1个地址，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机；而IPv6中IP地址的长度为128,即有2^128-1个地址。夸张点说就是，如果IPV6被广泛应用以后，全世界的每一粒沙子都会有相对应的一个IP地址。
3、解决关键问题移动性
随着目前移动设备的日渐扩展，越来越多的通信设备需要在移动条件下接入网络，不管是在移动过程中还是在移动到某个区域之后。因此，作为IPv6的重要组成部分――移动连接特性也是IPv6深受欢迎的重要原因。
IPv6在制定之初就考虑到了要解决移动性问题，因此它的基本理论中就有许多是为解决移动问题而提出的，这使得IPv6的移动解决方案是一个对移动性问题的根本解决方案。IPv6有许多适用于解决移动性问题的新特性，这些特性都是IPv4所不具备的，因此IPv6能够更好地解决移动性问题，主要表现在以下方面：
3.1地址自动配置
IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持，IPv6有足够多的全球地址，任意节点可以根据当前所在链路的前缀信息以及自己的网络接口信息自动生成一个全球地址。IPv6的地址自动配置机制使得移动节点可以很容易地获取转交地址，不需要人为的参与。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络的管理更加方便和快捷。
3.2邻居发现
在邻居发现规则中，路由器应该定期广播发送其前缀信息，移动节点根据这些前缀信息能够快速地判断自己是否发生了移动，并通过地址自动配置得到转交地址。
3.3安全机制
在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。
3.4黑洞检测
移动IPv6中的移动检测机制提供了移动节点和它的当前路由器之间的双向可到达的确认机制，即移动节点可以随时知道当前路由器是否继续可达，同时路由器也可以知道节点是否继续可达。如果移动节点检测到当前路由器不再可用，它就会去请求另外一台路由器。而IPv4只提供“单向”（定向）可到达的检测机制，即路由器可以随时确认移动节点是否继续可达，但是移动节点却不能检测到路由器是否继续可达。
3.5路由报头
IPV6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。
3.6使用更小的路由表
IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
3.7透明性的实现
节点的移动对移动节点和通信节点上的应用程序是透明的。
4、需要解决的问题
4.1Buffer Management缓存管理
IPv6中定义了多种数据结构形式，在各个节点中需要占用一定的资源，如何有效地管理配置这些资源，并使之不会对现有的服务性能造成太大的影响，是一个值得研究的问题。
4.2与其他无线通信技术的融合
网络技术的发展日新月异，无线通信技术如GSM、GPRS、WAP、BLUETOOTH、WiMax等层出不穷，再加上移动通信设备的进一步完善，全球网络将是一个无线、有线与互联网三者合一的数字化的地球网络，其覆盖将超越一切地理的障碍，使得信息无处不在，因此，IPv6与其他无线通信技术的融合必不可少。
4.3移动无缝切换
移动无缝切换是为了解决节点移动过程中可能出现的问题而提出的，它把节点移动对通信产生的影响减小到最小，为了提高性能，在移动的微观方面所做的一些改进。
移动无缝切换包括两个方面的内容：Fast Handover（快速切换）和Smooth Handover（平滑切换），现在解决快速切换和平滑切换都已经有人提出了一些方案，但是大多数都还没有成为标准。
5、结束语
IPv6网络通信协议的使用除了能满足4G网络对通信地址的数量要求外，也增强了其移动性和数据传输的安全性。4G网络作为一个崭新的网络系统，针对层出不穷的新业务功能，而这些功能都是建立在IPv6之上的，因此IPv6成为了4G通信系统中不可缺少的基石。
参考文献
[1]秦艳、黄萌.基于IPv6的下一代移动性网络关键技术[J].山东水利职业学院院刊,2006.3
[2]申海.下一代互联网协议IPv6[J].沈阳师范大学学报(自然科学版)，2004.10
[3]阿凌.全球4G移动通信市场发展趋势[J].企业研究，2011.12