物联网：庞大的连接数导致网络也需转型
2018-02-07 10:42:39 来源：通信世界全媒体 热度:
如今，在用户和新业务增量趋缓的情况下，一直紧绷着的网络似乎终于可以松一口气了。然而并不能高兴的太早，新的矛盾已在酝酿之中，正由“物联网”带来的。在物联网逐渐融入各行各业的过程中，各种类型的终端会连接上网，而它们对连接的需求有了许多新变化。
终端的“个体需求”
因行业的差异性和专业复杂度，使得承载应用的终端对连接需求也更具“个性”。
一是小数据、高频率传递需求的增加。在物联网中，一部分终端装配简单的传感器，它们本身生产的信息量很少，所以每次向网络传送的数据分组亦非常小。但对于实时监测的应用，物联网终端产生数据的周期很短，从而向网络传送数据的频率就会很高。高频次的小数据连接需求，在原本以人为主导的网络应用中并不常见。
二是部分物联网数据的共享共用。在传统的信息系统中，数据通常都由单个应用系统“独享”，而在未来的物联网场景中，数据可以在多系统中分享。特别是公共场所的环境数据可以对各种类的应用和终端开放，以利于各行业对环境信息价值的利用。
三是业务特性对网络质量的需求差异巨大。工业自动化类别的应用，需要对生产线进行实时操控，所以必须严格把控数据传送的时延；而后期分析预测的应用则可以把数据先暂存在边缘网络中，当网络不繁忙时，再集中将数据传送到云端；低功耗的设备，要尽可能地减少通信数据量，缩短传递的数据分组长度；对于企业的重要资产、金融计费终端、安保类设备等，则需要健壮的网络安全保护和端到端的网络隧道服务；对于低信息量且终端冗余的环境检测数据，网络则可以适当地放低质量保证，例如在一块田间部署了几十个湿度计，如果其中几个湿度计部分时段的测量数据没有送达到网络，这并不会影响农民对农作物浇灌的判断。
设备间的“社交需求”
用一个词汇来概括就是设备间的“社交需求”。终端会以“多点对多点”和“多线程并发”模式运行应用程序，以实现个体（终端）间的物联网社交。
多点对多点
在共享数据、合用产品的过程中，“多点对多点”连接模式应运而生。
为了信息价值的最大化，数据共享会在物联网应用中广泛实践。例如很多环境信息（温度、湿度、风力等），可以运用在多种行业领域。某些公共区域将这部分数据共享给各行业应用（例如农业、旅游、交通、商展活动等），利于企业的成本管理，减少固定投资。
“共享”使得物品可以通过多户租赁的方式“服务众人”，共享的商业形式可以释放“物”的工具价值。新兴的物联网应用，就在于信息“跨领域、跨系统、跨用户”地释放价值，数据不再由单一系统、单一企业或单一用户独自享用。分享，需要网络更适应于“全连接（Full Mesh）”的组网需求，数据更易于到达对其“感兴趣”的终端和系统，并能够控制对网络资源的消耗。
多线程并发
智能终端通常都具备多进程并发处理信息的能力。随着物联网应用越来越复杂，对智能终端“多点对多点”的交互要求也会“水涨船高”。就像经常使用的电脑一样（配置多块网卡和通信接口），智能终端也可以配置多个、多类的通信接口，并具备多进程处理信息的能力。对于环境信息的采集、运行状态的检测、控制决策等信息处理工作，可以在一台智能终端上同步运行，并形成良好的协同效应，实现理想的应用功能。这种融合通信、多向连接、并发处理的特性，会越来越多地在智能终端上出现，给边缘应用带来更多的可能性和创造性。
从宏观角度来看，终端“社交需求”中多元化和复杂化的发展趋势，会促进物联网应用整体对网络需求的快速增长，并且这种增长速度，将完全超越以往的市场需求增速。“以往的市场”是以人为主导的通信和互联网市场。
在以个人终端为主的网络中，“人”是最主要的网络使用者，所以“人数”就是网络容量最关键的参考因素。此外，还有两个重要的容量参考因素：一是业务需求（不同业务对网络资源的消耗基准不同），由于目前的电信、互联网业务已经趋于稳定，所以可以将业务需求看成是一个常量；另一个就是“连接数”需求，由于个人对信息连接的需求有上限（“邓巴数”等），所以“连接数”也可以用一个常量来表示。此前的网络发展、业务需求和连接数都在一个常量附近波动，而人数则一直在增长，所以在设计网络容量的时候，主要以人数为参考，可以通过一个一阶方程来表示人数和容量的线性关系。
而当无数个由芯片、电路板组合而成的终端成为网络用户时，网络需求的模型就发生了改变。显而易见，有一个常量将成为变量——连接数。
“连接数”的概念，此前就已经存在。例如，在运营商数据域的互联网业务中，网络容量的预测和设计会考虑手机的“连接数”（例如在LTE网络中的PDN连接）。当用户使用手机拨打VoLTE电话、并还玩《王者荣耀》的时候，运营商网络其实就给该手机的这两个应用各建立一个专用数据连接。虽然像手机这样的智能终端可以建立多连接，但毕竟它是服务于人的设备，它所建立的连接主要还是以人的需求为导向。在人的需求基本恒定的情况下，终端的连接需求也并不会太多。
当物联网终端具备“智能”时，连接数的需求就会有所变化。企业要搭建更健壮、复杂的物联网应用，就需要他们的终端能够收集和传递更多的相关信息。所以，物联网终端对环境信息、其它设备信息、用户信息的“兴趣”会越来越浓。
开发者会给终端装备更多的通信接口去采集数据，并通过多进程同步处理这些数据，再将处理后的信息转发给同样也“感兴趣”的终端。连接数在一部分具有亲缘关系（同类型或相关行业）的智能设备之间，会呈现“全连接”的状态（例如一组正在飞行表演的无人机队，每一架无人机都和其他无人机建立通信连接）。也就是说，在物联网中“连接数”和“终端数”呈二阶线性关系。（备注：这种线性关系，适用于物联网的局部范围内，在某个边缘网络中或者在同一类终端范围内）。
图 物联网的连接
从图中可以看出，每个新增终端的连接数需求不再是恒定值，而是取决于原来网络中的终端数量。所以，当物联网中的终端数达到一定量级时，每增加一台设备，都可能会增加难以计数的连接。
能够支撑终端不断扩大连接数的关键要素主要有两点：一是摩尔定律在芯片制造领域的持续发酵（虽然已经减缓了），使得终端的信息处理能力能够不断提升，并带动连接能力的提升；二是信息获取的方式不受限制。终端具备的通信方式取决于装配的通信模块或传感设备，终端可以添加各种通信模块来增强其交互能力。
人受到生理条件的限制，既不能不分昼夜一直工作，也无法同时处理多个任务，更不可能无限制地提高信息处理的速度。但物联网的终端不同，他们可以不断迭代提升基础性能，增加配件扩展通信能力，软件优化提高处理效率。它们可以不断突破能力瓶颈，获取更多的信息并处理它们。当面对终端的“野蛮生长”特性时，原本为人设计的网络模式，将难以跟得上（局部）连接需求呈“二阶方程”的递增趋势，网络边缘中繁盛的终端会快速耗尽网络资源，并最终限制住物联网中所有设备的性能发挥。
现有的网络（IP网络），强调“端到端”的“透传”连接，这种可靠但粗简的连接方式在未来物联网的发展中，会使得网络出现严重瓶颈，即网络能力的增长速度慢于连接需求的增长。此外，许多物联网领域的专家和组织提出的IPv6技术，恐怕会加重网络负担而使得网络瓶颈更为突出。
因此要解决物联网连接数暴增的问题，还需要引入另一些新颖的网络模式和特性。换句话说，就是“网络也需转型”。
责任编辑：靳玉凤
