浅谈万物互联时代IP地址需求

浅谈万物互联时代IP地址需求,第1张

从人与人相连接,到万物互联,互联网技术的演进正在给人类社会带来巨大变革。随着物联网在近几年的爆炸式发展,IP地址变为稀缺资源,多国开始参与建设根服务器,以IPv6协议为基础的下一代互联网,正快速改变现有互联网的面貌与格局,全球已经进入了互联网发展的“拐点”,本文将分析IPv6的发展以及各种影响因素,对于5年后全球IP地址的需求量进行预测。

网际协议IP是TCP/IP的心脏,也是网络层中最重要的协议。 IP层接收由更低层(网络接口层)发来的数据包, 并把该数据包发送到更高层——TCP或UDP层;相反,IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)[ [1] ]。

为了实现TCP/IP,网络中的每个设备都需要根据恰当的信息正确地配置。特别是,每个设备都需要分配一个本地的IP地址,以便让网络来认识这个设备。一个IP地址就是一个数字的标签,类似街道门牌号码,用一种“点+地址”的方式表述,每个十进制数字代表一串八个二进制数字——0和1。一个路由器如果要明白需要将哪个数据传输到哪个设备上,就必须用到IP地址。TCP/IP向路由器广播数据,用特定的IP地址来区分数据的接收者。路由器读到IP地址然后转发这个数据到这个地址的计算机上。

连接到今天的互联网上的每个服务器或设备都会被分配一个自己的IP地址。在未来的物联网世界里,每个单一的设备,不管多小,也必须要被分配IP地址。所以产生了由于需要联网的设备数量巨大,很容易超过可用的IP地址数量的问题——至少在当前的IPv4中。IPv4提供了大约43亿的唯一地址,其中的大部分已经被分配给了已有设备。

按照工信部在2010年的预估的5年间,我国IP需求量会增至345亿,包括移动互联网为10亿,物联网预计需求量为100亿,固定互联网为5亿(考虑IP地址33%的利用率)。而再要考虑到2025年,需求的增加将更将随着5G的部署和智能设备的普及而翻倍。尽快普及下一代互联网协议是一种解决方案,IPv6协议理论上扩充到了多达340个100万的11次幂的地址,远远超过所有可能的物联网设备所需要的地址。但是要预测5年后的全球IP地址数量还需要考虑诸多因素。

工程师在过去的十几年间,尝试通过各种办法为IPv4 协议续命延缓 IP 资源耗尽的时间。比如NAT 技术可以很大程度上缓解 IPv4 的地址短缺问题并且能够保护私有内部的网络,提供防火墙的功能;IPv4 与 IPv6 协议完全不兼容,我们需要引入双协议栈、隧道技术或者 NAT64 解决兼容性问题,而应用这些技术也需要额外的成本;通过对资源的细粒度管控,并回收不再使用的 IP 地址,延缓 IP 地址耗尽的时间等。

但是,发展IPv6成为全球公认的下一代互联网解决方案,全球你追我赶普及IPv6的竞争态势正在形成。IPV6是一个网络拓扑的革命。不需要二手中转,也不需要P2P打洞,两个物联网的设备之间就可以非常好地自由地通讯。每一个设备也不需要躲在网关后面,就可以升级到网络世界的一等公民。而且因为都是直接IP, Ipv6网络可以降低10~30%的网络延时。在可预见的未来 IPv4 协议也终将被 IPv6 替代。而在接下来的5年,IPv6发展趋势依旧,到2025年,IPv6将占据大部分市场,5G使得万物互联成为可能,预测结果将基于IPv6。

根据APNIC Labs提供的全球IPv6 用户数及IPv6用户普及率的数据(该机构的测量工具对中国数据的测量可能不准确),截至2020年6月,全球IPv6用户数排名前五位的国家/地区依次是印度(358亿)、美国(143亿)、中国(12亿)、巴西(5千万)、日本(4千万)。

在域名系统方面,根据Hurricane Electric提供的数据,截止2020年6月,在全球1511个顶级域中,有1489个支持IPv6,占总量的985%,在这1511个顶级域中,有1485个权威服务器支持IPv6,占顶级域总量的983%。另外,经测试全球共有至少15114074个拥有AAAA记录的域名,占总域名量的59%。在Alexa排名前100万的网站中,共有203197(203%)个网址在AAAA记录中提供IPv6地址。同时,全球共有5万1千多个网址可以通过IPv6起始的域名提供IPv6访问。

根据We Are Social的全球数字报告数据,近五年全球联网的网民数量以稳定速度增加,2015年全球网民为342亿人;2016年全球网民达到377亿人;2017年全球网民达到402亿人;2018年全球网民达到439亿人;2019年全球网民达到454亿人。网民占全世界的总人口数量从46%增长到59%。从增长的趋势上看,全球的网民的增长速度稳定且逐渐增加。

在近五年中,非洲和南亚地区网民的增长数量极为显著,而相比之下,发达国家呈现小的增幅。整体来看,互联网用户并不是均匀的分布在全球各地,在非洲和南亚的大部分地区仍然数量较少。所以虽然发达国家,比如美国,在网民数量上将要达到瓶颈峰值,但是在全球范围,增长的趋势在接下来的5年也将基本保持。随着社会制度的完善,越来越多的老年人使用互联网,也是网民数量增长的一方面,预计2025年网民数量将可能突破60亿。考虑私人联网以移动设备的社交等基本需求为主,以人均一个IP地址作为基数,就至少需要60亿IP地址。

自2008年“智慧地球”提出以来,物联网概念在全球范围内迅速被认可,并成为新一代信息技术的发展方向。如今,物联网连接数量实现爆发式增长,物联网的商业化应用已经占据了整个市场的半壁江山,在物流、交通、建筑、医疗等行业应用已得到发展,但在对智能化要求较高的领域如智慧交通、制造、能源等,仍处于分散的、小规模的状态。

从全球角度出发,物联网产业正处于建立和完善过程中,物联网行业应用仍处于初级阶段,但随着5G、AI、区块链技术的发展,行业将进入加速发展阶段。各国为了抢占新一轮物联网行业的发展先机,纷纷出台政策进行战略布局。美国的“SMART物联网法案、欧盟的十四点行动计划、日本的“i-Japan战略”、韩国的“u-Korea”策略规划、新加坡的“下一代I-Hub”计划等都将物联网作为当前发展的重要战略目标。据市场分析公司高德纳(Gartner)估计,2020年全球物联网设备数量达到260亿个,物联网市场规模达19万亿美元。

各大机构对全球物联网未来发展的预测如下表:

综合各大机构的预测数据,以全球各国物联网的增长速度,智能设备在2025年可突破750亿,万物互联要每一个智能设备可以拥有一个自己的IP地址,全球对于IP地址的需要也达750亿。

物联网发展技术壁垒可能导致智能设备在普及用户方面受到限制而影响智能设备对于IP地址的需求量。根据《2014-2019年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》显示,物联网需要多行业、多学科知识和技术的协同配合,物联网企业特别是从事跨越多层产品生产和服务提供的企业,需具备较强的通信技术、信号处理技术、信息处理技术等专业研发能力,还需要拥有较强的底层协议、微 *** 作系统、与硬件紧密结合的嵌入式软件和信息处理应用平台软件开发能力。这样的要求在5年完成也是较大的挑战。

另一方面,NAT可以避免内部IP的频繁修改,可以当做防火墙,保护内部网络,在IPv6快速部署中也有存在的空间,这样对于大量的智能设备而言,可能不需要独立的IP地址。

基于IPv6的下一代互联网,正快速改变现有互联网的面貌与格局,在未来将成为支撑前沿技术和产业快速发展的基石,有力支撑起人工智能、物联网、移动互联网、工业互联网、5G等前沿技术的发展,催生出更多新业态、新应用、新场景,最终惠及到每一个网民。全球产业界已经为快速普及IPv6做好准备。通过之前各项因素的考虑,预计5年之后,全球IP地址的需求量在500亿左右,考虑到IP地址的利用率不是100%,全球IP地址的需求量超过650亿。

[[1]] 叶舟IPv4向IPv6过渡关键技术研究[D]江苏:扬州大学,2009 DOI:107666/dy1702450

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。
1、引言
以物联网为核心的信息技术发展被誉为第三次信息技术革命,2010年以来中国政府对物联网的发展极为重视,一系列物联网发展的产业政策及规划相继出台,物联网已经上升为国家战略。
我们认为,物联网的发展并不是一个突变的过场,而是一个从信息自动提取、信息整合、物品局域联网、局部系统的智能服务与管控等向全网融合逐步深化的过程。物联网的理念最初是基于RFID/EPC的技术而提出的,后来物联网的理念又是随着各种感知技术与网络技术的突破而提升和完善。
当1999年世界上首先提出基于RFID/EPC的物联网技术的时候,物流行业被寄予厚望,仓储业由于其在物流行业核心的地位,也最早开展了物联网技术应用的探索。从2003年底开始中国仓储业开始探索基于RFID/EPC的物联网技术应用,在2004年-2006年也曾经历过一波物联网应用的炒作。目前RFID等物联网技术在仓储业已有很多成功案例,但大都局限于智能仓储管理与自动化作业层面。
2、目前仓储业应用的主要物联网技术
物联网是“物物相连的互联网”,是通过各类传感装置、RFID技术、视频识别技术、红外感应、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,根据需要实现物品互联互通的网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的智能网络系统。
物联网主要有三层架构:即:感知层、网络层和应用层,根据这一物联网架构,物联网主要有三大技术体系,一是感知技术体系;二是通信与网络技术体系;三是智能技术体系。
在仓储行业目前最常用的物联网感知技术主要有:RFID技术、GPS技术、传感器技术、视频识别与监控技术、激光技术、红外技术、蓝牙技术等;在以仓储为核心的物联网网络技术,常采用企业内部局域网直接相连的网络技术,并留有与互联网、无线网扩展的接口;在不方便布线的地方,常采用无线局域网技术;
现代仓储系统内部不仅物品复杂、形态各异和性能各异,而且作业流程复杂:既有存储、又有移动;既有分拣;也有组合。因此仓储为核心的智能物流中心,常采用的智能技术有:自动控制技术、智能机器人堆码跺技术、智能信息管理系统技术、移动计算技术、数据挖掘技术等等;
3、物联网技术在仓储业应用状况分析
感知技术应用情况:
根据华夏物联网研究中心调查了解,目前在中国仓储业应用最普遍的物联网感知技术就是RFID技术,在一些先进的仓储配送中心,RFID标签及智能手持RF终端产品有比较广泛的应用。这是因为RFID技术与托盘系统结合,在仓储配送中心闭环应用,可以有效降低成本;此外,基于RFID技术的只能手持拣选终端,可以提升拣选效率和速度。2010年随着物联网技术的发展,RFID技术在仓储业应用也获得了快速发展,增长速度预计在18%以上。
在普通的仓储系统中,除了基于条码自动识别等技术具有最广泛应用外,“电子标签辅助拣选系统”也有普遍的应用。这里所谓的电子标签指的不是RFID标签,而是指采用电子指示标签进行拣选作业的系统。利用这一系统,将出入库订单经计算机系统分解,传输到货架个货位,用电子手段显示拣选的数量的辅助拣选系统。这一系统简洁实用,应用较广。近两年出现了采用无线网络技术传输拣选数据,不用现场布线搭建系统,大大方便了技术的应用。
在先进的仓储配送系统中,全自动输送分拣系统也常用激光、红外等技术进行物品感知、定位与计数,进行全自动的快速分拣。此外为了使仓储作业做到可视化,对仓库实行视频监控,部分仓储系统采用了视频感知监控系统,取得了良好的效果。
2010年,一种基于辅助语音拣选的系统也开始在国内得到应用。这一系统由仓储信息系统将出入库的订单进行分解处理,形成语音提示信息,借助无线网络和戴在拣货员头上的耳机,向拣货员发出拣货指令,完成拣选作业。
此外,随着物联网技术的发展,2010年在无锡粮食物流中心、济宁物联网大蒜冷库基地,均采用了温度、湿度等传感器感知技术,将传感器技术与其他感知技术集成,实时感知物品的温度、湿度等物理信息,使感知技术得到更深入应用。
智能仓储的网络与传输技术应用情况
现代物流的最大趋势就是网络化与智能化。在制造业企业内部,现代仓储配送中心往往是与企业生产系统相融合,仓储系统作为生产系统的一部分,在企业生产管理中起着非常重要的作用。企业内部系统系统的网络架构,往往都是以企业内部局域网为主体建设的独立的网络系统。
物流公司面对大范围的物流网络,各地仓储网络化的信息管理往往是借助于互联网系统与企业局域网相结合。物流中心与门店和配送点的
信息传输也往往借助于互联网技术。2010年以来,基于无线局域网的技术在仓储业物联网系统也得到了较多应用。
智能仓储作业与管控技术
根据对相关资料的统计分析,目前仓储业智能终端技术有机器人技术、RF手持终端、语音提示终端、视频监控终端、无人搬运车等技术。借助这些技术,实现了物品的自动搬运、机器人自动堆码跺、物品自动识别、智能辅助人工拣选等作业。在智能仓储管控系统中,物联网技术与WMS技术相结合,实现了仓储也智能化与自动化。能够实现对物流过程智能控制与管理的还不多,物联网及物流信息化还仅仅停留在对物品自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度等一般的应用。专家系统、数据挖掘、网络融合与信息共享优化、智能调度与线路自动化调整管理等智能管理技术应用还有很大差距。
目前只是在企业物流系统中,部分物流系统还可以做到与企业生产管理系统无缝结合,智能运作;在部分全智能化和自动化的物流中心的物流信息系统,可以做到全自动化与智能化物流作业。

物联网的发展前景很不错,具体如下:
1更安全的保护措施。在新技术出现之初,它的技术力量几乎都集中在创新上,导致监管水平低下,这就使业界的兴奋、激进和政策、监管的滞后常常形成鲜明的对比。由于物联网设备和基础设施的价格下降,企业在物联网设备上的应用也越来越普遍,这种创新和应用一旦普及,各种新技术的风险也突显出来。
2更普遍使用智能消费品设备。IoT所覆盖的行业人群广泛,从智慧交通、智能物流、医疗、农业、能源等行业应用,到私人智能家居、个人、智能汽车等应用,无论是降低成本,还是提高中国居民的生活质量,都将是中国居民生活质量的巨大提升。


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