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

为您推荐

“新三网”一网打尽

随着加快推动电信、广电和互联三网融合决定的出台,沪深两市科技股被群体激活,不仅是上述三类被融合的相关网络行业大幅上涨,市场中凡是带网的板块也极度红火,其中,物联网、智能电网表现最为出众,连带融合的大网被投资者称为“新三网”。据统计,上周通信、电子信息、数字电视、计算机、物联网、智能电网等6类板块累计资金净流入高达186.44亿元,显示出市场资金对上述板块有很高的参与三网融合第一创业认为,包括天威视讯、电广传媒、歌华有线、广电网络等在内的有线电视企业将打开于电信业务的新市场,受益程度最大。中国联通等电信运营商将通过提供基于影视节目的新型增值服务增加服务种类。中兴通

无锡:该不该啃“三网融合”这张“画饼”

近日,国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合并给予政策支持。三网融合设定了阶段性目标:2010年至2012年重点开展广电和电信业务双向进入试点;2013年至2015年,全面实现三网融合发展,普及应用融合业务,基本形成适度竞争的网络产业格局。“三网融合”主要是指电信网、计算机网和有线电视网高层业务应用的融合,在网络上可以实现互联互通,趋向使用统一的IP协议。三网融合不是新概念,提了足足有多少年了,而每次都是雷声大雨点小,电信和广电在各自领域里互不相让,比如两家为抢占家庭终端——电视,分别就形成了有线电视和IPTV水火不容的两种替代性极强的业务形态,这各行其道的做法使得三网融

拓展数字电视增值业务

拓展数字电视增值业务增值业务在广电领域有着非常宽泛的范围,除了基本收费包之外的业务,都称作增值业务。当前数字电视的增值业务还处于摸索阶段,除了EPG广告和股票业务较为成功之外,其他增值业务受限于单向机顶盒的广泛部署和体制及市场等因素,业务发展一直不尽如人意。但是,增值业务宽泛、自由的定义,让广电人在面对各种令人眼花缭乱、蓬勃发展的互联网业务冲击时,无法不相信增值业务的灿烂未来和巨大的潜在盈利空间。换句话说,互联网的成功案例和未来,让已经占据了客厅娱乐市场的广电运营商对三网融合趋势下的增值业务充满了想象和信心。另一方面,IPTV业务和网络电视带来的威胁,让数字电视运营商也不得不试图通过增值业务来

NGB欲进军家庭物联网

3月19日,中国工程院院士邬江兴在上海“NGB高峰论坛”介绍了《NGB战略研究报告》(以下简称“《报告》”)的主要内容。这一报告由NGB专家组撰写完成,并将在今天(3月22日)的CCBN主题报告上正式发布。在这一报告中,颇有几个令人兴奋的亮点,暂在此谈一两点自己粗浅的看法。NGB:广播与IP四种模式并存之前对NGB的定义是:NGB是以有线电视数字化和移动多媒体广播电视(CMMB)的成果为基础,以自主创新的“