物聯網龐大的連接數導致網絡也需轉型

特約撰稿人|王一鳴

如今，在用戶和新業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。然而并不能高興得太早，由“物聯網”帶來的新的矛盾已在醞釀之中。在物聯網逐漸融入各行各業的過程中，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”

因行業的差異性和專業復雜度，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境數據可以對各種類的應用和終端開放，以利于各行業對環境信息價值的利用。

三是業務特性對網絡質量的需求差異巨大。工業自動化類別的應用，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”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。例如很多環境信息（溫度、濕度、風力等），可以運用在多種行業領域。某些公共區域將這部分數據共享給各行業應用（例如農業、旅游、交通、商展活動等），利于企業的成本管理，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

智能終端通常都具備多進程并發處理信息的能力。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。對于環境信息的采集、運行狀態的檢測、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：一是業務需求（不同業務對網絡資源的消耗基準不同），由于目前的電信、互聯網業務已經趨于穩定，所以可以將業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。此前的網絡發展、業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。

圖 物聯網的連接

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，物聯網終端對環境信息、其它設備信息、用戶信息的“興趣”會越來越濃。

開發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）的智能設備之間，會呈現“全連接”的狀態（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）。

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發酵（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”。