如今,在用戶和新業(yè)務增量趨緩的情況下,一直緊繃著的網絡似乎終于可以松一口氣了。然而并不能高興的太早,新的矛盾已在醞釀之中,正由“物聯網”帶來的。在物聯網逐漸融入各行各業(yè)的過程中,各種類型的終端會連接上網,而它們對連接的需求有了許多新變化。
終端的“個體需求”
因行業(yè)的差異性和專業(yè)復雜度,使得承載應用的終端對連接需求也更具“個性”。
一是小數據、高頻率傳遞需求的增加。在物聯網中,一部分終端裝配簡單的傳感器,它們本身生產的信息量很少,所以每次向網絡傳送的數據分組亦非常小。但對于實時監(jiān)測的應用,物聯網終端產生數據的周期很短,從而向網絡傳送數據的頻率就會很高。高頻次的小數據連接需求,在原本以人為主導的網絡應用中并不常見。
二是部分物聯網數據的共享共用。在傳統的信息系統中,數據通常都由單個應用系統“獨享”,而在未來的物聯網場景中,數據可以在多系統中分享。特別是公共場所的環(huán)境數據可以對各種類的應用和終端開放,以利于各行業(yè)對環(huán)境信息價值的利用。
三是業(yè)務特性對網絡質量的需求差異巨大。工業(yè)自動化類別的應用,需要對生產線進行實時操控,所以必須嚴格把控數據傳送的時延;而后期分析預測的應用則可以把數據先暫存在邊緣網絡中,當網絡不繁忙時,再集中將數據傳送到云端;低功耗的設備,要盡可能地減少通信數據量,縮短傳遞的數據分組長度;對于企業(yè)的重要資產、金融計費終端、安保類設備等,則需要健壯的網絡安全保護和端到端的網絡隧道服務;對于低信息量且終端冗余的環(huán)境檢測數據,網絡則可以適當地放低質量保證,例如在一塊田間部署了幾十個濕度計,如果其中幾個濕度計部分時段的測量數據沒有送達到網絡,這并不會影響農民對農作物澆灌的判斷。
設備間的“社交需求”
用一個詞匯來概括就是設備間的“社交需求”。終端會以“多點對多點”和“多線程并發(fā)”模式運行應用程序,以實現個體(終端)間的物聯網社交。
多點對多點
在共享數據、合用產品的過程中,“多點對多點”連接模式應運而生。
為了信息價值的最大化,數據共享會在物聯網應用中廣泛實踐。例如很多環(huán)境信息(溫度、濕度、風力等),可以運用在多種行業(yè)領域。某些公共區(qū)域將這部分數據共享給各行業(yè)應用(例如農業(yè)、旅游、交通、商展活動等),利于企業(yè)的成本管理,減少固定投資。
“共享”使得物品可以通過多戶租賃的方式“服務眾人”,共享的商業(yè)形式可以釋放“物”的工具價值。新興的物聯網應用,就在于信息“跨領域、跨系統、跨用戶”地釋放價值,數據不再由單一系統、單一企業(yè)或單一用戶獨自享用。分享,需要網絡更適應于“全連接(Full Mesh)”的組網需求,數據更易于到達對其“感興趣”的終端和系統,并能夠控制對網絡資源的消耗。
多線程并發(fā)
智能終端通常都具備多進程并發(fā)處理信息的能力。隨著物聯網應用越來越復雜,對智能終端“多點對多點”的交互要求也會“水漲船高”。就像經常使用的電腦一樣(配置多塊網卡和通信接口),智能終端也可以配置多個、多類的通信接口,并具備多進程處理信息的能力。對于環(huán)境信息的采集、運行狀態(tài)的檢測、控制決策等信息處理工作,可以在一臺智能終端上同步運行,并形成良好的協同效應,實現理想的應用功能。這種融合通信、多向連接、并發(fā)處理的特性,會越來越多地在智能終端上出現,給邊緣應用帶來更多的可能性和創(chuàng)造性。
從宏觀角度來看,終端“社交需求”中多元化和復雜化的發(fā)展趨勢,會促進物聯網應用整體對網絡需求的快速增長,并且這種增長速度,將完全超越以往的市場需求增速。“以往的市場”是以人為主導的通信和互聯網市場。
在以個人終端為主的網絡中,“人”是最主要的網絡使用者,所以“人數”就是網絡容量最關鍵的參考因素。此外,還有兩個重要的容量參考因素:一是業(yè)務需求(不同業(yè)務對網絡資源的消耗基準不同),由于目前的電信、互聯網業(yè)務已經趨于穩(wěn)定,所以可以將業(yè)務需求看成是一個常量;另一個就是“連接數”需求,由于個人對信息連接的需求有上限(“鄧巴數”等),所以“連接數”也可以用一個常量來表示。此前的網絡發(fā)展、業(yè)務需求和連接數都在一個常量附近波動,而人數則一直在增長,所以在設計網絡容量的時候,主要以人數為參考,可以通過一個一階方程來表示人數和容量的線性關系。
而當無數個由芯片、電路板組合而成的終端成為網絡用戶時,網絡需求的模型就發(fā)生了改變。顯而易見,有一個常量將成為變量——連接數。
“連接數”的概念,此前就已經存在。例如,在運營商數據域的互聯網業(yè)務中,網絡容量的預測和設計會考慮手機的“連接數”(例如在LTE網絡中的PDN連接)。當用戶使用手機撥打VoLTE電話、并還玩《王者榮耀》的時候,運營商網絡其實就給該手機的這兩個應用各建立一個專用數據連接。雖然像手機這樣的智能終端可以建立多連接,但畢竟它是服務于人的設備,它所建立的連接主要還是以人的需求為導向。在人的需求基本恒定的情況下,終端的連接需求也并不會太多。
當物聯網終端具備“智能”時,連接數的需求就會有所變化。企業(yè)要搭建更健壯、復雜的物聯網應用,就需要他們的終端能夠收集和傳遞更多的相關信息。所以,物聯網終端對環(huán)境信息、其它設備信息、用戶信息的“興趣”會越來越濃。
開發(fā)者會給終端裝備更多的通信接口去采集數據,并通過多進程同步處理這些數據,再將處理后的信息轉發(fā)給同樣也“感興趣”的終端。連接數在一部分具有親緣關系(同類型或相關行業(yè))的智能設備之間,會呈現“全連接”的狀態(tài)(例如一組正在飛行表演的無人機隊,每一架無人機都和其他無人機建立通信連接)。也就是說,在物聯網中“連接數”和“終端數”呈二階線性關系。(備注:這種線性關系,適用于物聯網的局部范圍內,在某個邊緣網絡中或者在同一類終端范圍內)。
圖 物聯網的連接
從圖中可以看出,每個新增終端的連接數需求不再是恒定值,而是取決于原來網絡中的終端數量。所以,當物聯網中的終端數達到一定量級時,每增加一臺設備,都可能會增加難以計數的連接。
能夠支撐終端不斷擴大連接數的關鍵要素主要有兩點:一是摩爾定律在芯片制造領域的持續(xù)發(fā)酵(雖然已經減緩了),使得終端的信息處理能力能夠不斷提升,并帶動連接能力的提升;二是信息獲取的方式不受限制。終端具備的通信方式取決于裝配的通信模塊或傳感設備,終端可以添加各種通信模塊來增強其交互能力。
人受到生理條件的限制,既不能不分晝夜一直工作,也無法同時處理多個任務,更不可能無限制地提高信息處理的速度。但物聯網的終端不同,他們可以不斷迭代提升基礎性能,增加配件擴展通信能力,軟件優(yōu)化提高處理效率。它們可以不斷突破能力瓶頸,獲取更多的信息并處理它們。當面對終端的“野蠻生長”特性時,原本為人設計的網絡模式,將難以跟得上(局部)連接需求呈“二階方程”的遞增趨勢,網絡邊緣中繁盛的終端會快速耗盡網絡資源,并最終限制住物聯網中所有設備的性能發(fā)揮。
現有的網絡(IP網絡),強調“端到端”的“透傳”連接,這種可靠但粗簡的連接方式在未來物聯網的發(fā)展中,會使得網絡出現嚴重瓶頸,即網絡能力的增長速度慢于連接需求的增長。此外,許多物聯網領域的專家和組織提出的IPv6技術,恐怕會加重網絡負擔而使得網絡瓶頸更為突出。
因此要解決物聯網連接數暴增的問題,還需要引入另一些新穎的網絡模式和特性。換句話說,就是“網絡也需轉型”。